DE3901645A1 - Elektroinduktive anzuendvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für Anzündelemente mit einem gegenüber dem Anzündelement relativbeweglichen Betätigungsteil.

Wie beispielsweise im "Waffentechnischen Taschenbuch" der Firma Rheinmetall, Seiten 311-315, beschrieben ist, wird die Verbrennung von Treibladungen durch Anzündelemente ausgelöst. Die Betätigungseinrichtung ist Teil einer Abfeuerungseinrichtung mit einem unter Federdruck stehenden Schlag- oder Zündbolzen als Betätigungsteil. Hierzu ist es bereits bekannt, den federbeaufschlagten Schlagbolzen mit Hilfe eines Elektromagneten zu entriegeln, so daß beim Abfeuern der Schlagbolzen durch den Federdruck nach vorne schnellt und das mechanische Anzündhütchen eines Treibladungsanzünders durch den Schlag zündet.

Weiterhin beschreibt diese Zitatstelle eine sogenannte elektromagnetische Abfeuerung, bei der die Schlagbolzen­ feder durch einen Elektromagneten ersetzt ist, der im Augenblick der Abfeuerung durch eine Drucktaste mit Strom versorgt wird und einen Anker mit Schlagbolzen gegen das Anzündhütchen schlagen läßt. Eine derartige elektro­ magnetische Zündvorrichtung mit ferromagnetischem Zuganker benötigt allerdings einen relativ großen derartigen Zug­ anker, und daher führen die verhältnismäßig großen zu beschleunigenden Massen bei der bekannten Betätigungs­ einrichtung dazu, daß die Betätigungszeit für die bekannte Einrichtung verhältnismäßig lang ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Betätigungseinrichtung weiterzuentwickeln und eine Be­ tätigungseinrichtung für Anzündelemente zur Verfügung zu stellen, mit welcher wesentlich kürzere Betätigungs­ zeiten erzielt werden können.

Die Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Betätigungseinrichtung für Anzündelemente mit einem gegenüber dem Anzündelement relativbeweglichen Betätigungsteil, welcher zumindest einen Abschnitt aufweist, der der Einwirkung eines zeitveränderlichen Magnetfelds aussetzbar ist, das von einer ein Magnetfeld erzeugenden Einrichtung erzeugt wird und in dem Abschnitt einen Wirbel­ strom hervorruft, der den Betätigungsteil in Axialrichtung auf das Anzündelement hin beschleunigt.

Bei der erfindungsgemäßen elektroinduktiven Zündvorrichtung wird daher die Lenzsche Regel ausgenutzt, nach der in dem Abschnitt des Betätigungsteils ein Wirbelstrom induziert wird, der so gerichtet ist, daß er sich von dem Strom abstößt, der in der das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung fließt. Der Abschnitt des Betätigungsteils dient hierbei als Beschleunigungselement für den Betätigungsteil (bei­ spielsweise einen Schlagbolzen). Im Gegensatz zum bekannten elektromagnetischen Zugankerprinzip verwendet daher die Erfindung das Induktionsprinzip.

Da gemäß der Erfindung nur geringe Massen zu beschleunigen sind, lassen sich Beschleunigungen in der Größenordnung von 10⁶ bis 500 × 10⁶ m/s² erreichen. Daher lassen sich die Betätigungszeiten wesentlich verringern, und dies gestattet höhere Betätigungsfrequenzen. Dagegen lassen sich mit Zugankern nur Beschleunigungen von weniger als 10⁴ m/s² realisieren.

Weiterhin lassen sich aufgrund der hohen, mit der er­ findungsgemäßen Betätigungseinrichtung erreichbaren Be­ schleunigungen hohe Aufschlagenergien des Betätigungsteils auf das Anzündelement erreichen, und dies führt dazu, daß Anzündelemente hoher Trägheit eingesetzt werden können, wodurch die Sicherheit gegen Fehlbetätigungen wesentlich vergrößert wird.

Die kleinen zu beschleunigenden Massen führen weiterhin dazu, daß die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung einen verhältnismäßig kleinen Betätigungsteil aufweist, der nur einen geringen Raumbedarf hat. Dies gestattet einen Einbau auf engstem Raum, beispielsweise im Verschluß einer Waffe.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung als Spule ausgebildet. Hierdurch läßt sich eine präzise Ansteuerung der Betätigungseinrichtung erreichen, da sich der Strom für die Spule in genau definierter Zeit­ beziehung durch die Spule leiten läßt. Dies ist insbe­ sondere bei Beschußgeräten im Forschungs- und Erprobungs­ bereich von Bedeutung, da sich aufgrund der mit der vorlie­ genden Erfindung erreichbaren genauen Ansteuerung der Betätigungseinrichtung die Auslösung des Versuches in Bereich von Mikrosekunden erreichen läßt, und zwar beim Einsatz mechanischer Anzündelemente, beispielsweise Zünd­ hütchen. Weiterhin lassen sich gleichzeitig mit dem Anlegen des Stroms an die Spule zugeordnete Meßgeräte in definier­ ter Zeitbeziehung ansteuern.

