DE2512059A1 - Elektronische verzoegerungsanordnung zum automatischen steuern eines manoevers - Google Patents

Description

L¹ETAT FRANCAIS represent6 par Ie
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14, Rue Saint-Dominique
P A R i'S / Prankreich

Unser Zeichen: E 850

Elektronische Verzögerungsanordnung zum automatischen Steuern eines Manövers

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zum automatischen Steuern einer Oparation nach einer einstellbaren Verzogerungszeit.

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Konstruktion von Sprengkörpern, wie beispielsweise Kurz- und Mittelstreckenraketen, Torpedos und andere Geschosse, und insbesondere von Zeitschaltungen, welche das automatische Steuern von Operationen in bestimmten' Zeitpunkten nach dem Abschuss des Geschosses erlauben.

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Beispielsweise sind manche Geschosse mit Ködern zum Täuschen von feindlichen Erfassungs- oder Zerstörungseinrichtungen ausgerüstet, die durch pyrotechnische Vorrichtungen an verschiedenen, genau festgelegten Punkten der Flugbahn automatisch ausgestossen v/erden.

Anordnungen nach der Erfindung, die vor dem Start des Geschosses auf eine bestimmte Verzögerungszeit eingestellt werden, ermöglichen, jeweils ein Signal in einem Zeitpunkt zu erzeugen, der um eine bestimmte Dauer gegenüber dem Abschusszeitpunkt verschoben ist» Jedes dieser Signale steuert automatisch das Zünden einer pyrotechnischen Vorrichtung zum Ausstossen oder Abwerfen eines Köders.

Für einen solchen Anwendungsfall sind bereits elektronische Äusstosszeitmesser bekannt, die aus einem Kondensator bestehen, der im Zeitpunkt des Starts des Geschosses mit einer bestimmten Spannung aufgeladen und zunehmend in einem Stromkreis entladen wird, dessen Zeitkonstc«nte RC genau bekannt ist. Man kennt dann den Verlauf der Entlaäungskurve und man kann eine automatische Steuerung verzögern., indem der Zeitpunkt gewählt wird, in weichein die Spannung an den Kondensatorfoölägen. gleich einer bestimmten Bezugsspannung wird, die der Spannung entspricht, welche von der Kurve nach einer der gesuchten Versögerungszeit entsprechenden Entladungsdauer angegeben wird.

Durch die Erfindung sollen derartige Anordnungen verbessert werden.

Es sei jedoch angemerkt-., dass lediglich zur Vereinfachung der Darstellung sich die vorliegende Beschreibung insbesondere auf die besondere Anwendung dieser Anordnungen bei Sprengkörpern bezieht. Die Erfindung schafft eine neue verbesserte Anordnung und umfasst alle möglichen Anwendungen einer solchen

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Anordnung zum automatischen Steuern einer Operation in einem Zeitpunkt, der von einem Anfangszeitpunkt durch eine bestimmte und leicht regulierbare Verzögerungszeit getrennt ist.

Bei den bekannten Anordnungen hat die Entladungskurve des Kondensators einen exponentieIlen Verlauf und es ist somit nicht leicht, die Verzögerungszeit der Anordnung zu verändern.

Ein erstes Ziel der Erfindung ist es, eine lineare Entladungskennlinie zu schaffen, so dass es leicht wird, eine bestimmte Verzögerungszeit vor dem Start des Geschosses zu programmieren, indem einfach der Kondensator mit einer Spannung aufgeladen wird, die zu der gesuchten VerzögeruTngs— zeit proportional ist.

Weiter ist es ziel der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die wenig Platz beansprucht und leicht miniaturisiert werden kann, insbesondere eine Anordnung, welche einen Kondensator mit kleinen Abmessungen und geringer Kapazität enthält, der zwar mit einer niedrigen Spannung aufgeladen wird,und dessen Entladung jedoch ausreichend lange dauert, beispielsweise eine Zeit lang, die sich zwischen 1,5 s und 12,5 s ändern kann.

