EP0467055A1 - Empfangsspule für einen programmierbaren Geschosszünder - Google Patents

Empfangsspule für einen programmierbaren Geschosszünder Download PDF

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EP0467055A1
EP0467055A1 EP91108773A EP91108773A EP0467055A1 EP 0467055 A1 EP0467055 A1 EP 0467055A1 EP 91108773 A EP91108773 A EP 91108773A EP 91108773 A EP91108773 A EP 91108773A EP 0467055 A1 EP0467055 A1 EP 0467055A1
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EP
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coil
projectile
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winding
insert
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Klaus Münzel
Viktor Kälin
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Rheinmetall Air Defence AG
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Oerlikon Contraves AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C17/00—Fuze-setting apparatus
    • F42C17/04—Fuze-setting apparatus for electric fuzes

Definitions

  • the invention relates to a receiving coil for a programmable projectile detonator with a coil core on which there is a winding.
  • a programmable projectile detonator e.g. According to EP-A-0 300 255, contains a device for setting a counter for triggering the detonator, in particular a time fuse, in the projectile after it has been fired, the counter being inductive from a transmitter coil fastened in front of the barrel of a weapon via the receiver coil located in the projectile is set with a device for measuring the muzzle velocity of the projectile in order to set the counter for triggering the time fuse as a function of the muzzle velocity, the receiving coil being wound on a coil former.
  • the receiving coil of the projectile passes through the transmitting coil attached to the weapon barrel muzzle in a relatively short time, so that there is only little time available for transmitting the information from the transmitting coil to the receiving coil. High frequencies are therefore necessary to transmit the information.
  • an insert is arranged between the coil core and the coil winding, which shields the winding against eddy current fields.
  • a thin, 0.05 mm thick steel strip is preferably inserted between a coil winding made of copper and a coil core made of aluminum. This steel strip dampens the magnetic fields of the transmitter coil so strongly that almost no eddy currents are generated in the aluminum coil core. Eddy currents also form in the steel strip, but these are considerably smaller due to the greater eddy current resistance R (fe) of the iron.
  • the receiving coil according to the invention behaves like a coil on a coil core made of steel.
  • the weapon barrel muzzle 10 is surrounded by a three-part cage 11, 12, 13, which projects beyond the weapon barrel muzzle 10.
  • a first measuring coil 14 In the middle part 12 of the cage there is a first measuring coil 14 and in the front part 13 of the cage there is a second measuring coil 15 and a transmitting coil 16.
  • Lines 17 and 18 are provided for the electrical supply of the two measuring coils 14 and 15.
  • a number of soft iron bars 19 are inserted into the three-part cage 11, 12, 13 from to shield the entire measuring system from interference from magnetic fields which only two are visible in Fig.1.
  • the transmitter coil 16 consists of a single turn 20 and a coil body 21.
  • a projectile 22 flies in the direction of arrow A through the device for measuring the initial speed and for transmitting information, ie through the two measuring coils 14 and 15 and through the transmitter coil 16 .
  • the transmitter coil consists of a single turn 20 and is relatively narrow.
  • the time t which the projectile 22 needs to travel from the coil 14 to the coil 15 is measured.
  • a timer 24 located in the projectile 22 can thus be set or "temped” so that the projectile 22 is ignited in the area of the target.
  • This time which the projectile 22 needs to reach the destination when it exits the pipe mouth 10, is transmitted in digital form from the transmitter coil 16 to a receiver coil 25 in the projectile.
  • the transmission is inductive.
  • To set the timer 24 with the desired accuracy at least twelve pulses should be transmitted from the transmitter coil 16 to the receiver coil 25. Since, as already mentioned, the projectile 22 flies through the transmitter coil 16 at a speed of approximately 1,200 meters per second, it is necessary to transmit the twelve pulses at a relatively high frequency at the correct time.
  • the correct time for sending the pulses is determined with the help of the front measuring coil 15 of the device for measuring the muzzle velocity. As soon as the projectile 22 has flown through the coil 15, the information can be transmitted from the transmitter coil 16 to the receiver coil 25.
  • the pulses pass from the receiving coil 25 via a filter 29 to a counter 32 which is connected to the timer 24.
  • a so-called ground igniter 40 is screwed into the rear end of a projectile 41 via a thread 42.
  • the individual organs of the detonator are located in the interior of a detonator housing 43, which also acts as a coil core 43 and, together with a winding 23, forms the reception coil 25 already mentioned.
  • An insulation layer 44 protects the coil against damage from the hot propellant gases.
  • the structure of the detonator is assumed to be known and is not described in more detail here.
  • an insert 45 preferably a steel strip, for example made of ferroelectric material with high permeability, is located between the winding 23 made of copper wire and the coil core 43 made of aluminum between the winding 23 and a thickness of 0.05 mm is sufficient to shield the winding 23 against an eddy current field.
  • a much thicker insert 45 made of insulating material can be used, provided there is enough space. A similar effect is achieved by the distance formed between the copper wire and the aluminum core.

