DE4032844C1 - Inductive current generator for shell or mortar - has permanent magnet sliding under gas pressure inside coil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator zur induktiven Er­ zeugung elektrischen Stroms in einem eine stromverbrauchen­ de elektronische Einrichtung aufweisenden Geschoß, mit einem innerhalb einer Spule axial verschiebbaren Permanentmagneten. Ein derartiger Generator ist aus der DE-PS 8 47 119 bekannt.

Bei modernen Munitionen werden in immer größerem Maße elek­ tronische Einrichtungen für Zünd-, Anzünd- und Sicherheits­ funktionen eingesetzt, weil sich mit ihnen logische Abfrag­ vorgänge, Vergleiche und Verzögerungszeit wesentlich einfa­ cher realisieren lassen als mit mechanischen Elementen. Dabei stellt sich jedoch das Problem einer Versorgung mit elektri­ scher Energie für die Elektronik selbst sowie auch für das den Funktionsablauf abschließende Auslösen eines elektrischen Zünders oder Anzünders. Wünschenswert ist es dabei, die Energie im Geschoß selbst zu erzeugen, um so auf Zuführungen von außen verzichten zu können. Seit langem bekannt, beispielsweise aus der oben erwähnten DE-PS 8 47 119, und bewährt sind dabei in das Geschoß einbaubare Generatoren, die im wesentlichen aus einer Spule und einem innerhalb der Spule verschiebbaren Per­ manentmagneten bestehen. Alle diese Generatoren arbeiten nach dem Trägheitsprinzip, d. h., bei der beim Abschuß des Geschos­ ses auftretenden Beschleunigung kommt es infolge der Trägheit des Permanentmagneten zu einer Relativbewegung zwischen die­ sem und der Spule, womit in letzterer ein Strom induziert wird, der dann beispielsweise dazu dient, einen Zündkonden­ sator aufzuladen.

Diese Trägheitsgeneratoren setzen jedoch eine bestimmte Höhe der Abschußbeschlußbeschleunigung voraus, etwa Abschußbeschleunigungen von 5000 bis 100 000 g. Für mit vergleichsweise kleinen Beschleuni­ gungswerten zu verschießende Geschosse oder Submunitionsein­ heiten, insbesondere Wurfkörper mit niederen ballistischen Reichweiten, bei denen die Abschußbeschleunigungswerte von unter 5000 g bis zu unter 1000 g reichen, sind jedoch diese Trägheitsgeneratoren kaum oder überhaupt nicht verwendbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Gene­ rator der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der im wesent­ lichen von den vorgegebenen Abschußbeschleunigungswerten un­ abhängig ist, also auch dann wirkungsvoll arbeitet, wenn die Abschußbeschleunigung, wie dies insbesondere bei Wurfkörpern der Fall ist, sehr niedrig ist. Die Lösung dieser Aufgabe er­ gibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Während also bisher die Trägheit (Beharrung) des Permanentmag­ neten für die Herbeiführung einer Relativbewegung zwischen Spule und Magnet genutzt wurde, wobei der Magnet in Ruhe bleibt und die Spule sich mit dem Geschoß nach vorne bewegt, erfolgt die Erzeugung der Relativbewegung Permanentmagnet/Spule gemäß der Erfindung durch den Gasdruck, der den Magneten durch die Spule hindurchtreibt. Dabei genügen selbst die beim Abschuß von kleinen Wurfkörpern auftretenden Gasdrücke zur Erzeugung der erforderlichen elektrischen Energie. Zweckmäßigerweise wird man bei dieser Art von Geschossen, bei denen die Ab­ schußbeschleunigung so gering ist, daß die Trägheit des Per­ manentmagneten vernachlässigbar ist, so verfahren, daß der Gasdruck auf die - bezogen auf die Richtung der Geschoßbe­ wegung - rückwärtige Stirnfläche des Permanentmagneten ein­ wirkt, was konstruktiv sehr einfach erreicht werden kann. Ist dagegen die Abschußbeschleunigung so hoch, daß die Magnet- Trägheit nicht mehr vernachlässigbar ist, dann sollte der Gas­ druck auf die - bezogen auf die Richtung der Geschoßbewegung - vordere Stirnfläche des Magneten einwirken, womit eine Addi­ tion der Wirkungen von Gasdruck und Trägheit erreicht wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Permanent­ magnet durch eine Membrane gehaltert, die erst nach Über­ schreitung eines Gasdruckschwellenwerts reißt, um so zum einen eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Magnet und Spule zu erreichen und andererseits sicherzustellen, daß es bei Trans­ porterschütterungen oder dergleichen nicht zu einer Stromer­ zeugung kommt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schemaskizze des Generators im Verti­ kalschnitt, und

