DE3029491C2 - Verfahren zum dauernden Speisen einer Last in einem Geschoß - Google Patents

Description

— als Generator ein Thermo-Generator (1) benutzt wird,

— von dem zunächst, wenn seine Spannung (Ua-b) den für die Last (2) betriebsnotwendigen Wert überstiegen hat und weiter ansteigt, parallel zur Aufladung des Speicherkondensators(C3) die Last (2) gespeist wird,

— von dem sodann, während seine Spannung (Ua-b) wieder abfällt, aber noch immer oberhalb des betriebsnotwendigen Wertes für die Last liegt, nur die Last (2) gespeist wird,

— woraufhin schließlich die Last (2) stattdessen aus dem Speicherkondensator (C3) gespeist wird, wenn die Generator-Spannung (Ua-b) wieder unter den betriebsnotwendigen Wert abgesunken ist

Die Erfindung betrifft die Pk blematik des dauernden Speisens einer Last in Form einer elektronischen Schaltung, die in ein Geschoß eingebaut ist, während des Geschoß-Fluges. Die diesbezüglich gattungsbildenden Maßnahmen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sind aus der DE-OS 28 38 055 bekannt

Bei der DE-OS 28 38 055 ist das Geschoß mit einem Generator ausgestattet, der als Stoß-Generator oder als auf Drallbeschleunigung beruhender Generator infolge der Beschleunigung, die das Geschoß bei seinem Abschuß erfährt, elektrische Energie erzeugt die für den anschließenden Betrieb der elektronischen Schaltung zur Zündsicherung und Zündauslösung in einem Kondensator gespeichert wird. Dabei soll der Anschluß der Schaltung, die dem Speicherkondensator Laststrom entnimmt, derart ausgebildet werden, daß die Belastung so möglichst gering ist und unabhängig von der Größe des momentanen Laststromes die Speisung der Schaltung stets mit einer konstanten Spannung erfolgt die kleiner ist, als die Spannung, auf die der Speicherkondensator aufgeladen wurde. Dabei ist wie es auch sonst bei der Aufladung eines Kondensator mit schwankender Speisespannung üblich ist, in der Speiseleitung vom Generator zum Speicherkondensator ein Richtleiter derart gepolt vorgesehen, daß der Kondensator auf etwa den Spitzenwert der schwankenden Generatorspannung aufgeladen und nicht von der wieder abfallenden Generatorspannung wieder entladen wird.

Bei jener Vorveröffentlichung ist ferner vorgesehen, eine Einschaltvorrichtung einzusetzen, die, dem Speicherkondensator direkt parallelgeschaltet, zu Be- '65 ginn der Betriebsphase des Aufladens des Speicherkondensators zur Vermeidung Undefinierter Ausgangszustände der Schaltung die Schaltungsfunktion blockiert; wobei diese Blockade erst dann und dadurch aufgehoben wird, daß die zwischen Speicherkondensator und Last ausgebildete Spannungsverminderungs- und Stabilisierschaltung infolge hinreichend angestiegener Versorgungsspannung zu arbeiten beginnt Ferner ist dort vorgesehen, zu Ende der Flugzeit des Geschosses, wenn dieses im Ziel oder zur Selbstzerlegung gezündet wird, den Zündkreis (nicht über die der ständig zu speisenden Last vorgeschaltete Spannungsreduzier-unrt Stabilisierschaltung, sondern) direkt an den Speicherkondensator anzuschalten, so daß der seine gespeicherte Restenergie direkt über die Zündkapsel entlädt Solche Zündkreise benötigen nämlich nur kurzzeitige Energie, wodurch sie sich grundsätzlich von elektronischen Schaltungen unterscheiden, die eine während des Fluges dauernd zu speisende Last darstellen — wohingegen die größten mechanischen Energien, die sich in elektrische Energie umsetzen lassen, infolge der Geschoß-Beschleunigungen beim Abschuß und beim Zielaufprall, also gerade nicht während des gesamten Geschoß-Fluges, verfügbar sind.

