DE962586C - Auf eine Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, ansprechendes Alusloesgeeraet fuer Annaeherungszuender - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 25. APEIL 1957

B 25772 Xljyzi

Die Erfindung bezieht sich auf ein Auslösegerät, das auf eine Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, anspricht und für Annäherungszünder bestimmt ist.

Das Auslösegerät gemäß der Erfindung hat die Aufgabe, in einem weiten Zielfeld eine mit Bezug auf dessen Größe kleine Strahlungsquelle zu entdecken und dann einen Auslöseimpuls zu erzeugen. Zu diesem Zweck weist das Auslösegerät ein optisches System und mindestens eine strahlungsempfindliche Zelle auf, auf der das von dem optischen System erzeugte Bild des Zielfeldes abgebildet wird. Wenn, wie das in der Regel der Fall ist, das Auslösegerät auf einem Träger angeordnet ist, der eine mehr oder weniger rasche Bewegung ausführt, so ist das Bild des Zielfeldes, das von dem optischen System in jedem Augenblick entworfen wird, ein Augenblicksbild.

Da das Zielfeld und sein Augenblicksbild in allen für die Erfindung in Frage kommenden Fällen mit Bezug auf die in diesem Zielfeld befindliche Strahlungsquelle sehr groß sind und daher auch das Augenblicksbild des Zielfeldes mit Bezug auf die Abbildung der Strahlungsquelle durch das optische

System sehr groß ist, ist es zum Erreichen einer ausreichenden Empfindlichkeit des Gerätes unzweckmäßig, das gesamte Augenblicksbild gleichzeitig auf der strahlungsempfindlichen Zelle abzubilden. Zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem vom optischen System entworfenen Bild des Zielfeldes und der strahlungsempfindlichen Zelle wird daher ein Drehspiegel angewendet, der zu dem optischen System gehört. Gemäß der Erfindung ist die Drehachse des Drehspiegels derart angeordnet, daß sie mit der Achse des Objektivs zusammenfällt, während der Drehspiegel gegenüber dieser Achse mehr oder weniger schräg geneigt ist, derart, daß bei der Drehung des Spiegels das Augenblicksbild des Zielfeldes von der Zelle dadurch abgetastet wird, daß die Teilbilder des Augenblicksbildes über die Zelle nacheinander hinweggeführt werden. Nach einer Drehung des Spiegels um 360⁰ ist dann das Augenblicksbild des Zielfeldes von der Zelle in seinem ganzen Umfang abgetastet worden. Da die jeweils auf der Zelle abgebildeten Teilbilder des Augenblicksbildes nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Augenblicksbildes des Zielfeldes darstellen, erhält man eine hohe Empfindlichkeit der Auslösevorrichtung. Ferner hat das Zusammenfallen der Drehachse des Drehspiegels mit der Achse des Objektivs die Wirkung, daß die Suchvorrichtung gemäß der Erfindung keine erhebliche seitliche Ausladung hat, was die Anbringung einer Suchvorrichtung auf einem Geschoß verhältnismäßig kleinen Kalibers erschweren, wenn nicht unmöglich machen würde.

Es sei darauf hingewiesen, daß es schon bekannt ist, bei einem Gerät, das auf eine von dem Ziel ausgehende Strahlung anspricht und das mit einem optischen System und einer strahlungsempfindlichen Zelle versehen ist, einen Drehspiegel anzuwenden. Die Achse dieses Drehspiegels ist jedoch gegen die Achse des zu dem optischen System gehörenden Objektivs um etwa 45° geneigt. Diese bekannte Einrichtung hat nicht nur den Nachteil einer verhältnismäßig erheblichen seitlichen Ausladung, sondern auch den Nachteil eines ungünstigen Einflusses auf die Längsstabilität des Geschosses, auf dem die bekannte Vorrichtung angebracht ist.