Ferner soll durch die Erfindung eine Verzögerungsanordnung geschaffen werden, welche im Fall eines schlechten Funktionierens der Ladeschaltung des Kondensators eine Sicherheit enthält, die in einer Verzögerungszeit von 1,5 s besteht. In dem Fall einer Anordnung, welche die Ausstossungen von Ködern aus einem Geschoss automatisch steuert, hat man Dank dieser Sicherheit die Gewissheit, dass die' ersten Ausstossungen erst stattfinden werden, nachdem sich das Geschoss ausreichend

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weit von der Abschlussteile entfernt hat, um jeglichen Unfall zu vermeiden und um zu verhindern, dass die Köder dem Gegner die Position der Abschlussteile verraten·

Diese ziele werden mit Hilfe einer Schaltung zum Entladen des Kondensators erreicht, die Widerstände enthält, welche mit den Klemmen einer Schaltung sehr hoher Eingangsimpedanz verbunden sind, deren Ausgangsspannung ständig gleich der Eingangsspannung vermindert um einen konstanten und geringen Wert ist, so dass die Entladungsdauer des Kondensators proportional zu der Spannung ist, mit der der Kondensator aufgeladen worden ist.

Vorzugsweise enthalten die Widerstände einen veränderlichen Widerstand, mittels welchem der Proportionalitätsfaktor zwischen der Entladungszeit und der Spannung reguliert werden kann, mit der der Kondensator zuvor aufgeladen wird.

Der Ausgang der Schaltung mit sehr hoher Eingangsimpedanz ist mit einem Verstärker grosser Empfindlichkeit verbunden, dessen Ausgang in Parallelschaltung mit zumindest einer Z-Diode, einem Sicherheitskondensator und einem programmierbaren Unijunction-Transistor verbunden ist, der mit der Steuerelektrode eines Thyristors in Reihe geschaltet ist, welcher das Schliessen eines Stromkreises steuert, so dass die Ausgangsspannung des Verstärkers im wesentlichen Null bleibt, solange die letzte Stufe gesättigt ist, und schlagartig einen konstanten Wert annimmt, wenn die Eingangs— spannung kleiner wird als die Sättigungsspannung, die als Bezugsspannung dient.

Der Emitter der letzten Stufe des Verstärkers ist durch einen veränderlichen Widerstand vorgespannt, mittels welchem die Sättigungsspannung eingestellt werden kann.

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Bei der Verwendung bei einem Geschoss zum Steuern des . Zündens eines pyrotechnischen Zünders mit einer bestimmten Verzögerung in bezug auf den Abschusszeitpunkt ist der Thyristor in Reihe mit dem Zünder in den Entladungskreis eines dritten Kondensators eingeschaltet, der durch das mit dem Abschusszeitpunkt zusammenfallende Schliessen eines Schalters aufgeladen wird.

Das Ergebnis der Erfindung ist ein neues elektronisches Zeitglied, welches das Regulieren der Verzögerung, die die automatische Steuerung eines Organs von einem Anfangszeitpunkt trennt, mittels der Entladungszeit eines Kondensators ermöglicht.

Diese Anordnung bietet folgende Vorteile:

Die Entladungskurve des Kondensators ist eine Gerade. Man kann die Steigung dieser Geraden leicht so regulieren, dass der Proportionalitätsfaktor zwischen der Spannung an den Kondensatorbelägen ausgedrückt in Volt und der Entladungsdauer ausgedrückt in Sekunden gleich 1 ist. Aufgrund dieser Tatsache wird es sehr einfach, die Verzögerungszeit selbst in dem letzten Augenblick einzustellen, indem einfach eine Ladespannung gewählt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, dass der Entladungsstrom sehr schwach ist, unter einem Milliampere. Somit kann man grosse Aufladungszeiten und grosse Verzögerungen mit einem Kondensator geringer Kapazität und geringen Platzbedarfes erzielen, der Widerständen niedrigen Wertes zugeordnet ist und auf einer gedruckten Schaltung angebracht werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der übergang des Verstärkers

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aus -dem gesättigten Zustand in den normalen Zustand, der die automatische Steuerung auslöst, plötzlich und bei

annung erzielt wir

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erzielte Verzögerung ist somit ebenfalls sehr genau.

