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Elektrischer Geschoßzünder
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Geschoßzünder, mit einem
beim Zielaufschlag durch eine Prall- oder Schockwelle beaufschlagbaren, als piezoelektrische
Zelle ausgebildeten Spannungsimpulsgeber, in welchem beim Zielaufschlag, d.h.
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beim plötzlichen Abbremsen des Geschosses ein dem Aufschlagimpuls
bzw. dem Verzögerungsmoment entsprechender Spannungsimpuls erzeugbar ist.
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Zünder, bei denen ins Zündspannungsgenerator eine piezoelektrische
Zelle dient, sind bekannt. Bei einem solchen ZUnder (US-PS 3 295 449) ist beispielsweise
der piezoelektrischen Zelle axial benachbart eine Masse angeordnet, die beim Abfeuern
des Geschosses durch Beharrungskraft auf die Zelle drückt und in dieser eine der
Abschußbeschleunigung entsprechende Spannung erzeugt. Die so erzeugte elektrische
Energie wird sodann im Zünder, gegebenenfalls in der piezoelektrischen Zelle selbst
gespeichert und beim Erreichen des Zieles über einen Aufschlagkontakt oder einen
elektronischen ZiindschaZter auf die Zündkapsel entladen und letztere dabei gezündet.
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Daneben sind aber auch Zünder bekannt (US-PS 3 486 452) bei denen
die Zündspannung in einer piezoelektrischen Zelle erst beim Zielaufschlag erzeugt
wird, sei es mittels eines einstoßbaren, mit einem Hammerteil auf die Zelle schlagenden
Stößels, sei es mittels einer hinter der Zelle angeordneten Masse, die bei plötzlicher
Abbremsung des Geschosses bzw.
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durch eine beim Aufschlag erzeugte und bis zur piezoelektrischen Zelle
laufende Stoßwelle in der Zelle einen dem Bremsmoment bzw. dem Prallimpuls entsprechenden
Spannungsimpuls erzeugt. Mit dieser beim Aufschlag erzeugten Spannung wird unmittelbar
der Detonator des Geschosses gezündet.
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Es hat sich nun aber gezeigt, daß bei diesen Zündern die in der piezoelektrischen
Zelle erzeugte Spannungsspitze etwa gleich hoch sein kann, unabhängig von der Art
des Aufschlags.
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Trifft das Geschoß beispielsweise im Flug auf Laubwerk, Regentropfen
o. dgl., soistu.U.der Spannungsimpuls etwa ebenso hoch wie bei einem flachwinkligen
Aufschlag des Geschosses auf ein festes Ziel. Dies wird durch die Charakteristik
der piezoelektrischen Zelle bestimmt, deren Impulshöhe nicht von der kinetischen
Energie als solcher, sondern von der Dauer und Steilheit des Energieanstiegs abhängt.
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Ein Auftreffen des Geschosses auf eine Maske - simmuliert durch 1
m/m Pappe in senkrechtem Beschuß - ergibt beispielsweise in der piezoelektrischen
Zelle die gleiche Spannungsspitze wie ein Aufschlag des Geschosses auf eine Stahlplatte
unter 15° Auftreffwinkel. Je nach Empfindlichkeitseinstellung des Zünders führt
dies dazu, daß der Zünder entweder bereits bei Maskentreffern anspricht oder aber
bei einem Zielaufschlag unter flachem Auftreffwinkel blind geht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Impulsglieder für die piezoelektrische
Zelle sowie das Geschoß so auszubilden, daß einerseits der bei Frontalaufschlag
auf eine Maske erzeugte Prallschlagimpuls gedämpft und die bei flachwinkligem Auftreffen
des Geschosses auf ein festes Ziel erzeugte, in Geschoßachsrichtung
verlaufende
Impulskomponente gesteigert wird.
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Um ein sicheres Ansprechen eines Zünders bei flachem Auftreffwinkel
zu erzielen, ist es bereits bekannt, den Kopf mit einer scharfen Greifkante zu versehen,
welche bewirkt, daß das Geschoß nicht abprallt, sondern daß sich der Kopf im Ziel
festhakt und den Zünder betätigt. Die axiale Impulskomponente bzw. die durch diese
in der piezoelektrischen Zelle erzeugte Spannungsspitze ist aber dennoch nicht so
viel höher, daß sie eine deutliche Unterscheidung gegenüber dem erwähnten Frontalaufschlag
auf 1 m/m Pappe ermöglichen würde. Es muß daher noch eine andere Maßnahme damit
einhergehen, die die Differenz der Spannungsamplituden wesentlich vergrößert.