Der Drehspiegel ist erfindungsgemäß im allgemeinen so angeordnet, daß das von ihm abgetastete Zielfeld seitlich der Geschoßachse liegt und vorn eine bekannte Blindzone bestehen läßt.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird die Auslösevorrichtung derart ausgebildet, daß sie sowohl bei einer merklichen Zunahme als auch bei einer merklichen Abnahme der die Auslösung bewirkenden Strahlung, insbesondere einer Infrarotstrahlung, anspricht. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß zwei photoelektrische Zellen oder thermoelektrische Elemente derart angeordnet, daß sie nacheinander von der Strahlung des Zielfeldes getroffen werden. Ferner sind diese Zellen oder Elemente elektrisch in Reihe geschaltet, und das Potential zwischen beiden, das bei der Änderung der Strahlungsintensität auftritt, dient zur Auslösung eines Thyratrons od. dgl.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι schematisch ein Auslösegerät gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der von einem Gerät gemäß Fig. 1 abgetasteten Raumzone, wenn dieses Gerät auf einem Annäherungszünder angeordnet ist;

Fig. 3 zeigt teils im Längsschnitt, teils in Seitenansicht die Spitze eines Geschosses, dessen Annäherungszünder durch eine Auslösevorrichtung gemäß der Erfindung ausgelöst wird;

Fig. 4 ist ein Schema, das die empfindliche Zone zeigt, die bei einer anderen Ausführungsform des Auslösegeräts gemäß der Erfindung erzielt wird, wobei dieses Auslösegerät vorzugsweise zur Führung eines Geschosses dient;

Fig. 5 zeigt schematisch das optische System einer solchen Führungsvorrichtung;

Fig. 6 und 7 zeigen ein der Fig. 1 entsprechendes Auslösegerät mit zwei strahlungsempfindlichen Zellen, um das Auslösegerät sowohl auf eine Zunahme als auch auf eine Abnahme der festgestellten Strahlung ansprechen zu lassen;

Fig. 8 zeigt die elektrische Schaltung des Auslösegeräts nach den Fig. 6 und 7;

Fig. 9 und 10 zeigen schematisch die mit dem Auslösegerät nach den Fig. 6 und 7 erzielten Steuerimpulse.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Auslösegerät enthält eine strahlungsempfindliche Zelle 3. die beispielsweise aus einer photoelektrischen Zelle oder einem thermoelektrischen Element bestehen kann. Das Zielfeld wird auf dieser Zelle mittels eines rein schematisch durch eine Linse 12 dargestellten Objektivs abgebildet. Zu dem optischen System gehört ferner ein beispielsweise metallischer Drehspiegel 10, der gegenüber seiner Drehachse 11 schräg geneigt ist und der mit Bezug auf das Objektiv 12 derart angeordnet ist, daß die Drehachsen mit der optischen Achse des Objektivs 12 zusammenfällt. Wenn diese Vorrichtung auf einem Geschoß als Auslösevorrichtung eines Annäherungszünders derart angebracht ist, daß die Drehachse des Drehspiegels und die Achse des Objektivs 12 mit der Längsachse des Geschosses zusammenfallen, so ist das von dem Drehspiegel bei seiner Bewegung abgetastete Zielfeld H (s. Fig. 2) seitlich der Geschoßachse gelegen und hat die Form einer Kegelfläche, wobei vor dem Geschoß eine bekannte Blindzone A bestehenbleibt.

Das Geschoß kann daher, unter der Annahme, daß das Ziel sich auf der Geschoßbahn befindet, dieses durch einen direkten Treffer erreichen, ohne daß der Annäherungszünder eine vorzeitige Explosion des Geschosses bewirkt, welche dann durch einen Aufschlagzünder erfolgt.

Wenn dagegen das Ziel außerhalb der Bahn des Geschosses bleibt, explodiert dieses unter der Einwirkung des Annäherungszünders, wenn das z. B.

eine Infrarotstrahlung aussendende Ziel die blinde XontA verläßt und in die empfindliche Zone H eintritt.

Hierzu ist zu bemerken, daß es zur Verminderung des Abstands zwischen dem Geschoß und dem Ziel bei der Auslösung des Annäherungszünders zweckmäßig ist, einen großen Öffnungswinkel für die blinde Zone A zu wählen, z. B. einen Winkel zwischen 120 und i8o°, was einer zu der Geschoßachse senkrechten ebenen empfindlichen Zone H entspricht.

Es ist auch möglich, die Erzeugenden des Empfmdlichkeitskegels zum Erzielen einer Verzögerungswirkung nach hinten zu neigen. Die Lage der Erzeugenden der Kegelfläche hängt von der Neigung des Drehspiegels 10 gegenüber seiner Drehachse 11 ab. Bei dem in Fig. 2 näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die öffnung der blinden konischen Zone A i6o° beträgt, während der öffnungswinkel des auf den Drehspiegel fallenden Bündels 5⁰ beträgt. Es werden so im Raum drei gleichachsige konische Zonen bestimmt, wobei für eine gegebene Stellung des Geschosses die Innenzone A und die Außenzone B blind sind, während die Zwischenzone H das Zielfeld (empfindliches Feld des Annäherungszünders) darstellt.