Die Anordnung nach der Erfindung enthält eine doppelte Sicherheit« Eine erste Sicherheit aufgrund der Aufladungszeit des Sicherheitskondensators und eine zweite Sicherheit aufgrund der Aufladungszeit des dritten Kondensators, die jeden ungewollten und vorzeitigen Betrieb verhindern.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, welche schematisch die Schaltungen und die Bestandteile einer Anordnung nach der Erfindung zeigt.

Die Anordnung, die sich an Bord eines Geschosses befindet, enthält einen Kondensator CT. Vor dem Abschiessen des Geschosses wird der Kondensator CT mit einer bestimmten Spannung über einen Schalter 2 aufgeladen, durch den er mit einem der Spannungsgeneratoren 4a, 4b, .., 4e verbunden werden kann, die in dem Abschussgeräte angebracht sind.

Diese Spannungsgeneratoren liefern verschiedene Spannungen, beispielsweise Spannungen, die, wenn man von einem Generator zum anderen geht, um einen Spannungsschritt von 1 Volt zunehmen. Man wählt die Stellung des Schalters, die der gewünschten Verzögerungszeit entspricht, welche, wie ersichtlich werden wird, zu der Ladespannung proportional ist.

Die Spannungsgeneratoren können durch ein Potentiometer 4 ersetzt werden.

In dem Abschusszeitpunkt schliesst der Schalter 2 automatisch den Entladungskreis des Kondensators CT.

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Dieser Entladungskreis enthält zuerst in Reihe einen veränderlichen Widerstand Pl, einen Festwiderstand R5 und einen mit einem Thermistor R6 parallel geschalteten Widerstand R7.

Parallel zu der vorgenannten Schaltung enthält er' eine integrierte Schaltung 5, welche die Bezeichnung SFC 2102 M trägt, bei welcher es sich um die ihr von dem Hersteller, la Societe Europeenne de Semi-Conducteurs SESCO, gegebene Bezeichnung handelt.

Diese Schaltung ist durch einen grossen Widerstand R4 geschützt. Sie hat eine sehr grosse Eingangsimpedanz in der Grössenordnung von 10 Ohm.

Diese Schaltung hat die Eigenschaft, an ihrem Ausgang 6 eine Spannung abzugeben, die gleich der an ihren Eingang 3 angelegten Spannung ist, vermindert um einen konstanten Wert, beispielsweise V3 - V6 = 1 Volt.

Die Entladung des Kondensators CT kann nicht über die Schaltung 5 erfolgen, und zwar wegen der grossen Eingangsimpedanz derselben. Sie erfolgt einzig und allein über den aus den Widerständen Pl, R5, R6 und R7 gebildeten Kreis, und die Spannung an den Klemmen dieses Kreises bleibt konstant und gleich 1 Volt.

Daraus folgt, dass die Stärke des Stroms, der in diesem Kreis fliesst, konstant ist, und, da die Stromstärke die Ableitung der Kondensatorladung ist, ändert sie sich somit proportional zu der Zeit, ebenso wie die Spannung an den Kondensatorbelägen, die proportional zu der Aufladung ist.

Mit der beschriebenen Schaltung ist es somit möglich, eine

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in bezug auf die Zeit lineare Kurve der Kondensatorentladung zu erzielen.

Die Entladungszeit ist somit proportional zu der Spannung, mit der zuvor der Kondensator vor dem Start des Geschosses aufgeladen worden ist.

Mit dem veränderlichen Widerstand Pl kann der Proportionalitätsfaktor eingestellt werden, der vorzugsweise gleich 1 gewählt wird.

Dieses Ergebnis wird bei dem gewählten Beispiel mit Hilfe einer besonderen integrierten Schaltung erzielt, die die Bezeichnung SFC 2102 M trägt.

Das gleiche Ergebnis kann erreicht werden* wenn diese durch jegliche andere Schaltung ersetzt wird, die eine sehr grosse Eingangsimpedans hat und zwischen dem Eingang und dem Ausgang eine konstante und geringe Spannungsdifferenz aufrechterhält.