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein Abschuß­ rohr mit Wurfkörper, wobei der Wurfkörper mit einem Generator gemäß Fig. 1 versehen ist.

Der im Ganzen mit 10 bezeichnete Generator weist gemäß Fig. 1 ein Gehäuse 11 auf, in welchem eine Induktionsspule 12 unterge­ bracht ist. In einer zentralen Zylinderkammer 13 des Gehäuses 11 ist ein kolbenartiger Permanentmagnet 14 untergebracht, der mit einer die Öffnung der Zylinderkammer 13 abdeckenden Mem­ bran 15 verbunden ist. Am Boden der Zylinderkammer 13 befin­ det sich eine Entlüftungsöffnung 16.

Die Arbeitsweise des Generators 10 ist aus Fig. 1 leicht er­ sichtlich. Wirkt auf die Membran 15 Gas in Richtung der Pfeile P ein, dann reißt nach Überschreiten eines vorgegebenen Gas­ druckschwellenwerts die Membran 15 und der Permanentmagnet 14 wird in Art eines Kolbens mit beträchtlicher Geschwindigkeit durch die Zylinderkammer 13 getrieben, bis er am Kammerboden anschlägt; die in der Kammer 13 enthaltene Luft kann dabei durch die Entlüftungsöffnung 16 entweichen. Bei seiner Bewegung durch die Zylinderkammer 13 induziert der Permanentmagnet 14 in der Induktionsspule 12 eine Spannung bzw. einen Strom, der nach außen abgeleitet wird, vorzugsweise über eine Diode zu einem als Ener­ giespeicher dienenden Kondensator. Der Kondensator kann dann zum gewünschten Zeitpunkt entladen werden, d. h., die angeschlossene elektronische Einrichtung mit Strom versorgen.

Die Höhe der in der Spule erzeugten Induktionsspannung wird konstruktiv durch die Spulendimensionierung und durch die Mag­ netfeldstärke des Permanentmagneten bestimmt, wobei eine Opti­ mierung anzustreben ist. Darüberhinaus hängt die Induktions­ spannung entscheidend von der Geschwindigkeit ab, mit der sich der Permanentmagnet durch die Spule bewegt. Aus diesem Grund wird der Permanentmagnet auf geeignete Weise, beispielsweise durch die Membrane 15 derart fixiert, daß er möglichst erst bei Erreichen des Spitzenwertes der Gasdruck-Anstiegsflanke sich von der Fixierung löst (Abreißen der Membrane) und dann vom maximal anstehenden Gasdruck durch die Zylinderkammer ge­ trieben wird.

Lediglich als Zahlenbeispiel sei angegeben, daß bei einem Permanentmagneten mit einem Durchmesser von 20 bis 25 mm und einer Höhe von 20 mm sowie einer geeigneten Spulenauslegung mit einer Energieerzeugung von 5 bis 10 mJ gerechnet werden kann und dies auch dann, wenn der Gasdruck lediglich in der Größenordnung zwischen 25 und 60 bar (Wurfkörper) liegt.