In Fig. 2 ist das von dem Drehspiegel 10 bei einer gegebenen Stellung aufgefangene Elementarbündel dargestellt, welches die Abtastung des Zielfeldes bei einer vollständigen Umdrehung des Spiegels bewirkt.

Beispielshalber sei bemerkt, daß bei einem Objektiv 12 mit einer Brennweite von 100 mm die Ergebnisse der Abtastung von einer Zelle mit einem Durchmesser von 5 mm empfangen werden können, deren Empfindlichkeit etwa 8,5mal größer als die einer Zelle ist, deren Oberfläche das gesamte dem abgetasteten Zielfeld entsprechende Bildfeld einnehmen würde.

Fig. 3 zeigt den konstruktiven Aufbau der Spitze eines Geschosses, das mit einer Auslösevorrichtung gemäß der Erfindung für seinen Zünder ausgerüstet ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Drehspiegel von einem Windrad 16 in Drehung versetzt. Selbstverständlich könnte aber der Antrieb auch von irgendeinem im Innern des Geschosses vorgesehenen Motor geschehen. Das Windrad ist jedoch wegen seiner Einfachheit und seines geringen Platzbedarfs besonders für Geschosse von verhältnismäßig kleinem Kaliber- geeignet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Spiegel 10 im Innern eines drehbaren Gehäuses 13 aus einem für Infrarotstrahlen durchlässigen Werkstoff (Glas, Quarz, Kunststoff usw.) angebracht, wobei dieses Gehäuse seinerseits in einer festen Haube 14 untergebracht ist, welche ebenfalls aus. einem für Infrarotstrahlen durchlässigen Werkstoff besteht.

Es sind Mittel zur Befestigung der festen Haube 14 an der Nase des Geschosses 1 vorgesehen, welche z. B. durch eine mit dieser Haube fest verbundene Mutter gebildet werden können, welche auf einen mit dem Geschoß starr verbundenen Stöpsel 15 aufgeschraubt wird.

Die feste Haube 14 sowie das Drehgehäuse 13 werden teilweise mit einem für Infrarotstrahlen undurchlässigen Überzug R versehen, z. B. einem Metallüberzug, wobei jedoch darauf geachtet wird, daß auf der Höhe des Drehspiegels 10 eine freie, nicht von dem undurchlässigen Anstrich bedeckte Zone bestehenbleibt, deren Höhe die optische öffnung des Abtastbündels des Drehspiegels bestimmt.

An der Achse 11 des Drehgehäuses 13 wird das Windrad 16 befestigt, dessen Kenngrößen so gewählt sind, daß unter Berücksichtigung der Bahngeschwindigkeit des Geschosses die Drehgeschwindigkeit des Drehspiegels so groß wird, z. B. größenordnungsmäßig 15 000 U/m, daß eine vollständige Abtastung des Zielfeldes augenblicklich erfolgt.

Das Objektiv 12 ist hinter dem Drehgehäuse 13 angeordnet und wird zweckmäßig nach hinten durch eine konische Haube 17 verlängert, an deren Grunde die Photozelle 3 angeordnet ist, welche so gegen jede Infrarotstrahlung geschützt ist, die nicht von dem Drehspiegel 10 übertragen wird.

Man erhält so einen auf die Schwankungen einer Infrarotstrahlung ansprechenden Annäherungs- 9« zünder, dessen geringer Platzbedarf, Einfachheit und infolgedessen verhältnismäßig niedriger Gestehungspreis und Empfindlichkeit die Ausrüstung von Kleinkaliberexplosivgeschossen und insbesondere von ferngesteuerten oder selbstgesteuerten Geräten mit einem derartigen Zünder möglich machen.

Wenn z. B. nicht ein Annäherungszünder, sondern ein Führungssystem hergestellt werden,soll, ist es zweckmäßig, für die blinde Zone eine verhältnismäßig kleine öffnung vorzusehen, da die Führung um so genauer ist, je kleiner die Öffnung ist.

So kann man z. B. das optische Abtastsystem so ausbilden, daß es eine konische blinde Zone.bestehenbleiben läßt, deren öffnung zwischen,-5 und IS⁰ Hegt. :·-,-· .

In dem Schema der Fig. 4 ist der Abtastvorgang mit einem derartigen optischen System dargestellt, dessen empfindliche Zone H die Form einer Kegelfläche mit einer mittleren öffnung von io° hat, wobei diese empfindliche. Zone zwischen zwei blinden Zonen A und B liegt, wie in Fig. 2.