Ein weiteres Resultat besteht darin,? dass der Kreis, der aus den in Reihe geschalteten Widerständen Pl, R5, R6 und R7 besteht, an einer niedrigen Spannung liegt und dass die Stärke des ia ihm fixessenden Stroms sehr gering ist, beispielsweise in der Grössenordnung von 0,2 BaA₁, wenn Pl + R5 + R7 = 50 kQ ist«,

Die Entladung des Kondensators CT erfolgt somit sehr langsam, was die Verwendung eines Kondensators mit kleiner Kapazität und somit geringen Abmessungen ermöglicht.

Jenseits des Punktes 6 ist die Entladungsschaltung mit einem Verstärker 13 verbunden, welcher zwei in einer Darlington-Schaltung in Kaskade geschaltete NPN-Transistoren TR2 und

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TR3 enthält, wobei der Emitter des Transistors TR2 mit der Basis des Transistors TR3 verbunden ist. Der Transistor TR2 vervollkommnet die Linearität, der Entladung, insbesondere wenn diese sehr kleine Spannungen erreicht.

Die Spannung VD an dem Ausgang D des Verstärkers 13 wird benutzt, um mit einer bestimmten Verzögerung in bezug auf den Abschusszeitpunkt die Zündung einer pyrotechnisehen Vorrichtung 11 automatisch zu steuern, die das Ausstossen eines Köders steuert.

Der Ausgang des Verstärkers 13 ist mit zwei in Reihe geschalteten Z-Dioden Z3 und Z4 und über zwei Widerstände Rl6 und Rl7 mit einem Kondensator CS und mit einem programmierbaren Unijunction-Transistor 9 parallel verbunden. Die Ladezeitkonstante R16, R17, CS wird so eingestellt, dass die Spannung.an den Belägen des Kondensators CS eine bestimmte Zeit benötigt, beispielsweise 1,5 Sekunden, um die Auftastschwel]anspannung des programmierbaren Unijunction-Transistors 9 zu erreichen. Die Schwellenspannung des Unijunction-Transistors 9 selbst ist mit Hilfe eines Spannungsteilers regulierbar, der aus Widerständen R18 und R19 besteht.

Wenn die Schwel Seilspannung erreicht wird, wird die Spannung an den Belägen des Kondensators CS an die Steuerelektrode eines Thyristors ThI «ngelegt, der mit dem Zünder IL in Reihe geschaltet ist* Dieser wird gezündet und bewirkt die Zündung einer pyrotecunischen Zündvorrichtung, welche das Ausstossen eines Köoars steuert.

Der Punkt C der Schaltung entspricht der Ladespannung eines Kondensators Cl. Die in dem Kondensator Cl r^üspeicherte Energie bewirkt das Zünden des Zünders II -Sber. den Thyristor

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Der obere Teil des Schaltbildes stellt einen bekannten Spannungsregler dar, welcher aus einem Transistor TRl und zwei Z-Dioden Zl, Z2 besteht, die in Reihe geschaltet sind. Die Bezugszahl 10 bezeichnet einen Schalter, der in dem Zeitpunkt des Starts des Geschosses automatisch geschlossen wird und Jer eine Spannungsquelle 12, beispielsweise eine Batterie, anschliesst.

Der Kondensator Ci wird über einen Widerstand Rl derart aufgeladen, dass die Ladezeit in der Grössenordnung von einer Sekunde liegt, was eine zweite Sicherheit darstellt.

Falls eine zufällige Äuftastung des Thyristors ThI beim Start des Geschosses erfolgen würde, würde die Ladung des Kondensators Cl zum Zünden des Zünders 11 nicht aus- . reichen.

Die Anordnung arbeitet folgendermasseni

Die Vorspannung des Emitters des Transistors TR3 ist durch den veränderlichen Widerstand P2 regulierbar, der mit einem Widerstand R15 und einer Parallelschaltung aus einem Widerstand Rl3 und einem Thermistor R14 in Reihe geschaltet ist.