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Abstract

Um die induktive Übertragung von Impulsen von einer Sendespule auf eine Empfangsspule eines Geschosszünders zu verbessern, wird zwischen einer Wicklung (23) und einem aus Aluminium hergestellten Spulenkern (43) eine aus Stahlband hergestellte Einlage (45) eingesetzt, welche die Wicklung (23) gegen Wirbelstromfelder abschirmt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Empfangsspule für einen programmierbaren Geschosszünder mit einem Spulenkern, auf dem sich eine Wicklung befindet.
  • Ein programmierbarer Geschosszünder, z.B. gemäss EP-A-0 300 255, enthält eine Vorrichtung zum Einstellen eines Zählers zum Auslösen des Zünders, insbesondere eines Zeitzünders, im Geschoss nach dessen Abschuss, wobei der Zähler induktiv von einer vor der Rohrmündung einer Waffe befestigten Sendespule über die im Geschoss befindliche Empfangsspule eingestellt wird mit einer Einrichtung zum Messen der Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses, um den Zähler zum Auslösen des Zeitzünders in Abhängigkeit der Mündungsgeschwindigkeit einzustellen, wobei die Empfangsspule auf einen Spulenkörper gewickelt ist.
  • Um den Zeitzünder mit der gewünschten Genauigkeit einstellen zu können, ist es notwendig, von der Sendespule auf die Empfangsspule mindestens 12 Bit zu übertragen. Bei einer Mündungsgeschwindigkeit von beispielsweise über 1200 m/sek erfolgt der Durchtritt der Empfangsspule des Geschosses durch die an der Waffenrohrmündung befestigte Sendespule in relativ kurzer Zeit, so dass nur wenig Zeit zur Übertragung der Information von der Sendespule auf die Empfangsspule zur Verfügung steht. Es sind daher hohe Frequenzen zur Übertragung der Information notwendig.
  • Es hat sich nun gezeigt, dass bei einem Spulenkern aus Stahl die Übertragung dieser Information von der Sendespule auf die Empfangsspule möglich ist, was aber zu einer unerwünschten Steigerung des Zündergewichtes führt. Um das Gewicht des Zünders im Geschoss zu reduzieren, kann der Spulenkern aus Aluminium hergestellt werden, dabei ist
    • a) die induzierte Spannung bei einem Aluminiumkern wesentlich kleiner als bei einem Eisenkern;
    • b) die positiven und negativen Amplituden der induzierten Spannung sind bei einem Aluminiumkern asymmetrisch und nicht entgegengesetzt gleich gross.
  • Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäss zwischen Spulenkern und Spulenwicklung eine Einlage angeordnet, welche die Wicklung gegenüber Wirbelstromfeldern abschirmt. Vorzugsweise wird zwischen eine Spulenwicklung aus Kupfer und einem Spulenkern aus Aluminium als Einlage ein dünnes, 0,05 mm dickes Stahlband eingelegt. Dieses Stahlband dämpft die magnetischen Felder der Sendespule so stark, dass im Spulenkern aus Aluminium nahezu keine Wirbelströme erzeugt werden. Im Stahlband bilden sich ebenfalls Wirbelströme, diese sind jedoch wesentlich kleiner infolge des grösseren Wirbelstromwiderstandes R (fe) des Eisens.
  • Die genannte Einlage aus Stahlband hat zwei verschiedene Aufgaben:
    • a) Infolge der ferroelektrischen Eigenschaften des Stahlbandes werden die magnetischen Kraftlinien geringfügig verdichtet.
    • b) Die auf den Zylinder aus Stahlband auftretenden magnetischen Feldlinien induzieren in demselben Wirbelströme. Diese schirmen den darunterliegenden Aluminium-Spulenträger so ab, dass sich innerhalb desselben nahezu keine Wirbelströme ausbilden.
  • Bei richtiger Dimensionierung des Stahlbandes verhält sich die erfindungsgemässe Empfangsspule wie eine Spule auf einem Spulenkern aus Stahl.
  • Das bedeutet:
    • a) Die Ausgangsspannung der Empfangsspule steigt bei gleichem Programmierstrom der Sendespule deutlich an.
    • b) Die positiven und negativen Amplituden sind gleich gross.
    • c) Mit einer dünnen, einseitig isolierten Stahlfolie mit mehreren Windungen können die Wirbelströme noch mehr reduziert werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der die erfindungsgemässe Empfangsspule enthaltende Vorrichtung ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt:
    • Fig.1 einen Längsschnitt durch eine Rohrmündung mit einer Einrichtung zum Messen der Mündungsgeschwindigkeit und mit einer Sendespule zum Übertragen von Informationen auf ein Geschoss, das aus der Rohrmündung austritt;
    • Fig.2 einen Längsschnitt durch ein Geschoss gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel;
    • Fig.3 einen vergrösserten Längsschnitt durch den Zünder gemäss Fig.2 zur Verdeutlichung der erfindungsgemässen Einlage.
  • Gemäss Fig.1 ist die Waffenrohrmündung 10 von einem dreiteiligen Käfig 11,12,13 umgeben, der über die Waffenrohrmündung 10 hinausragt. Im mittleren Teil 12 des Käfigs befindet sich eine erste Messspule 14 und im vorderen Teil 13 des Käfigs befindet sich eine zweite Messspule 15 sowie eine Sendespule 16. Die Befestigung des dreiteiligen Käfigs 11,12,13 an der Waffenrohrmündung 10 und die Verbindung der drei Teile miteinander wird als bekannt vorausgesetzt und ist hier weder dargestellt noch beschrieben. Zur elektrischen Speisung der beiden Messspulen 14 und 15 sind Leitungen 17 und 18 vorhanden. Zur Abschirmung der ganzen Messanlage vor Störeinflüssen durch Magnetfelder sind eine Anzahl Weicheisenstäbe 19 in den dreiteiligen Käfig 11,12,13 eingesetzt, von denen in Fig.1 nur zwei sichtbar sind. Die Sendespule 16 besteht aus einer Einzelwindung 20 und aus einem Spulenkörper 21. Ein Geschoss 22 fliegt in Richtung des Pfeiles A durch die Einrichtung zum Messen der Anfangsgeschwindigkeit und zum Übertragen von Informationen, d.h. durch die beiden Messspulen 14 und 15 und durch die Sendespule 16 hindurch. Die Sendespule besteht aus einer Einzelwindung 20 und ist relativ schmal. Zur Bestimmung der Anfangs- oder Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses 22 wird die Zeit t gemessen, welche das Geschoss 22 benötigt, um von der Spule 14 zur Spule 15 zu gelangen. Aus dem Abstand a zwischen diesen beiden Spulen 14,15 und dieser Zeit t ergibt sich die Geschwindigkeit Vo = a/t. Unter Berücksichtigung dieser Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses 22 lässt sich die Zeit berechnen, bis das Geschoss 22 ins Ziel gelangt. Somit lässt sich ein im Geschoss 22 befindlicher Zeitzünder 24 so einstellen oder "tempieren", dass das Geschoss 22 im Bereich des Zieles gezündet wird. Diese Zeit, welche das Geschoss 22 benötigt, um beim Austritt von der Rohrmündung 10 bis ins Ziel zu gelangen, wird in digitaler Form von der Sendespule 16 auf eine Empfangsspule 25 im Geschoss übertragen. Wie üblich, erfolgt die Übertragung induktiv. Für die Einstellung des Zeitzünders 24 mit der gewünschten Genauigkeit sollten mindestens zwölf Impulse von der Sendespule 16 auf die Empfangsspule 25 übertragen werden. Da, wie bereits erwähnt, das Geschoss 22 mit einer Geschwindigkeit von ca. 1'200 Metern pro Sekunde durch die Sendespule 16 hindurchfliegt, ist es notwendig, die zwölf Impulse mit relativ hoher Frequenz im richtigen Zeitpunkt auszusenden. Der richtige Zeitpunkt zum Aussenden der Impulse wird mit Hilfe der vorderen Messspule 15 der Einrichtung zum Messen der Mündungsgeschwindigkeit bestimmt. Sobald das Geschoss 22 durch die Spule 15 hindurchgeflogen ist, kann die Information von der Sendespule 16 auf die Empfangsspule 25 übertragen werden. Die Impulse gelangen von der Empfangsspule 25 über einen Filter 29 zu einem Zähler 32, der mit dem Zeitzünder 24 verbunden ist.
  • Gemäss Fig.2 ist ein sogenannter Bodenzünder 40 am hinteren Ende eines Geschosses 41 über ein Gewinde 42 eingeschraubt. Die einzelnen Organe des Zünders befinden sich im Innern eines Zündergehäuses 43, das auch als Spulenkern 43 wirkt und zusammen mit einer Wicklung 23 die von der bereits erwähnten Empfangsspule 25 bildet. Eine Isolationsschicht 44 schützt die Spule vor Beschädigung durch die heissen Treibgase. Der Aufbau des Zünders wird als bekannt vorausgesetzt und hier nicht näher beschrieben.
  • Gemäss Fig.3 befindet sich bei der Empfangsspule 25 zwischen der Wicklung 23 aus Kupferdraht und dem durch das Zündergehäuse gebildeten Spulenkern 43 aus Aluminium eine Einlage 45, vorzugsweise ein Stahlband, beispielsweise aus ferroelektrischem Material mit hoher Permeabilität, wobei eine Dicke von 0,05 mm genügt, um die Wicklung 23 gegen ein Wirbelstromfeld abzuschirmen.
  • Anstelle des dünnen Stahlbandes kann eine wesentlich dickere Einlage 45 aus Isoliermaterial verwendet werden, sofern genügend Platz vorhanden ist. Durch den dabei gebildeten Abstand zwischen Kupferdraht und Aluminiumkern wird eine ähnliche Wirkung erreicht.

Claims (5)

1. Empfangsspule (25) für einen programmierbaren Geschosszünder (24,40) mit einem Spulenkern (43), auf dem sich eine Wicklung (23) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern (43) aus Aluminium besteht und dass zwischen Spulenkern (43) und Wicklung (23) eine Einlage (45) angeordnet ist, welche die Wicklung (23) gegenüber Wirbelstromfeldern abschirmt.
2. Empfangsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einlage (45) ein Stahlband verwendet wird.
3. Empfangsspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband aus ferroelektrischem Material mit hoher Permeabilität besteht.
4. Empfangsspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlband aus einer einseitig isolierten Stahlfolie mit mehreren Windungen besteht.
5. Empfangsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einlage (45) ein elektrisches Isoliermaterial verwendet wird.
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