Die Herstellung eines derartigen optischen Abtastsystems mit frontaler Blindzone geringer öffnung kann mittels der schematisch in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform erfolgen.

Hierbei ist ein Konkavspiegel 18 vorgesehen, der an dem Vorderende des Geschosses ein konisches Feld auffängt, welches gleichzeitig die empfindliche Zone H und die von dieser umgebene Blindzone A enthält, wobei der Konkavspiegel 18 ein reflektiertes konvergierendes Bündel zurückwirft, welches alle von diesen Zonen A und H kommenden Strahlen enthält.

Auf dem Weg dieses reflektierten Bündels ist ein schräger Drehspiegel io_a angeordnet, welcher in dem reflektierten Bündel die Abtastung einer Kegelfläche bewirkt, die gerade dem empfindlichen Feld H entspricht, welches vor der Führungsvorrichtung geschaffen werden soll.

In der Bildebene des Drehspiegels wird ein empfindlicher Teil angeordnet, z. B. eine thermoelektrische oder photoelektrische Zelle 3, welche dann verhältnismäßig kleine Abmessungen haben kann.

Natürlich muß bei diesem Führungssystem die Photozelle entweder auf ein Signalsystem, welches eine etwaige Abweichung anzeigt, oder auf ein HilfsSteuersystem geschaltet werden, welches so auf die Steuervorrichtungen einwirkt, daß das Gerät wieder in die richtige Richtung zurückgeführt wird.

Hierzu ist zu bemerken, daß Mittel zur Identifizierung der Richtung vorgesehen werden müssen, in welcher die Abweichung erfolgt. Derartige Mittel können z. B. durch einen im Synchronismus mit dem abtastenden Drehspiegel angetriebenen Elektronenschalter gebildet werden. Zweckmäßigerweise ist die Schräglage des Spiegels 10 gegenüber der Achse 11 veränderlich. Zu diesem Zweck kann der Spiegel io um eine zu seiner Drehachse senkrechte Achse schwenkbar sein, und Vorrichtungen sind vorgesehen, um den Spiegel in der gewünschten Schräglage zu blockieren.

Wenn die Auslösevorrichtung gemäß der Erfindung auf einem Geschoß angebracht ist, das sich um seine Längsachse dreht, so kann diese Drehung zur Erzielung der Drehbewegung des Spiegels genügen, falls die Drehung des Geschosses um seine Achse mit genügend großer Geschwindigkeit erfolgt.

Die Fig. 6 bis 10 zeigen eine besondere "Ausbildung der Erfindung, bei der die Auslösung des Auslösegeräts sowohl durch eine Zunahme als auch durch eine Abnahme der die Auslösung bewirkenden Strahlung hervorgerufen wird. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, hat das optische System bei dieser Ausführungsform die in Fig. 1 dargestellte Form. Der Spiegel 107 erzeugt bei seiner Drehung um seine Achse 108 in der Richtung des Pfeils f₂ in der Ebene der lichtempfindlichen oder wärmeempfindlichen Zellen 3„ und 3_Ö eine Folge von Teilbildern des Suchfeldes, welche sich in bezug auf die strahlungsempfindlichen Zellen 3_a und Zb ^m ^^er auf Fig. 7 durch die Pfeile J₁ angegebenen Richtung verstellen.

Die Schaltung der Zellen 3„, 3_&, welche gleichen j Aufbau haben können, und ihre Kombination mit j einem Elektronenschalter, z. B. einem Thyratron E, welches den Stromkreis 101 eines Zünders 102 einer Sprengkapsel 103 eines Annäherungszünders steuert, sind in Fig. 8 dargestellt. Die beiden Zellen 3_a und Zb sind in Reihe in einen Stromkreis eingeschaltet, welcher von einer mit den Klemmen 5_α und Sb dieser Zellen'verbundenen Stromquelle 100 gespeist wird.

Der das Thyratron E steuernde Impuls wird zwischen den beiden Zellen 3„ und 3& abgenommen.

Es ist zu bemerken, daß die einen Stromfluß in dem . Kreis 101 ermöglichende Auslösung des Thyratrons stets unter der Einwirkung eines positiven Impulses erfolgt, während ein negativer Impuls ohne Einfluß auf das Thyratron bleibt.

