DE2845236C2 - Kapazitiver Annäherungszünder - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem kapazitiven Annäherungszünder für Geschosse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Ein kapazitiver Annäherungszünder für Geschosse mit zwei voneinander isolierten Teilen des Geschosses als Elektroden ist aus der US-PS 38 89 599 bekannt. Die Spannungsänderung einer Elektrode gegenüber der anderen steuert eine Kaltkathodenröhre leitend, deren

Kathodenstrom die Zündung bewirkt.

Ein kapazitiver Annäherungszünder für Minen ist Gegenstand der US-PS 39 39 770. Er besitzt eine Brükkenschaltung mit einem spannungsgesteuerten Kondensator, die im Einsatz bei langsamen Kapazitätsänderungen automatisch abgeglichen wird und bei schnellen Kapazitätsänderungen die Zündung auslöst.

Aus der DE-OS 16 78 631 ist ein Annäherungszünder der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten

ίο Art bekannt. Der Zünder enthält einen Hochfrequenzschwingkreis mit einem Kondensator, dessen Elektroden aus zwei voneinander isolierten Teilen des Geschosses bestehen. Nähen sich das Geschoß einer leitenden Oberfläche, z. B. der Erde, so wird diesem Kondensator die Kapazität zwischen den Elektroden und der Erde parallel geschaltet, wodurch eine Zunahme der Gesamtkapazität des als Hartleykreis ausgebildeten Schwingkreises erfolgt Eine rasche Frequenzänderung des Schwingkreises wird von einem Frequenzdiskriminator erkannt, dessen Ausgangssignal beim Erreichen eines bestimmten Spannungswertes die Zündung bewirkt.

Diese genannten Zünder sind jedoch für viele Anwendungsfälle zu unempfindlich und daher nur für kurze Abstände zwischen Ziel und Geschoß verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrucde, den Stand der Techn.'k zu verbessern. Insbesondere soll der Zünder möglichst empfindlich und trotzdem betriebssicher sein.

Die Aufgabe wird bei einem Zünder der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. Es ist nunmehr möglich, einen sehr empfindlichen, zuverlässigen und gegen Alterungseffekte der Bauelemente unempfindlichen Zünder zu realisieren, dessen elektrische Bauteile in integrierter Schaltungstechnik sehr wenig Platz beanspruchen und wenig elektrische Leistung erfordern. Da er außerdem unempfindlich gegen Steuungen der Bauelemente und keine Justierarbeiten erfordert, ist er preisgünstig herstellbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Beispielsweise ist bei Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 zur Erzeugung eines Schwellenwertes einfach eine Zenerdiode oder eine oder mehrere Siliziumdioden in Flußrichtung verwendbar.

1st zur Erzeugung des Schwellenwertes ein weiterer Phasenregelkreis vorgesehen, der im Aufbau dem ersten Phasenregelkreis entspricht, bei dem jedoch dem im wesentlichen frequenzbestimmenden Kondensator eines weiteren spannungsgesteuerten Oszillators eine zweite und eine dritte Elektrode parallel geschaltet sind, so zündet der Zünder nur dann, wenn das Geschoß trifft, nicht jedoch wenn es an einem Gegenstand vorbeifliegt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Zünders;

F i g. 2 Blockschaltbild einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zünders.

In Fig. 1 ist ein kapazitiver Annäherungszünder für Geschosse mit zwei voneinander isolierten Elektroden Ei und E 2 dargestellt, deren Kapazitätsänderung bei ihrer Annäherung an einen leitenden und/oder dielektrisehen Körper Λ/zur Zündung ausgenutzt wird. Die beiden Elektroden sind parallel zum im wesentlichen frequenzbestimmenden Kondensator C eines spannungsgesteuerten Oszillators 1 geschaltet, der Bestandteil ei-

nes Phasenregelkreises ist Der Phasenregelkreis besteht aus der Reihenschaltung des spannungsgesteuerten Oszillators 1 mit einem Phasenkomparator 2 und einem Loop-Filter 3. Der zweite Eingang des Phasenkomparator 2 ist mit einem auf vorgegebener Frequenz schwingenden Oszillator 4 verbunden.

Zwischen Phasenkomparator 2 und Loop-Filter 3 ist ein Umschalter S mit den Anschlüssen A. B und C geschaltet, in dessen Ruhestellung AB der Ausgang des Phasenkomparator 2 mit dem Loop-Filter 3 verbunden ist, so daß der Phasenregelkreis geschlossen ist Nach Maßgabe eines vorgegebenen Kriteriums ist der Umschalter S von AB nach AC umschaltbar, so daß dann am Ausgang des Phasenkomparators 2 eine Frequenzüberwachungsschaltiing angeschlossen ist.

Als vorgegebenes Kriterium für die Umschaltung des Umschalters S kann der Synchronisationszustand des Phasenregelkreises verwendet werden. Die Frequenz am Ausgang des Phasenkomparators 2 ist im Eynchronisationszustand Null.

In Fig. 1 ist zur Umschaltung des Schalters S ein Zeitglied 5 vorgesehen, das nach einer vorgebbaren Zeit nach dem Abschuß des Geschosses den Schalter S umschaltet. Ferner zeigt Fig. 1 als Frequenzüberwachungsschaltung einen Frequenz/Spannungs-Wandler 6 mit nachgeschalteter Schwellenschaltung 7 und einer Zündauslöseschaltung 9.

Die Schwellenschaltung ist im Ausführungsbeispiel als Komparator ausgebildet, dessen zweitem Eingang ein Schwellenwert fs zugeführt ist. Dieser Schwellenwert kann vom Abgriff eines Spannungsteilers mit oder ohne Zenerdiode oder in Flußrichtung betriebenen Silizium-Dioden abgegriffen werden. In einfachen Fällen genügt als Schwellenschaltung auch eine an sich bekannte Schmitt-Trigger-Schaltung, also eine Schaltung, die beim Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes an ihrem Ausgang ein Signal abgibt.

Zwischen Schwellenschaltung und Zündauslöseschaltung kann, wie F i g. 1 zeigt, eine Signalverarbeitungsschaltung 8 geschaltet werden, die eine für die Zündauslöseschaltung erforderliche Spannung erzeugt.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Zünders ist folgende. Nach dem Abschuß des Geschosses wird die Batterie des Zünders aktiviert. Das Zeitglied arbeitet, ebenso der Oszillator 4 und der spannungsgesteuerte Oszillator 1. Sobald durch den Phasenregelkreis die Oszillatoren 4 und 1 synchronisiert sind, ist die Ausgangsfrequenz des Phasenkomparators 2 Null. Schaltet nun das Zeitglied 5 den Schalter Sum, so hält das Loop-Filter die Spannung zur Frequenzsteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators 1 konstant. Solange sich nun die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 1 nicht ändert, bleibt die Ausgangsfrequenz des Phasenkomparators 2 Null und der nunmehr angeschlossene Frequenz/Spannungs-Wandler 6 liefert als Ausgangsspannung z. B. 0 Volt.

Nimmt nun die Kapazität zwischen den Elektroden Fl und £2 durch Annäherung des Zünders an einen Gegenstand oder an die Erde zu, so schwingt der spannungsgesteuerte Oszillator 1 langsamer als der Oszillator 4. Der Phasenkomparator 2 liefert eine Ausgangsfrequenz, die gleich der Frequenzdifferenz beider Oszillatoren ist und der Frequenz/Spannungs-Wandler 6 eine der Frequenzdifferenz entsprechende Ausgangspannung, die bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellenwertes Usd\e Zündung bewirkt.

Soll jedoch beim Vorbeifliegen des Geschosses an einen Gegenstand oder beim Parallelflug dicht über der Erde die Zündung nicht zünden, so wird in vorteilhafter Weise der Schwellenwert Us entsprechend gesteuert. Diese Steuerung erfolgt zweckmäßigerweise durch einen zweiten, in gleicher Weise wie der erläuterte aufgebauten Phasenregelkreis.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig.2. Der obere Teil der Figur entspricht Fig. 1, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Der ur.tere Teil der F i g. 2 ist identisch dem oberen Teil aufgebaut Die Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile wurden durch eine »1« ergänzt. Wesentlich ist jedoch, daß dem im wesentlichen frequenzbestimmenden Kondensator C i eines weiteren spanhungsgesteuerten Oszillators 11 die zweite Elektrode £2 und eine dritte Elektrode £"3 parallel geschaltet sind.