Die Äusgangsspannung an dem Funkt D ist normalerweise gleich der Eingangsspannung an äem Verstärker_s multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor, wenn der Transistor TR3 nicht gesättigt ist. Wenn die Sättigung erreicht ist, bricht die Spannung an den» Punkt D auf einen festen Wert zusammen. ·

In dem Äbschixsszeitptmkt des Geschosses wird die durch den Transistor TR2 verstärkte positive Spannung V6 an die Basis

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II -

des Transistors TR3 angelegt und sättigt ihn. Die Spannung VD ist somit praktisch Null.

Mit Hilfe des veränderlichen Widerstands P₃ wird die Vorspannung des Emitters des Transistors TR3 so eingestellt, dass er aus dem Sättigungszustand in den normalen Zustand übergeht, wenn die Spannung V6 auf einen Bezugswert V¹6 abgefallen ist. Wenn diese Spannung erreicht ist, wird der Kondensator CS 1,5 Sekunden benötigen, um seine Entladung zu beenden.

Wenn beispielsweise die Entladungsgerade des Kondensators CT so liegt, dass die Spannung an den Kondensatorbelägen proportional zu der Entladungsdauer ist und dass V3 - V6 = 1 Volt beträgt, wird die Vorspannung des Transistors TR3 so einreguliert, dass er bei einer Spannung ν·6 = 0,5 Volt und somit V3 =1,5 Volt aus dem Sättigungszustand in den normalen Zustand übergeht.

Wenn die Spannung V6 diesen Wert V*6 erreicht,geht der Transistor TR3 in den normalen Zustand über.Wegen der hohen Empfindlichkeit der Stufe TR3 genügt für den Übergang aus dem Sättigungszustand in den normalen Zustand eine sehr kleine Änderung der Spannung V6. Es erscheint somit plötzlich eine Spannung VD an dem Ausgang des Transistors TR3. Die Z-Dioden Z3 . und Z4 verbrauchen mehr als der Transistor und regeln die Spannung VD, die trotz der Schwankungen der an die Basis des Transistors TR3 angelegten Spannung konstant bleibt. Diese Spannung reicht aus, um die Zündung des Zünders 11 nach einer Verzögerung zu steuern, die gleich der Aufladungszeit des Kondensators CS ist, welche in dem gewählten Beispiel 1,5 Sekunden beträgt.

Der Transistor TR3 verhält sich wie ein bistabiler Schalter,

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welcher nacheinander in dem Punkt D eine sehr kleine oder O Volt betragende Spannung erzeugt, die zum Auslösen des Zünders 11 nicht ausreicht, solange der Transistor TR3 gesättigt ist, und danach eine konstante Spannung VD erzeugt, die zum Zünden des Zünders 11 ausreicht, sobald der Transistor TR3 den Sättigungszustand verlässt und linear arbeitet, was mit einer bestimmten Verzögerung nach dem Abschuss des Geschosses erfolgt. Wenn der Kondensator CT auf 5 Volt aufgeladen ist und sich jede Sekunde um 1 Volt entlädt, erfolgt in dem gewählten Beispiel der Übergang des Transistors TR3 aus dem gesättigten Zustand in den normalen Zustand nach 3,5 Sekunden und die zündung des Zünders 11 nach Ablauf von 5 Sekunden nach dem Abschuss. Die Ladespannung des Kondensators CT entspricht somit,der Anzahl von Sekunden, die zwischen dem Abschuss des Geschosses und dem Zünden des Zünders 11 verstreichen.

Wenn infolge einer Betriebsstörung der Kondensator CT keine Ladung oder aber eine Ladung empfängt, die kleiner ist als diejenige Ladung, welche die Sättigung des Transistors TR3 bewirkt, d.h. in dem gewählten Beispiel eine Ladespannung von unter 1,5 Volt, erscheint zwar bereits beim Start des Geschosses eine Spannung VD, es vergeht jedoch eine Zeit von 1,5 Sekunden, bevor der Kondensator CS ausreichend aufgeladen ist, damit die Betriebsschwellenspannung des Unijunction-Transistors 9 erreicht wird.