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Erfindungsgemäß wird dies durch einen im Geschoßkopf vorgesehenen
Impulswandler erreicht, der aus einem in das Geschloß kopfseitig eingesetzten, in
an sich bekannter Weise mit einer scharfen Greifkante versehenen Kopfteil und einem
in dessen vornehmlich trichterförmige Ausnehmung eingesetzte, den Kopfteil mit einem
balligen oder kegeligen Vorsprung überragenden, nachgiebigen Stopfen besteht. Als
besonders geeigneter Werkstoff hat sich ein Kunstharz erwiesen, das von - 400 bis
+ 700 elastisch verformbar ist, vornehmlich Polyacetal.
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Dieser Stopfen kann innerhalb des Kopfteils begrenzt axial verschiebbar
sein, wozu zwischen dem rUckwärtXgen Ende eines Schaftes des Stopfens und einem
Innenboden des Kopfteils ein Freiraum vorgesehen ist, welcher ein begrenztes axiales
Verschieben des Stopfens ermöglicht.
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Weitere konstruktive Varianten, die alle zum Ziel haben, zunächst
bei Frontalaufschlag - gegebenenfalls unter Aufdornen des Zieles durch den vorstehenden
Kegel - nur einen Teil des Stoßimpulses zu übertragen, d.h. die Impulsspitze zu
reduzieren und dabei die Impulsdauer zu verlängern, sind in den Zeichnungen dargestellt
und nachfolgend beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Lösung führt zu einem Spannungsimpulsverhältnis
von 1 (bei Maskentreffern): 2 bis 3 (bei 150 Aufschlag auf feste Ziele). Auf diese
Spannungsdifferenz aber kann das Zündsystem bzw. eine diesem vorgeschaltete elektronische
Schwelle ohne Schwierigkeiten abgestimmt werden.
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Der erfindungsgemäße Impulswandler erlaubt ein Schießen aus der Deckung
und gewährleistet, daß der Zünder bei Aufschlag auf Blattwerk, Regen u. dgl., d.h.
bei Maskentreffern nicht, beim Aufprall auf feste Ziele Jedoch, selbst bei sehr
ungünstigem Auftreffwinkel, noch sicher anspricht.
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Einzelheiten gehen aus der Beschreibung einiger in den Zeichnungen
dargestellter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht
des Vorderteils eines Geschosses, im Augenblick des Auftreffens auf ein Ziel unter
sehr flachem Auftreffwinkel, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Geschoß- bzw. Zünderkopf
im Bereich II der Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Zündspannungsgenerator
des Geschosses in seinem prinzipiellen Aufbau, im Zünder nach Fig. 1 im Bereich
III, Fig. 4 bis 7 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Impulswandlers.
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Nach den Figuren 1 bis 3 weist ein Geschoß 3 bzw. ein in dieses kopfseitig
eingeschraubter Zünder in einen Zünder körper 1 einen Zündspannungsgenerator (Fig.
3) auf, welcher aus einer piezoelektrischen Zelle 2 und einer von hinten an dieser
anliegenden Masseplatte 4 besteht. In diesem Zündspannungagenerator entsteht in
bekannter Weise eine Spannung, wenn beim Zielaufschlag eine Prall- oder Schockwelle
den ZUnderkdrper 1 und die Zelle 2 durchläuft bzw., wenn bei
plötzlichem
Abbremsen des Geschosses 3 infolge der Verzögerung die Masseplatte 4 die Zelle 2
auf den Zünderkörper 1 preßt. Die Höhe der Spannung wird dabei durch die Impulsspitze
des Stoßes bestimmt. Durch diesen Spannungsimpuls wird aber beim überschreiten einer
Mindestschwellenspannung ein im Heck 5 des Zünders 1 angeordneter Detonator gezündet.