Zwar sind bereits elektrische Anzündelemente vorgeschlagen worden, diese bieten jedoch in vielen Fällen nicht die gewünschte Sicherheit gegen ungewolltes Anzünden, etwa infolge überspringender Funken, statischer Elektrizität oder Kurzschlüssen in den Zuleitungen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Betätigungsteil als Schlagbolzen ausgebildet. Allerdings kann als Betätigungsteil für das Anzündelement auch etwa eine Anzündnadel, eine Anstichnadel, ein Reib­ draht oder ein Reibstück eingesetzt werden; am Prinzip der vorliegenden Erfindung ändert sich dadurch nichts.

Bei einer einstückigen Ausführung des Betätigungsteils und des dem Magnetfelds ausgesetzen Abschnitts läßt sich eine besonders hohe Beschleunigung erreichen, verbunden mit einer außerordentlich raumsparenden Bauweise.

Üblicherweise ist zur Rückstellung des Betätigungsteils eine Feder vorgesehen, die nach Auftreffen des Betätigungs­ teils auf das Anzündelement den Betätigungsteil wieder in seine Ausgangslage zurückführt. Auch hierzu läßt sich jedoch gemäß der Erfindung eine elektroinduktive Einrichtung einsetzen, nämlich eine zweite Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds, die in Betätigungsrichtung vor dem dem Magnetfeld ausgesetzten Abschnitt des Betätigungsteils angeordnet ist. Diese zweite Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds ist vorzugsweise ebenfalls eine Spule.

Vorzugsweise ist zur Stromversorgung der ersten und/oder zweiten Spule eine Stromversorgungseinrichtung vorgesehen, von welcher Impulse einstellbarer Spannung und einstell­ barer Stromstärke an die Spulen abgebbar sind. Hierdurch wird eine besonders einfache Vorgabe der im jeweiligen Anwendungsfall gewünschten Parameter erreicht, insbesondere der Beschleunigung und der Auftreffenergie des Betätigungs­ teils. Vorzugsweise sind ebenfalls die Impulsform und/oder die Impulsdauer der von der Stromversorgungseinrichtung abgegebenen Impulse einstellbar.

Eine besonders schnelle Rückführung des Betätigungsteils läßt sich dadurch erreichen, daß weiterhin eine Verzögerungs­ schaltung vorgesehen ist, die den zeitlichen Abstand des Impulses für die erste Spule vom Impuls für die zweite Spule einstellbar festlegt. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, daß der Impuls für die zweite Spule, der die Rückführung des Betätigungsteils bestimmt, mit dem Impuls für die erste Spule, der die eigentliche Betäti­ gung bewirkt, überlappt, um so die Rückführung zu be­ schleunigen und so auf diese Weise die Betätigungsfrequenz der Betätigungseinrichtung weiter zu erhöhen.

Weiterhin läßt sich durch einen Konstantstrom, der durch die zweite Spule für die Rückführung von der Stromver­ sorgungeinrichtung aus geleitet wird, eine weitere Einstell­ möglichkeit für das Auftreffen des Betätigungsteils auf das Anzündelement schaffen; so kann beispielweise eine einstellbare Pufferung erreicht werden, deren Höhe vom Konstantstrom, der durch die zweite Spule geleitet wird, abhängig ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dar­ gestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine elektroinduktive Anzündvorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Spule für die Beschleunigung eines Betätigungsteils und einer zweiten Spule für die Rückführung, und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Halterungsblocks für die in Fig. 1 dargestellte Anzündvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Betätigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

In einer Ausnehmung eines Halterungsblocks 12 ist kon­ zentrisch zu einer strichpunktiert angedeuteten Symmetrie­ achse eine Buchse 14 eingelassen. Eine erste Spule 16 dient zur Erzeugung eines Magnetfelds für eine Leiter­ platte 20, die wiederum einen Schlagbolzenteil 22 beauf­ schlagt. Der Halterungsblock 12 kann aus einem hochfesten Stahl gefertigt sein. Es ist möglich, den Halterungsblock 12 einstückig mit einem Verschluß auszubilden.

Die Buchse 14 besteht aus einem nicht leitenden Material, beispielsweise Kunststoff oder Keramik, um auf diese Weise die Induktion peripherer Wirbelströme zu verhindern, die sonst die gewünschte Induktion in axialer Richtung schwächen würden.

Wird durch Anlegen eines Stroms von einer (nicht dar­ gestellten) Stromversorgungseinrichtung an den Elektro­ magneten 16 ein Magnetfeld erzeugt, so induziert dies in der Betätigungsplatte 20 Wirbelströme, die zu einer Bewegung der Platte 20 in Axialrichtung, die durch die strichpunktierte Linie in Fig. 1 angedeutet ist, der Betätigungseinrichtung 10 führt; die innerhalb der Buchse 14 gleitbewegliche Platte 20 bewegt sich daher in Fig. 1 nach links und führt so dazu, daß sich der mit der Platte 20 verbundene Schlagbolzen 22 ebenfalls nach links bewegt und auf ein Anzündhütchen 26 auftrifft, welches dadurch ausgelöst wird.