Um für die Speisung der Last während des Geschoß-Fluges nicht Batterien in das Geschoß einbauen zu müssen, wird in der insoweit prioritätsälteren, aber nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 31 00 5063 der Anmelderin vorgeschlagen, das Geschoß mit einem, Thermo-Generator auszustatten, der aufgrund der Erwärmung während des Geschoß-Freifluges aktiviert wird. Ähnlich wie ein durch Beschleunigungskräfte aktivierbarer Generator, aber zeitlich dagegen sehr otark gedehnt liefert ein derart eingesetzter Thermo-Generator ebenfalls zunächst eine steil ansteigende Klemmenspannung, die dann entsprechend den ballistischen Gegebenheiten des Geschosses über dessen Flugzeit allmählich wieder abnimmt Gerade am Ende des Geschoß-Fluges muß aber die betriebsnotwendige Spannung an der Last (Schaltung) noch vorhanden sein, damit z. B. die elektronische Zündauslösung, wie sie etwa in der oben genannten DE-OS 28 38 055 ausführlich beschrieben ist eingeleitet werden kann. Um den Thermo-Generator zur Erfüllung dieses Spannungs-Zeit-Kriteriums nicht überdimensionieren zu müssen und möglichst auch auf das Erfordernis einer Zwischenspeicherung elektrischer Energie (wofür insbesondere ein Speicherkondensator in Betracht käme) verzichten zu können, ist in jener älteren Anmeldung vorgeschlagen, die thermischen Eigenschaften des Materials für Aufbau und Einbau des Thermo-Generators derart auszubilden, daß während der Freiflug-Zeitspanne des Geschosses das über dem Generator auftretende und ausgenutzte Temperaturgefälle nicht wesentlich abgebaut wird. In der Praxis erscheint eine solche zeitlich konstante Anregung des Generators trotz stark schwankender thermischer Einflußgrößen aber kaum realisierbar, weshalb für die Belange der Praxis bei Verzicht auf elektrische Zwischenspeicherung doch wieder eine Überdimensionierung der Generator-Auslegung (nämlich bezüglich des Spannungserfordernisses am Ende seiner Flugzeit) in Betracht gezogen werden muß.

In jener älteren Anmeldung ist ferner auch ein üblicherweise solchem Geschoß-Generator nachgeschalteter Spannungswandler erwähnt

Aus der DE-OS 25 39 541 ist es — wie aus der oben besprochenen DE-OS 28 38 055 — bekannt, aus einem (Piezo-)Generator, der durch die hohe positive Beschleunigung beim Abschuß des Geschosses im Waffenrohr kurzzeitig angeregt wird, einen Speicher-

kondensator aufzuladen, welcher dann beim Zielaufschlag des Geschosses über den elektrischen Zündkreis entladen wird. In diesem Falle ist dabei der Speicherkondensator — wie üblich wieder über einen die Rück-Entladung bei wiederabsinkender Speisespannung verhindernden Richtleiter — zunächst allein dem Piezo-Generator nachgeschaltet; über eine mechanische Entsicherungseinrichtung im Geschoß erfolgt nach dem Geschoß-Abschuß aus dem Waffenrohr sodann eine Umschaltung des Speicherkondensators vom Generator fort auf den Zündkreis; welcher aber erst infolge des Zielaufschlags durchgeschaltet wird, um dann mit der im Kondensator gespeicherten elektrischen Energie die Zündung auszulösen. In jener Vorveröffentlichung ist auch vorgesehen, die sogenannte Rohrsicherheit des Geschosses dadurch zu erhöhen, daß infolge einer entsprechend gepolten Ableit-Diode über den! Generator die Aufladung des Speicherkondensators noch nicht als Folge der auf den Piezogenera · tor einwirkenden positiven Beschleunigung beim Abschuß erfolgt, sondern erst später infolge Beschleunigungsumkehr bei sich verlangsamendem Freiflug das Geschosses. Da diese negative Beschleunigung aber klein im Verhältnis zum Betrag der Abschuß-Deschleunigung ist, und da für die Ladung des Speicherkondensators ohnehin nur die kurze Zeitspanne bis zur Kondensator-Umschaltung von der Entsicherungs-Einrichtung her zur Verfügung steht, ist nicht erkennbar, wie der Kondensator in der Praxis während des Freiflugs aus einem solchen Piezo-Generatoi hinreichend aufgeladen werden könnte, um später beim Zielaufprall die notwendige Energie über den Zündkreis entladen zu können. Eine kontinuierliche Speisung einer Schaltanordnung im Geschoß (also einer Last) während des Geschoß-Fluges ermöglicht schließlich keine beider Betriebsvarianten nach dieser Vorveröffentlichung, da ein Piezogenerator nur infolge und während starker Geschwindigkeitsänden-ngen ausreichende Klemmenspannung liefert, und da im konkreten Falle der Piezogenerator ohnehin alsbald durch die Entsicherungseinrichtung vom Kondensator abgeschaltet wird.