Die Elektroden Ei, E2und E3sind hier als Ringe auf einem zylindrischen, dem Geschoß aufgesetzten Körper angebracht Bewegt sich das Geschoß und damit der zylindrische Körper mit seiner Achse parallel zu einer leitenden Fläche, so ist die Kapazitätszunahme zwischen den Elektroden £1 und E 2 bzw. E 2 und E3 gleich. Die Phasenkomparatoren 2 und 21 werden gleiche Differenzfrequenzen und die Frequenz/Spannungs-Wandler 6 und 61 gleiche Ausgangsspannungen abgeben, so daß die Schweilenspannung Us nicht überschritten und damit die Zündung nicht ausgelöst wird. Erst wenn die Kapazitätszunahme zwischen den Elektroden £ 1 und £2 größer ist als die der Elektroden £2 und £3, wird die Schwellenspannung Us überschritten und die Zündung bewirkt. Eine unerwünschte Zündungsauslösung durch Geländeunebenheiten werden bei diesem Ausführungsbeispiel vermieden und nur beim Annähern unter einem für die Geschoßwirkung günstigen Auftreffwinkel wird das Geschoß gezündet.

Im allgemeinen genügt die Speicherfähigkeit des Loop-Filters 3 bzw. 31, um für die Dauer des Fluges die Spannung am jeweiligen spannungsgesteuerten Oszillator konstant zu halten. Werden jedoch besondere Anforderungen an die Spannungskonstanz gestellt, so ist es zweckmäßig, vor oder nach dem Loop-Filter eine zusätzliche Spannungshalteschaltung (Sample and HoId-Schaltung) vorzusehen.

In einfachen Fällen kann als Loop-Filter ein als RC-Glied ausgebildeter Tiefpaß vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft hat sich als Loop-Filter ein Second-Order-Filter gezeigt, da dieses einen sehr hohen Fangbereich aufweist.

Literatur zu Loop-Filter: Floyd M. Gardner, Ph. D., Phaselock Techniques; John Wiley & Sons, Inc., (1966), New York, London, Sydney.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Kapazitiver Annäherungszünder für Geschosse mit mindestens zwei voneinander isolierten Elektroden, die parallel zum im wesentlichen frequenzbestimmenden Kondensator (C) eines Oszillators (1) geschaltet sind und deren Kapazitätsänderung bei ihrer Annäherung an einen leitenden und/oder dielektrischen Körper zur Zündung ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (1) ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) ist, der Bestandteil eines ersten Phasenregelkreises mit einem Phasenkomparator (2) ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (1) und dessen zweiter Eingang mit einem auf vorgegebener Frequenz schwingenden Oszillator (4) verbunden ist und dessen Ausgang nach einem vorgebbaren Kriterium zwischen »geschlossenem Phasenregelkreis« und »Anschluß an eine Frequenzüberwachungsschaltung (FU)« umschaltbar ist.

2. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Kriterium der Synchronisationszustand des Phasenregelkreises ist.

3. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Kriterium die Zeitspanne nach dem Abschuß des Geschosses ist.

4. Zünder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzüberwachungsschaltung aus der Reihenschaltung eines Frequenz/Spannungs-Wandlers (6) mit einer Schwellenschaltung und einem Zündauslöser (8, 9) besteht.

5. Zünder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenschaltung ein Schmitt-Trigger ist.

6. Zünder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenschaltung ein Komparator (7) ist, dessen zweitem Eingang ein Schwellenwert (Us) zugeführt ist.

7. Zünder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Schwellenwertes (LJs) ein weiterer Phasenregelkreis vorgesehen ist, der im Aufbau dem ersten Phasenregelkreis entspricht, bei dem jedoch dem im wesentlichen frequenzbestimmenden Kondensator (Ci) eines weiteren spannungsgesteuerten Oszillators (11) die zweite und eine dritte Elektrode parallel geschaltet sind.

8. Zünder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenregelkreis ein Second-Order-Filter aufweist.

9. Zünder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Phasenregelkreis eine Spannungshalteschaltung vorgesehen ist.