Die Betätigungsplatte 20 besteht vorteilhafterweise aus einem elektrisch gut leitenden Material, etwa aus Silber, Kupfer, Aluminium oder dergleichen, da die beschleunigende Kraft wesentlich von der Stärke des induzierten Stromes und somit vom Widerstand in der Betätigungsplatte 20 abhängt. Da die Beschleunigung proportional zum Verhältnis Leitfähigkeit/Dichte ist, bietet Aluminium besondere Vorteile.

Besteht der Halterungsblock 12 statt aus Stahl aus einem nicht leitenden Werkstoff, so kann auf die Buchse 14 verzichtet werden. Geeignete nicht leitende Werkstoffe sind beispielsweise Keramik, Glasfaserkunststoffe oder andere Verbundwerkstoffe, sofern die jeweils zulässigen Spannungen nicht überschritten werden.

Mit der Bezugsziffer 18 ist ein Distanzstück bezeichnet, das aus einem möglichst nicht leitenden Werkstoff genü­ gender Festigkeit besteht. Im Distanzstück 18 sind Öffnungen für den Durchlaß von Stromzuführungen vorgesehen.

Eine zweite Spule 24 weist eine Mittenöffnung auf, inner­ halb derer sich der Schlagbolzen 22 um einen gewissen Betrag in Axialrichtung bewegen kann. Die zweite Spule 24 dient zur Rückstellung des aus Schlagbolzen 22 und Platte 20 bestehenden Betätigungsteiles. Wird von einer (ebenfalls nicht dargestellten) Stromversorgungseinrichtung ein Strom durch die zweite Spule 24 geleitet, so führt das von der Spule 24 erzeugte Magnetfeld zur Induzierung von Wirbelströmen in der Platte 20, und dies führt zu einer Rückführung der Platte 20 und des damit verbundenen Schlagbolzens 22 in seine in Fig. 1 dargestellte Aus­ gangslage.

Die elektrischen Spulen 16 und 24 können als Flach- oder Zylinderspulen mit oder ohne eine Mittenöffnung ausgeführt werden. Die Spulendrähte können einen runden oder rechteckigen (Flachdraht) Querschnitt aufweisen.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines aus einem hochfesten Stahl gefertigten Halterungsblock 12′. In der rechten Hälfte von Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht dargestellt und in der linken Hälfte ein Querschnitt senkrecht zur Längsachse. Damit die gewünschte Induktion in axialer Richtung nicht durch periphere Wirbelströme geschwächt wird, sind im Halterungs­ block 12′ beispielsweise zwölf Schlitze vorgesehen, die jeweils zum nächsten Schlitz in einem Winkel von 30° angeordnet sind. Von den zwölf Schlitzen sind fünf beispiel­ haft mit den Bezugsziffern 28, 30, 32, 34, 36 bezeichnet.

Statt der zweiten Spule 24 kann zur Rückführung des Schlag­ bolzens 22 auch etwa eine Druckfeder dienen. Eine Feder ist jedoch besonders bei hohen Betätigungsfrequenzen der Betätigungseinrichtung 10 entsprechend hohen Wechsel­ belastungen ausgesetzt; die Spule 24 weist jedoch, ebenso wie die erste Spule 16, überhaupt keinen mechanischen Verschleißteil auf. Daher sind die Betriebssicherheit und die Standzeit der erfindungsgemäßen Betätigungseinrich­ tung außerordentlich hoch.

Claims (10)

1. Betätigungseinrichtung für Anzündelemente mit einem gegenüber dem Anzündelement relativbeweglichen Betätigungs­ teil, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ tätigungsteil (22, 20) zumindest einen Abschnitt (20) auf­ weist, der der Einwirkung eines zeitveränderlichen Magnet­ felds aussetzbar ist, das von einer ein Magnetfeld erzeu­ genden Einrichtung (16) erzeugt wird und in dem Abschnitt (20) einen Wirbelstrom hervorruft, der den Abschnitt (20) und den Betätigungsteil (22) auf das Anzündelement (26) hin beschleunigt.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung eine Spule (16) ist.

3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsteil als Schlagbolzen (22) ausgebildet ist.

4. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ tätigungsteil (22) und der dem Magnetfeld ausgesetzte Abschnitt (20) einstückig ausgebildet sind.

5. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Einrichtung (24) zur Erzeugung eines Magnetfelds in Betätigungsrichtung vor dem Abschnitt (20) des Be­ tätigungsteils (22) angeordnet ist.

6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds eine Spule (24) ist.

7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Stromversorgung der ersten und/oder zweiten Spule (16, 24) eine Stromver­ sorgungseinrichtung vorgesehen ist, von welcher Impulse einstellbarer Spannung und einstellbarer Stromstärke an die Spule(n) abgebbar sind.

8. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Impulsform und/oder Impulsdauer einstellbar ist.

9. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung vorgesehen ist, die den zeitlichen Abstand des Impulses für die erste Spule (16) vom Impuls für die zweiten Spule (24) einstellbar festlegt.

10. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von der Stromversorgungseinrichtung ein Konstantenstrom an die zweite Spule (24) anlegbar ist.