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übliche beispw. mit einer ogivalen Zünderhaube versehene Zünder gleiten
bei Aufschlag auf eine Stahlplatte 6, die wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, in sehr
flachem Winkel zur Geschoßbahn steht, ab. Sie hinterlassen gegebenenfalls eine längliche
Gleitspur und zünden u. U. seitab vom Ziel. Der Zünder selbst erhält dabei aber
nur senkrecht zur Geschoßachse einen stärkeren Impuls, welcher den Zünder deformiert,
so daß das Geschoß anschließend blind geht. De axiale Impulskomponente ist so gering,
daß durch sie in dem piezoelektrischen Zündspannungsgenerator keine zur Zündung
des Detonators erforderliche Spannung erzeugt wird, vor allem dann, wenn die Struktur
der ogivalen Zünderhaube nicht sehr kompakt ist, bzw. eventuell nur eine dünne ballistische
Haube ist.
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Um dies zu vermeiden, d.h. auch bei flachwinkligem Zielaufschlag eine
ausgeprägte und ausreichend hohe axiale Impulskomponente zu erreichen, ist in den
Zünderkörper 1 an seiner Spitze ein Kopfteil 7 aus gehärtetem Stahl eingesetzt,
das mit einer Ringschulter 8 auf einer Stirnringfläche 9 des Zünderkörpers 1 aufsitzt.
Am oberen Rand seines etwas zylindrischen, über den Zünderkörper 1 überstehenden
Kopfes weist das Kopfteil 7 eine scharfe Greifkante 10 auf, an die sich zur Mitte
hin eine trichterförmige Ausnehmung 11 anschließt.
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Beim flachwinkligen Auftreffen des Geschosses 3 auf die Stahlplatte
6 frißt sich die scharfe Greifkante 10 in das Zielmaterial. Das Geschoß 3 verhakt
sich in der Platte 6. Dabei wird im Zünder 1 eine deutliche und steil ansteigende
axiale Impulskomponente bewirkt, die ausreicht, in der Zelle 2 die zur Zündung des
Detonators erforderliche Zündspannung zu erzeugen.
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Wie einleitend bereits erwähnt wurde, wird aber beim Frontalaufprall
eines solchen Zünders auf eine Maske, nachgebildet beispw. durch ein Ziel von 1
m/m Pappe, in dem Zünderkörper 1 eine Aufprall-, d.h. eine Schockwelle erzeugt,
die zwar einen geringen Energieinhalt besitzt, dafür aber axtrem steil verläuft.
Diese Schockwelle durcheilt den Zünderkörper 1 in Axialrichtung und trifft mit voller
Amplitude auf die Zelle 2.
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In dieser ruft sie einen kurzen, aber sehr hohen Spannungsimpuls hervor,
der ausreicht, den Detonator zu zünden. Um diesen Aufprallimpuls zu dämpfen bzw.
zu wandeln und zwar in der Form, daß - bei im wesentlichen gleichem Energieinhalt
-die Impulsspitze verringert und die Impulsdauer verlängert wird, ist in die Ausnehmung
11, welche in der Mitte in eine zentrische Sacklochbohrung 12 mündet, die nach unten
durch einen Boden 13 abgeschlossen ist, ein Stopfen 14 eingedrückt.
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Dieser etwas linsenkopfnietförmige Stopfen 14 ragt mit einem Vorsprung
15 axial über die Greifkante 10 vor, während er radial etwa an der Greifkante 10
ausläuft. Der Vorsprung 15 kann ballig oder wie Fig. 5 veranschaulicht, als Kegel
16 ausgebildet sein. Die (Spitz-) Kegelform bewirkt beim Zielaufprall auf ein nachgiebiges
Ziel ein Aufdornen. Der Stopfen 14 besteht aus einem verformbaren Werkstoff, vornehmlich
aus einem im Bereich von - 400 bis + 70° C in gewissen Grenzen elastisch verformbaren
Kunstharz vornehmlich aus Polyacetal.
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Außer dem Aufdorneffekt wird innerhalb eines Anfang swe ges dadurch
auch eine Impulsdämpfung erzielt; die Impulskurve schnellt nicht schlagartig steil
nach oben, sondern steigt geneigt an. Sie erreicht daher auch - bei gleichem Energieinhalt
nicht die Spitzenhöhe wie sie bei einem Frontalaufprall des Kopfteils 7 bohne Stopfen
14 auftreten würde. Der Stopfen 14 weist nach hinten einen zylindrischen Schaft
17 auf, der vornehmlich mit axial verlaufenden, radial ber-19 stehenden Rippen 18
(Fig. 5) oder mit Längsnuten (Fig. 4) versehen ist. Bodenseitig ist zwischen dem
Ende des Schaftes 17 und dem Boden 13 ein Freiraum 20 vorgesehen, welcher dem Stopfen
14 bzw. dessen Schaft 17 eine elastische bzw. plastische Verformung gestattet, ehe
das Schaftende auf den Boden 13 trifft.
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Abgesehen von der bei der Verformung des Stopfens 14 auftretenden
Energieumwandlung, wird dadurch eine Dämpfung und Strekkung der Impulskurve bewirkt.
Die Kurve zeigt einen ersten
Anstieg beim Auftreffen der Spitze
des VorsprunFes 15, 16 auf das Ziel, verlade dann etwa gleichmäßig weiter und steigt
dann u. U. nochmals gering an, wenn der Schaft 17 des Stopfens 14 auf den Boden
13 des Kopfteils 7 auftrifft. Die Längsrippen 18 oder -nuten 19 dienen der Befestigung
und zentrischen Abstützung des Stopfens 14 im Kopfteil 7, sie ermöglichen aber auch
eine begrenzte radiale Materialverschiebung und ein axiales, wenn auch gebremstes
Verschieben des Schaftes 17 in der Bohrung.
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Um dem Stopfen 14 im Kopfteil 7 einen festen Halt zu geben, kann der
Kopfteil 7, wie in Fig. 4 dargestellt ist, mit gethderingförmigen, erhabenen oder
vertieften Rillen 21 versehen sein.
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Der Erhöhung der anfänglichen Impulsdämpfung bei Frontalaufpralll
des Zünders auf ein Ziel dient aber auch eine Ausbildung des Stopfens nach den Fig.
6 und 7. Dort weist nach Fig.
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6 ein Stopfen 22 zur kegeligen Ausnehmung 11 des Kopfteiles 7 hin
einen flacheren Kegelwinkel auf als die Ausnehmung 11 selbst. Der erste Frontalaufprallstoß
des Zünders auf ein Ziel wird daher zunächst durch die Eigenfederung des Stopfenwerkstoffes
im Bereich des Kopfes aufgefangen. Erst nach Zurücklegung dieses Verformungsweges
gelangt der Stopfen 22 in festeren Kontakt zum Kopfteil 7. Die Eingangsimpulskurve
wird dadurch abgeflacht. Daneben kann gemäß Fig. 7 ein etwa pilzförmiger Stopfen
23 zur kegeligen Ausnehmung des Kopfteils 7 hin auch eine Auskehlung 24 aufweisen,
die in ähnlicher Weise bewirkt, daß erst verzögert eine geschlossene Impulskette
entsteht.
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Anstelle oder zusätzlich zu diesen Maßnahmen ist nach Fig. 7 das in
den Freiraum 20 hineinragende, untere Ende eines Schaftes 25 mit einer kegel- oder
kugelförmigen Spitze 26 versehen.
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Diese sitzt in Ausgangsstellung auf dem Innenboden 13 des Kopfteils
7 überhaupt nicht bzw. nur punktförmig auf. Dadurch tritt beim Einstoßen des Stopfens
23 zunächst eine elastische, anschließend eine plastische Verformung des Stopfens
23 und erst dann ein voller Kraftschluß von der Zielwand
über
den Stopfen 23, den Kopfteil 7 und den Zünderkörper 1 zum Zündspannungsgenerator
2 ein.
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Dieser Impulswandler und -dehner, der bei Maskentreffern ein Ansprechen
des Zünders mit Sicherheit verhindert, beeinträchtigt nicht die Funktionsfähigkeit
des ZUndspannungsgenerators 2 bei Aufschlag des Geschosses 3 auf ein Festziel und
insbesondere nicht das Einhaken der Greifkante 10 im Ziel bei flachwinkligem Aufschlag
des Geschosses.