Fig. 2 zeigt nun die Verwendung des Generators 10 in Verbindung mit einem Wurfkörper 20. Der Wurfkörper 20 steckt dabei in einem Werferrohr 21. Der Generator 10 ist am Boden des Wurfkörpers 20 angebracht, ebenso wie die Treibladung 22. Mit 23 ist der Druck­ raum bezeichnet. Beim Abschuß des Wurfkörpers wird die Treib­ ladung 22 gezündet, womit sich im Raum 23 ein Gasdruck aufbaut, der einerseits den Wurfkörper 20 aus dem Werferrohr 21 treibt und andererseits den Generator 10 in der beschriebenen Weise betätigt. Die Konstruktion und Anbringung des Generators 10 sind bei diesem Ausführungsbeispiel offensichtlich sehr einfach. Zu erwähnen ist dabei noch, daß der Generator 10 den zum Aus­ schieben des Wurfkörpers 20 aus dem Werferrohr 21 zur Verfügung stehenden Gasdruck nicht bzw. nicht merklich beeinflußt, weil das Volumen der Zylinderkammer 13 (Fig. 1) des Generators 10 gegen­ über dem Volumen des Druckraums 23 vernachlässigbar klein ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist vorausgesetzt, daß die Abschußbeschleunigung des Wurfkörpers 20 so gering ist, daß die Trägheitsbeharrung des Permanentmagneten 14 vernachlässigt werden kann. Ist dies nicht der Fall, handelt es sich also bei dem Körper 20 um ein Geschoß mit höherer Abschußbeschleunigung, dann muß der Generator 10 in gegenüber Fig. 2 um 180° gedrehter Position am Geschoß 20 angebracht und zusätzlich ein Kanal vor­ gesehen werden, der einerseits mit dem Druckraum 23 in Verbin­ dung steht und andererseits gegen die Membran 15 des Generators 10 mündet. Der Gasdruck wirkt also dann in Richtung gegen die Geschoßaustrittsrichtung auf die Membran 15 bzw. den Permanent­ magneten 14 ein und treibt den Magneten gegen die Geschoßrich­ tung durch die Spule 12. Damit wirkt also der Gasdruck nicht gegen, sondern mit der Trägheit. Dies erhellt, daß die Erfindung auch mit Vorteil dann anzuwenden ist, wenn die Abschußbeschleu­ nigung so groß ist, daß sich zwar schon aufgrund der Trägheit eine gewisse Relativbewegung zwischen Permanentmagnet und Spule ergibt, diese Bewegung jedoch alleine nicht für eine ausreichen­ de Energieerzeugung genügt. Hier unterstützt dann der Gasdruck die Energieerzeugung. Darüberhinaus aber kann die Erfindung selbstverständlich auch dann Anwendung finden, wenn die Abschuß­ beschleunigung für eine Energieerzeugung durch Trägheit des Per­ manentmagneten ausreichen würde, und zwar als Alternative zum Trägheitsgenerator.

Claims (4)

1. Generator zur induktiven Erzeugung elektrischen Stroms in einem eine stromverbrauchende elektronische Einrichtung auf­ weisenden Geschoß, mit einem innerhalb einer Spule axial ver­ schiebbaren Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14) an seiner in Richtung seiner Verschiebe­ möglichkeit hinteren Stirnfläche von dem beim Abschuß des Ge­ schosses (20) auftretenden Gasdruck (P) beaufschlagt ist.

2. Generator nach Anspruch 1 für Geschosse mit einer so geringen Abschußbeschleunigung, daß die Trägheit des Permanent­ magneten vernächlässigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14) aus seiner Ruhelage in Richtung der Bewegungsrichtung des Geschosses (20) verschiebbar ist.

3. Generator nach Anspruch 1 für Geschosse mit einer so hohen Abschußbeschleunigung, daß die Trägheit des Permanent­ magneten nicht vernachlässigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14) aus seiner Ruhelage gegen die Richtung der Bewegungsrichtung des Geschosses (20) verschiebbar ist.

4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14) durch eine Mem­ brane (15) oder eine sonstige Haltevorrichtung in seiner Ruhe­ lage fixiert ist, die bei einer vorbestimmten Gasdruckhöhe reißt.