Der Kondensator CS stellt somit eine Sicherheit dar, die das zufällige Zünden des Zünders verhindert, bevor das Geschoss das Abschussgerät verlassen und sich ausreichend weit von demselben entfernt hat.

Man kann offenbar die Dauer der Sicherheitsverzögerung verändern, indem man entweder die Schwellenspannung des

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Unijunction-Transistors 9 mit Hilfe des Spannungsteilers R18, R19 oder die Zeitkonstante der Anordnung R16, R17, CS verändert, indem man in gewissen Grenzen auf die Werte der Widerstände oder der Kapazität CS einwirkt.

Temperaturänderungen bewirken eine Veränderung der Widerstände und bringen die Gefahr mit sich, dass die Verzögerungsdauern verändert werden. Der zu dem Widerstand R7 parallel geschaltete Thermistor R6 korrigiert diese Veränderung am Beginn der Entladung. Der zu dem Widerstand R13 parallel geschaltete Thermistor R14 ist am Ende der Entladung wirksam.

Andererseits wird ein Teil der Spannung V6 über einen Widerstand R8 an den Emitter des Transistors TR3 angelegt und korrigiert global den Mangel an Linearität der Transistoren TR2 und TR3. Die Dioden Dl und D2, die dem Widerstand R3 zugeordnet sind, kompensieren die Spannungsänderungen der an den Punkt 8 der integrierten Schaltung 5 angelegten Vorspannung.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über das beschriebene Ausführungsbeispiel hinaus eine Vielzahl von Vereinfachungs- und Verbesserungsmöglichkeiten der Anordnung nach der Erfindung.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   1/ Elektronische Verzögerungsanordnung zum automatischen Steuern eines Manövers mit einer einstellbaren Verzögerung in bezug auf einen Anfangszeitpunkt, mit einem¹ Kondensator, der mit einer einstellbaren Spannung aufgeladen wird und sich in dem Anfangszeitp'unkt zu entladen beginnt, und mit Einrichtungen zum Vergleichen der Aufladung des Kondensators mit einer Bezugsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungsschaltung des Kondensators Widerstände enthält, die mit den Klemmen einer Schaltung mit sehr grosser Eingangsimpedanz verbunden sind, deren Ausgangsspannung ständig gleich der Eingangsspannung vermindert um einen konstanten und kleinen Wert ist, so dass die Entladungsdauer des Kondensators zu der Äufladungsspannung proportional ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände einen veränderlichen Widerstand enthalten, mittels welchem der Proportionalitätsfaktor zwischen der Entladungszeit und der Spannung eingestellt werden kann, mit der der Kondensator zuvor aufgeladen wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Schaltung mit sehr grosser Eingangsimpedanz mit einem Verstärker grosser Empfindlichkeit verbunden ist, dessen Ausgang parallel mit einer Z-Diode, mit einem Sxcherhextskondensator und mit einem programmierbaren Unijunction-Transistor verbunden ist, der mit der Steuerelektrode eines Thyristors in Reihe geschaltet ist, welcher das Schliessen eines Stromkreises steuert, so dass die Ausgangsspannung des Verstärkers im wesentlichen Null bleibt, solange die letzte Stufe gesättigt ist, und plötzlich auf einen konstanten Wert übergeht, wenn die Eingangsspannung

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   kleiner wird als die Sättigungsspannung, die als Bezugsspannung dient.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter der letzten Stufe des Verstärkers über einen veränderlichen Widerstand vorgespannt ist, welcher das Regulieren der Sättigungsspannung ermöglicht.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, die auf einem Geschoss angeordnet ist und zum Steuern des Zündens eines pyrotechnischen Zünders mit einer bestimmten Verzögerung in bezug auf den Abschusszeitpunkt dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Thyristor in dem Entladungskreis eines dritten Kondensators, der durch das mit dem Abschusszeitpunkt zusammenfallende Schliessen eines Schalters aufgeladen wird, mit dem Zünder in Reihe geschaltet ist.

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