Solange die auf die beiden Zellen 3₀ und Zb einwirkenden Strahlungsintensitäten keine merklichen Schwankungen erfahren, behält das Potential zwischen diesen beiden Zellen einen mittleren Wert bei, welcher auf Fig. 9 und 10 durch waagerechte Linien angegeben ist. Bei diesem Wert wird das Thyratron nicht ausgelöst. Wenn jetzt in den die beiden Zellen 3^, 3_a nacheinander bestreichenden Teilbildern eine Zunahme (+ /, Fig. 9) der Strahlung auftritt, bewirkt diese Zunahme, wenn sie nacheinander über die beiden Zellen streicht, einen negativen Impuls —X, auf welchen ein positiver Impuls + Y (Fig. 9) folgt. Dieser letztere Impuls löst das Thyratron aus. Wenn umgekehrt eine Intensitätsabnahme (—/, Fig. r©) auftritt, entstellt zwischen den beiden Zellen 3_a, Zb ^eiⁿ Impuls + X, auf welchen ein Impuls — Y folgt. Das Thyratron wird dann durch den Impuls + X ausgelöst.

Die obige Vorrichtung arbeitet also sowohl des Nachts wie am Tage.

Bei Tage erzeugt nämlich ein die Sonnenstrahlung abfangendes Flugzeug eine Schattenwirkung (Flußabnahme, Fig. 10). Des Nachts erzeugt in der Dunkelheit die Annäherung eines Flugzeugs eine Strahlenzunahme (Fig. 9). In beiden Fällen wird das Thyratron ausgelöst. In entsprechender Weise bewirkt bei Tage ein Flugzeug, welches sich dem Zünder nähert,, ohne die Sonnenstrahlung abzufangen, eine Zunahme der Infrarotstrahlung infolge der von seinen Motoren ausgesandten Strahlung und bewirkt so ebenfalls die Auslösung des Thyratrons, während bei Nacht die Unterbrechung eines Scheinwerferbündels durch das Flugzeug eine Strahlenabnahme erzeugen und so ebenfalls die Auslösung des Thyratrons bewirken kann.

Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Auf eine Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, ansprechendes Auslösegerät für Annäherungszünder, welches ein einen Drehspiegel enthaltendes optisches System und mindestens eine strahlungsempfindliche Zelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des zu ihr geneigten Drehspiegels mit der its Achse des Objektivs zusammenfällt, so daß die Teilbilder des Augenblicksbildes über die Zelle nacheinander hinweggeführt werden.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräglage des Drehspiegels iao regelbar ist.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehspiegel so liegt, daß sein abgetastetes Zielfeld seitlich der Geschoßachse liegt und vorn eine bekannte Blindzone [A) bestehen läßt.
4. 4- Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zielfeld die Form einer die konische Blindzone einhüllenden Kegelfläche hat (Fig. 2).
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehspiegel (10) zur Längsachse des Geschosses eine solche Schräglage einnimmt, daß die konische Blindzone (A) eine zwischen 120 und i8o° liegende große Öffnung hat.
6. 6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehspiegel (10) in einem Gehäuse (13) aus einem für die Infrarotstrahlen durchlässigen Werkstoff angebracht ist.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gehäuses (13) teilweise mit einem für die Infrarotstrahlung undurchlässigen Anstrich (R) überzogen sind, wobei eine Zone für den Durchtritt der Strahlung frei bleibt.
8. 8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehspiegel (10) durch ein dem Luftwiderstand ausgesetztes Windrad (16) angetrieben wird.
9. 9. Gerät nach Anspruch 1 zur Fernsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Blindzone einen öffnungswinkel hat, welcher kleiner als 20° ist und vorzugsweise in der Nähe von io° liegt.
10. 10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (3) zwischen einem Konkavspiegel (18) und dem Drehspiegel (ΐο_β) derart angeordnet ist, daß der Drehspiegel nur die von der Empfindlichkeitszone kommende Strahlung auffängt (Fig. 5).
11. 11. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei photoelektrische Zellen oder thermoelektrische Elemente (3₀, 3_&), welche die Strahlung des Zielfeldes nacheinander trifft und welche elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei das Potential zwischen beiden, das bei einer Änderung der Strahlungsintensität auftritt, zur Auslösung eines Thyratrons (E) od. dgl. dient.

    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschrift Nr. 731 849;
    Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Bd. 22, H 173148X1/721 und R 118237X1/721;

    schweizerische Patentschrift Nr. 188066; französische Patentschrift Nr. 864 373;
    britische Patentschrift Nr. 585 792.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

    © 609 65i/W4 10.56 (609 865 4.57)