Aus der DE-AS 16 38 178 ist es bekannt, einen Ladekondensator zur Speicherung der elektrischen Energie für das Auslösen eines elektrischen Zünders, unter Zwischenschaltung eines Multivibrator-Spannungswandlers, aus einer Batterie zu speisen; mit der Maßgabe, daß der Multivibrator nur eingeschaltet wird und somit die Batterie nur belastet, wenn die Zünder-Betriebsspannung am Ladekondensator auf einen vorgegebenen unteren Grenzwert abgesunken ist. Wenn die Batteriespannung selbst unter einen kritischen Grenzwert abgesunken ist, erfolgt eine Notauslösung des Zünders über eine weitere Spannungstransformationsschaltung.

Aus der DE-OS 24 34 700 ist ein thermoelektrischer Generator anderer Einbau- und Betriebsart bekannt, bei dem keine ausgeprägte zeitabhängige Schwankung der Klemmenspannung im eingangs erläuterten Sinne gegeben ist; da für seine thermische Anregung im Geschoß eine nach dem Geschoß-Abschuß gezündete pyrotechnische Ladung zur Verfügung steht, die primär der Erzeugung von Infrarotstrahlen während der Geschoß-Flugzeit dient, während externe thermische Wirkungen auf das Geschoß während seines Fluges ohne Auswirkung auf den Betrieb des Generators sind. Damit entfällt die eingangs umrissene Problematik der Auslegung des Generators in Hinblick auf die während des Fluges ständig zu !,peilende Last bei einem zunächst steil ansteigende und dann während der Flugzeit wieder abfallende Klemmenspannung liefernden Generator,

Der Erfindung liegt nämlich die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen das kontinuierliche Speisen der Last derart zu verwirklichen, daß die Bemessung des Generators selbst nicht daran zu orientieren ist, daß er noch am Ende des Geschoß-Fluges die für die Last-Schaltung betriebsnotwendige Klemmenspannung liefert

Zur Lösung dieser Aufgabe sind zusätzlich zu den Maßnahmen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 vorgesehen,

Nach dieser Lösung wird ein Teil der vom Generator während des Geschoß-Fluges anfänglich, während die Generator-Klemmenspannung den betriebsnotwendigen Spannungswert überschritten hat und weiter ansteigt, gelieferten Energie somit zum Aufladen des Speicherkondensators parallel zur Speisung der Last herangezogen. Die im Kondensatoi Jamit ab WiederAbfall der Kondensator-Klemmenspannung gespeicherte Energie wird danach erst dann zum Speisen der Last herangezogen, wenn die Generator-Klemmenspannung den notwendigen Wert für ständigen Betrieb der Las: wieder unterschreitet; bei alleiniger Speisung der Last aus dem Generator wäre also der Betrieb der Last nun beendet, aber infolge der zuvor zwischengespeicherten und nun noch bereitgehaltenen Energie kann sich eine dritte, aus dem Speienerkondensator versorgte Speisephase anschließen, und die Betriebszeit der Last wird ohne aufwendigere Generator-Auslegung entsprechend verlängert. Denn während dieser dritten Speisephase für die Last braucht der Generator keinen Beitrag zum Speisen der Last mehr zu liefern; für den weiteren Betrieb der Last ist es also unerheblich, daß seine Klemmenspannung schon unter den betriebsnotwendigen Wert abgesunken ist. Das macht den Aufbau eines einfachen Generators kleiner Baugröße möglich, denn der Generator kann so ausgelegt werden, daß er schon vor Ende des Geschoßfluges und damit vor Beendigung der Leistungsaufnahme der Last den betriebsnotwendigen Spannungswert unterschreiten kann.

