DE4100942C2

DE4100942C2 -

Info

Publication number: DE4100942C2
Application number: DE19914100942
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Phys. 8899 Aresing De Nissl
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1991-01-15
Filing date: 1991-01-15
Publication date: 1993-03-18
Also published as: DE4100942A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochenergie-Pulser zur Aufladung eines Speichers auf eine Ausgangsspannung aufgrund schneller, detonativer Magnetfeldkompression gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hochenergie-Pulser sind durch den internen Stand der Technik bei der Anmelderin an sich bekannt. Sie sind mit einem Eingangsschalter und einem Primärkreisschalter sowie mit einem Ausgangs schalter und einem Sekundärkreisschalter, ferner mit einer Kompressions- Induktivität, einem Hilfskondensator, einem Ausgangskondensator und Luftspulentrafos bestückt. In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein solcher Pulser in einem Prinzipschaltbild dargestellt. Wird der Eingangsschalter Si geschlossen, so wird der Hilfskondensator Ci aufgeladen und liefert die sogenannte Hilfsenergie. Wird nun der Eingangsschalter Si wieder ge öffnet, so schließt der Primärkreisschalter Sp bei Strommaximum in der Kompressions-Induktivitäts-Einrichtung Lk, wodurch die Hilfsenergie in dieser Einrichtung Lk ist. Schließt nun der Sekundärkreisschalter Ss, so wird die Kompressions-Induktivität der Einrichtung Lk "gewaltsam" ver kleinert und dadurch die magnetische Feldenergie erhöht. Über den Luft spulentrafo (Tp, Ts) wird dann die Energie in den Ausgangskondensator Ca übertragen. Sobald nun der Aufladestrom von Ca gegen Null geht (Ende der Magnetfeldkompression), wird der Sekundärkreisschalter Ss geöffnet und die Ausgangsenergie im Ausgangskondensator Ca gespeichert. Durch Schlie ßen des Ausgangsschalters Sa wird die Ausgangsspannung auf den Verbrau cher geschaltet.

Durch die DE 38 06 553 A1 ist ein Hochenergie-Pulser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.

Bei Verwendung eines Trafos muß dieser nicht nur die Energieübertragung, sondern auch eine Spannungsumsetzung bewirken. Wegen der hohen Energien muß man mit Luftspalten arbeiten, wodurch sich relativ hohe Feldverluste ergeben, die den Gesamtwirkungsgrad der Einrichtung entsprechend ernied rigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochener gie-Pulser der eingangs genannten Art zu schaffen, der nicht nur in Auf bau und Bauteilen minimiert ist, sondern auch im Gesamt-Wirkungsgrad verbessert ist, wobei eine Hochenergiequelle geschaffen wird, bei der die Energie in einem Kondensator gespeichert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge löst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Schaltung und Auf bau von Ausführungsbeispielen erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild eines Hochenergie-Pulsers nach dem bishe rigen Stand der Technik,

Fig. 2 ein Prinzip-Schaltbild eines Hochenergie-Pulsers in einem Aus führungsbeispiel gemäß dem Erfindungsgedanken,

Fig. 3 eine Aufbauskizze eines Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2.

Aus der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Hochenergie-Pulsers mit schneller Magnetfeldkompression dargestellt, das den Erfindungsge danken realisiert. Die Funktionssequenzen dieses Ausführungsbeispiels dürfen wie folgt beschrieben werden:
In der sogenannten Grundstellung sind der Eingangsschalter Si und der Ausgangsschalter Sa offen, die Eingangs/Ausgangsspannung ist gleich Null. Wird nun der Ausgangsschalter Sa geschlossen, so wird in dem Ein gangs/Ausgangskondensator Ci, a die Hilfsenergie geladen. Öffnet sich der Ausgangsschalter Sa und schließt der Eingangsschalter Si, so fließt die Hilfsenergie in die Einrichtung Lk für die Kompressions-Induktivität.

Bei Erreichen des Strommaximums in der Einrichtung Lk beginnt die "ge waltsame" Verringerung der Kompressions-Induktivität von Lk, die in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel durch detonative Kompression er folgt. Sobald der aus der Einrichtung Lk kommende Ladestrom von dem Ein gangs/Ausgangskondensator gegen Null geht (Ende der Kompression), wird der Eingangsschalter Si geöffnet und die Ausgangsenergie steht verstärkt zur Entnahme zur Verfügung. Dabei ist die Wurzel des Energieverstär kungsfaktors erhöht und von entgegengesetzter Polarität gegenüber der Eingangsspannung. Durch Schließen des Ausgangsschalter Sa wird die Ener gie dem Verbraucher zugeführt.

Dieser vorbeschriebene Hochenergie-Pulser ist nun nicht nur einfacher aufgebaut, denn es entfallen die bisher erforderlichen zwei Schalter und der Trafo, sondern erbringt einen erheblich höheren Wirkungsgrad, als ihn die gemäß Fig. 1 aufgebauten Einrichtungen des Standes der Technik erbringen können, bei denen ein höherer Wirkungsgrad als 10 bis 20% nicht zu erzielen ist.

In Fig. 3 ist ein Prinzipaufbau eines Hochenergie-Pulsers in einem Aus führungsbeispiel gezeigt. Hier erfolgt die schnelle Magnetfeld-Kompres sion durch eine detonative Kompression eines die Induktivität darstel lenden Koaxialleiters Lk. In anderen Ausführungsbeispielen könnte dies auch ein sogenannter Helix- oder Balg-Generator sein. Die Sequenzen sind dieselben, wie vorstehend zu Fig. 2 beschrieben. Die Zündung des Ring zünders 12 muß dabei zeitlich so erfolgen, daß bei Strommaximum im Koa xialleiter 10 dieser vom Ende des Ringzünders 12 her durch Einschnürung kurzgeschlossen wird. Die weiterlaufende Detonation des umhüllenden Sprengstoffmantels 11 bewirkt die schnelle Magnetfeldkompression (Abnah me der Induktivität). Die dabei erzeugte Energie wird in den Kondensator Ci, a getrieben.

Berücksichtigt man die im allgemeinen geringen ohm'schen Widerstände der Prinzipschaltung nach Fig. 2, so ergibt sich ab dem Sequenzpunkt, bei dem sich der Eingangsschalter Si schließt, ein Verhalten des Kreises, welches durch die Differentialgleichung beschrieben wird:

U = -R · I-L · I′-L′ · I (1).

Hierbei ist I der Strom des Kreises, L bezeichnet die Induktivität, U die Spannung des Kondensators, R den ohm'schen Widerstand und L′, I′ die Zeitableitungen von L und I.

Vor der Kompression ist L konstant, d. h. L′=0, so daß sich der trivia le Fall der Entladung des Kondensators im R-L-C-Kreis ergibt. Nach dem Strommaximum dieser Entladung jedoch wird L′<0, da ja die In duktivität gewaltsam verkleinert wird. Es ist leicht einzusehen, daß, sofern die Verkleinerung von L′ genügend schnell vor sich geht, der letzte Term der Gleichung (1) dominant wird und eine Spannungsumkehr so wie Energiezunahme im Kreis bewirkt. Die Energie wird dabei auf mechani sche Weise durch Verkleinerung von L gegen den Magnetfelddruck aufge bracht.

Claims

1. Hochenergie-Pulser zur Aufladung eines Speichers (Ca) auf eine Ausgangsspannung aufgrund schneller, detonativer Magnetfeldkompression in einer somit eine variable Induktivität aufweisenden Einrichtung (Lk), der mit einem Eingangsschalter für eine Hilfsenergiezufuhr aus einem Hilfskondensator (Ci) zu der Einrichtung (Lk) und einem Ausgangsschalter zur Aufschaltung der Ausgangsspannung auf den Verbraucher versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingangsschalter (Si) und dem Ausgangsschalter (Sa) nur ein einziger als Hilfskondensator (Ci) und als Speicher (Ca) wirksamer Kondensator (Ci, a) angeordnet ist, der bei geschlossenem Ausgangsschalter (Sa) mit der Hilfsenergie geladen wird und anschließend bei geöffnetem Ausgangsschalter (Sa) und geschlossenem Eingangsschalter (Si) über die Einrichtung (LK) umgeladen wird, wobei bei Erreichung des Strommaximums während des Umladens die Magnetfeldkompression ausgelöst und am Ende der Magnetfeldkompression der Eingangsschalter (Si) geöffnet wird.

2. Hochenergie-Pulser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung (Lk) ein Koaxialleiter (10) verwendet wird.

3. Hochenergie-Pulser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung (Lk) ein Helix- oder Balg-Generator verwendet wird.

4. Hochenergie-Pulser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koaxialleiter (10) mit einem Sprengmantel (11) und an seinem zum Eingangsschalter (Si) gerichteten Ende mit einem Ringzünder (12) versehen ist.

5. Hochenergie-Pulser nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß am vorderen, in Detonationsrichtung gesehen, Ende des Koaxialleiters (10) der Eingangs/Ausgangskondensator (Ci, a) und der Ausgangsschalter (Sa) angeschlossen sind.