Der Einsatz von Richtleitern für Gewährleistung definierter Lade- und Entlade-Schaltungswege beim Aufladen bzw. Entladen eines Speicherkondensators ist, wie oben erörtert, als solcher bekannt. Auch ist es, wie ebenfalls oben erörtert, bekannt, in Zusammenhang mit dem Speisen von Schaltungsteilen aus einem Speicherkondensator spannungsabhängig umschaltende Einrichtungen auszubilden, die in Abhängigkeit vom Erreichen bestimmter Spannungs-Augenblickswerte an bestimmten Sc'iaHungspunkten Umschal !vorgänge an der Last oder in der Last bewirken.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bei einer Veriorgungs-Schaltungsanordnung nach vorliegender Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine typische Kurve für den zeitlichen Verlauf der Klemmenspannung eines hier einsetzbaren Thermogenerators, wobei dessen Leistungskurve (Kurve der Belastbarkeit) sich etwa mit dieser Spannungskurve deckt,

*>5 Fig.2 eine vollständige Versorgungsschaltung im Blockschaltbild,

Fig.3 und Fig.4 Ausführungsbeispiele für einen gesteuerten Schalter in einer Versorgungsschaltung

gemäß F i g. 2.

Die Versorgungsschaltung weist einen Thermogenerator 1 auf, welcher die /wischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke bestehende Temperaturdifferenz verwertet. Bei einem Geschoß erfolgt die Leistungsabgabe nach der in F i g. I gezeigten typischen Kurve. Nach dem Abschuß des Geschosses steigt die Leistungsabgabe bis zu einem Zeitpunkt /2 steil an und fällt dann allmählich ab. Ab einem Zeitpunkt /1 bis zu einem Zeitpunkt 13 ist die abgegebene Leistung größer als die für den Betrieb einer Last 2 notwendige Leistung PL Zwischen den Zeitpunkten (1 und ?3 steht damit eine überschüssige Leistung /Y/zur Verfügung.

Dein Thermogenerator 1 ist ein üblicher Eintakt· Wandler 3 nachgeschaltet. Dieser arbeitet mit einer Primärwicklung Wl, einer Sekundärwicklung W2 und einer Steuerwicklung W3. In Reihe zur Primärwicklung Wl liegt die Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors 71. dessen Basis über die Steuerwicklung W3 an einen Spannungsteiler aus widerstanden KI und Ri angeschlossen ist. Parallel zum Widerstand R 2 ist ein Kondensator Cl vorgesehen. Im Sekundärkreis liegt eine Gleichrichterdiode D\ und ein Siebkondensator C 2.

An dem Ausgang A und ßdes Wandlers 3 liegt eine Spannung, deren Verlauf sich mit dem Verlauf der Leistung (vergleiche Fig. I) im wesentlichen deckt.

An den Ausgang A und ßdes Wandlers 3 ist über eine Diode D 2 die Last 2 angeschlossen, welche in der Praxis eine elektronische Schaltung ist. Außerdem ist an den Ausgang A und B ein /?C-Ladekreis, bestehend aus einem Speicherkondensator C3 und einem Ladewiderstand R3. über eine Diode D 3 angeschlossen. Parallel zum Speicherkondensator C3 liegt eine Zenerdiode Z die dem Schutz der Schaltung vor Überspannungen dient.

Zwischen dem Spannungspol des Kondensators C3 und der Last 2 ist ein elektronischer Schalter 4 geschaltet, welcher von der Ausgangsspannung am Wandlerausgang A gesteuert ist. Der Schalter 4 umfaßt eine Steuerschaltung 5 und das eigentliche Schaltelemente.

In der Ausführung nach F i g. 3 ist das Schaltelement 6 von einem pnp-Transistor 72 in Basisschaltung gebildet. Die Steuerschaltung 5 weist zwei npn-Transistoren 73 und 74 in Emitterschaltung auf. Die Basis des Transistors 73 liegt hinter der Diode D 2 an der Ausgangsspannung. An seinen Kollektor ist über eine Parallelschaltung eines Widerstands R 4 und eines Kondensators C4 die Basis des Transistors 74 angeschlossen. An der Basis des Transistors 74 liegt außerdem ein ßasiswiderstand R 5. Die Emitter der Transistoren 73 und 74 liegen über einen Widerstand R 6 am Nullpunkt B der Schaltung. An den Kollektor des Transistors 74 ist die Basis des Transistors 72 angeschlossen. Kollektorwiderstände der Transistoren 73 und 74 sind mit R 7 und R 8 bezeichnet

Um den Stromverbrauch der Steuerschaltung 5 zu verringern, können anstelle der npn-Transistoren 73 und 74 Feldeffekttransistoren vorgesehen sein.

Ein gegenüber der F i g. 3 hinsichtlich des Schaltungsaufwandes vereinfachtes Ausfiihrungsbeispiel des Schalters 4 ist in F i g. 4 dargestellt. Anstelle des Transistors 72 ist ein Thyristor Th eingesetzt, dessen Steuerelektrode an einem Spannungsteiler aus Widerständen R 9 und R 10 parallel zum Speicherkondensator C3 liegt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Versorgungsschaltung ist etwa folgende:

Die Ausgangsspannung des Wandlers 3 steigt bis zum Zeitpunkt 12 steil an. Bis dahin wird über die Diode D 3 und den Widerstand /?3 der Spcicherkonilensalor Cl geladen. Gleicli- eilig wird über die Diode D 2 die Last 2 betrieben. Der Transistor 72 bzw. der Thyristor Th ist gesperrt.

Ab dem Zeitpunkt f2 sinkt die Ausgangsspannung des Wandlers 3. Die Last 2 wird über die Diode D 2 weiterbetrieben. Die Diode Di verhindert eine Entladung des Kondensators C3, der somit seinen bis zur Zeit f Z erreichten Lademstand hält. Der Transistor 72 bzw. der Thyristor Th ist weiterhin gesperrt. Nach einer gewissen Zeit ist zum Zeitpunkt /3 eine Ausgangsspannung erreicht, die zum Betrieb der Last 2 nicht mehr ausreicht. Der Transistor 7'2 bzw. der Thyristor Th werden jetzt durchgeschaltet. Bei der Schaltung nach Fig. 3 geschieht dies dadurch, daß der Transistor 73 aufgrund der abgesunkenen Ausgangsspannung an der Basis und der am Kollektor stehenden Ladfjpannung des Kondensators C3 sperrt, so daß der Transistor 74 leitend wird. Bei der Schaltung nach F i g. 4 wird der Thyristor Th im Zeitpunkt 13 gezündet. ₍

Ab dem Zeitpunkt r3 ist der Speicherkondensator C3 über den Transistor 72 oder den Thyristor Th an die Last 2 angeschlossen. Diese wird jetzt vom Speicherkondensator C3 unabhängig von der kleinen, noch vorhandenen Ausgangsspannung des Wandlers 3 gespeist. Erst wenn der Kondensator C3 entladen ist, ist ein Betrieb der Last 2 nicht mehr möglich (vergleiche 14 in F i g. 1).

Es ist damit die mögliche Betriebszeit der Last 2 über den Zeitpunkt f3 hinaus dadurch verlängert, daß in einem frühen Zeitpunkt, zu dem überschüssige Leistung zur Verfügung steht, diese zwischengespeichert wird und erst nach dem Absinken der momentanen Generatorleistung auf einen ungenügenden Wert an die Last abgegeben wird. Um einen Spannungseinbruch an der Last 2 im Zeitpunkt f3 zu vermeiden, wird vorzugsweise die Schaltung 4 so eingestellt, daß das Schaltelement 6 durchschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Wandlers 3 gerade noch zum Betrieb der Last 2 reicht.

Die Schaltelemente 73, 74, R 6. R 7 und R 8 bzw. R 9 und R 10 führen zu einem gewissen Stromverbrauch, der durch den Speicherkondensator C3 gedeckt :ή werden muß. Es werden deshalb vorzugsweise Feldeffekttransistoren eingesetzt und die Widerstände werden möglichst hochohmig ausgelegt Die Diode D 2 verhindert, daß sich der Kondensator C3 nach dem Durchschalten des Schalters 6 über den Wandler 3 entlädt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum dauernden Speisen einer Last in einem Geschoß während des Fluges des Geschosses, das mit einem Generator ausgestattet ist, welcher eine Spannung liefert, die zunächst auf einen Wert ansteigt, der größer als zum Betreiben der Last betriebsnotwendig ist, und dabei einen Speicherkondensator auflädt, und die dann wieder abfällt, mit Aufschalten der Last auf den Speicherkondensator in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Wert der vom Generator momentan abgegebenen Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß