EP2752637B1 - Sicherungsvorrichtung für einen Zünder eines Unterkalibergeschosses und Entsicherungsverfahren hierfür - Google Patents

Sicherungsvorrichtung für einen Zünder eines Unterkalibergeschosses und Entsicherungsverfahren hierfür Download PDF

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EP2752637B1
EP2752637B1 EP13006033.8A EP13006033A EP2752637B1 EP 2752637 B1 EP2752637 B1 EP 2752637B1 EP 13006033 A EP13006033 A EP 13006033A EP 2752637 B1 EP2752637 B1 EP 2752637B1
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EP
European Patent Office
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signal
sabot
arming
sensor
safety
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EP13006033.8A
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EP2752637A2 (de
EP2752637A3 (de
Inventor
Stephan Graeser
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Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl Defence GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C15/00—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges
    • F42C15/40—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges wherein the safety or arming action is effected electrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B14/00—Projectiles or missiles characterised by arrangements for guiding or sealing them inside barrels, or for lubricating or cleaning barrels
    • F42B14/02—Driving bands; Rotating bands
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B14/00—Projectiles or missiles characterised by arrangements for guiding or sealing them inside barrels, or for lubricating or cleaning barrels
    • F42B14/06—Sub-calibre projectiles having sabots; Sabots therefor
    • F42B14/067—Sealing aspects in sabots, e.g. sealing between individual segments of the sabots or sealing between the outer surface of the sabot and the inner surface of the barrel

Definitions

  • the invention relates to a safety device for an igniter of a subcaliber projectile and a corresponding Entommes vide for the safety device according to the invention.
  • US 5,265,539 is a sensor element of a fuse device for an igniter is known, which senses a second environmental condition.
  • the sensor element has for this purpose two sensory coils, which are arranged in the igniter in the projectile body, and a permanent magnet in the sabot.
  • the first coil is used for induction measurement, that is to say that the change in the magnetic flux density upon removal of the permanent magnet causes a change in the electric field.
  • the second coil allows a gradient measurement by difference measurement between the first and the second coil, whereby external interference fields are compensated.
  • a corresponding dipole magnet is arranged so that the departure of the sabot is sensed as a change in the magnetic field.
  • this fuse element Disadvantage of this fuse element is that the installation of the coils in the projectile body is structurally complex and requires an increased space requirement.
  • interference signals are to be expected in such an arrangement, for example, by leaving the gun barrel during firing, which may be of the order of the signals to be measured.
  • the signal generated by this method for a deliberate weft-related departure has in comparison to a manual unwanted detachment only a small difference, so that this signal is to evaluate the release of a detonator as not sufficiently clear. Measuring with solenoids requires signal amplification.
  • the invention is based on the object to increase the safety of detonators, in particular of detonators in sub-caliber bullets, and to minimize the risk of unwanted sharpening.
  • cost-effective ways to realize a safety device of a detonator are to be created.
  • An igniter of a subcaliber projectile with a projectile body, a slipping guide band and a sabot consisting of sabot segments has for this purpose a securing device.
  • the safety device has two safety elements for sensing environmental conditions, designed such that a signal can be generated.
  • the security device has at least one logic unit and is such designed such that by means of the logic unit, the signal of the fuse elements evaluable and a Entommessignal for detonator release can be generated.
  • the securing device is characterized in that a first securing element has a sensor element and at least one permanent magnet.
  • the sensor element has a magnetic sensor, in particular a magnetoresistive (MR) sensor, in the projectile body.
  • MR magnetoresistive
  • the permanent magnet is the magnetic sensor corresponding and arranged radially extending from the magnetic sensor in the guide band.
  • the first securing element is designed such that a rotational frequency of the guide belt can be sensed as the first environmental condition and a first signal can be generated.
  • a second securing element also has a sensor element and at least one permanent magnet.
  • the sensor element has at least one magnetic sensor, in particular a magnetoresistive (MR) sensor, in the projectile body.
  • the permanent magnet is corresponding to the magnetic sensor and arranged radially extending from the magnetic sensor in at least one sabot segment.
  • the second securing element is designed such that the outlet of the sabot segment can be sensed as a second environmental condition and a second signal can be generated.
  • the leader tape When a subcaliber projectile is fired from a drawn pipe, the leader tape is forced through the fields and trajectories of the pipe. In this case, a rotation is transmitted to the guide belt, which, however, is designed to slip through, so that the projectile body itself remains de-twisted.
  • the rotation of the guide band is tube-specific and depends on the respective load, ie the initial speed during firing, and corresponds to a few hundred hertz. This rotation is so specific that it is particularly well suited for use as an environmental condition. Sensing of the rotation is made possible by the use of the MR sensor in conjunction with the permanent magnet, since the MR sensor sits in the de-twisted projectile body and the permanent magnet in the rotating guide band. The MR sensor changes its resistance value when exposed to an external magnetic field.
  • a rotational frequency of the guide band can be calculated and thus is sensed as a first environmental condition.
  • the periodic change in resistance or the resistance over time provides a clear signal, which is a criterion for the Entommesvorgang as the first environmental condition. This signal is so specific that the risk of manipulation is almost eliminated.
  • the sensor element is here as a basic component for the realization of the electrical ignition system to understand, for example, in terms of power supply and signal processing and calculation.
  • a particular advantage is further that over the measured rotational frequency, the departure speed of the subcaliber projectile can be calculated back. This information can be used in a programmable detonator to ensure, for example, for a given period, an overflight safety by delaying the release or to optimize an ignition timing of the active charge.
  • the separation of the sabot occurs due to the occurring wind resistance. In this case, this is decomposed at predetermined breaking points in its individual sabot segments, so that the projectile body begins its wing-stabilized flight.
  • the departure of the sabot is therefore particularly suitable as a second environmental condition.
  • the sensing of the second environmental condition with the second securing element is also made possible by the use of at least one MR sensor, which is located in the projectile body and provides a constant resistance by the presence of a corresponding permanent magnet in the sabot.
  • the departure of the sabot and thus the separation of the permanent magnet of the magnetic sensor causes a change in the resistance within milliseconds and thus a clear measurement signal, which can use the fuse element as a second signal from a second environmental condition for the safety device.
  • MR sensors in thin-film technology are manufactured from silicon wafers, the components are very small, so that their installation can be carried out with little design effort. They are also characterized by a very high sensitivity to external magnetic fields, so that the sensing is possible even at an increased distance to the corresponding permanent magnet. No amplification of the signal is required. Particularly due to their resistance, for example in shock loads, and their longevity, the use in ammunition is particularly suitable, especially since MR sensors are inexpensive and can be produced in large numbers and commercially available.
  • the first securing element has a sensor element and at least two permanent magnets.
  • the permanent magnets are the magnetic sensor corresponding and arranged radially extending from the magnetic sensor at a predetermined angle to each other.
  • the first securing element is such designed so that two rotational frequencies of the guide band can be sensed as an environmental criterion. Due to the arrangement of the permanent magnets in the predetermined angle to each other to obtain a unique, coded signal, which is generated only when passing these magnets, z. B. offset by positioning radially by 45 °. As a result, manipulation by magnetic fields from the outside is not possible and minimizes the risk of unintentional release.
  • the second securing device on a sensor element and a plurality of permanent magnets.
  • the sensor element has magnetic sensors, in particular MR sensors, corresponding to the number of sabot segments in the projectile body.
  • At least one permanent magnet is in each case corresponding to a magnetic sensor and arranged radially extending from the magnetic sensor in each sabot segment.
  • the second securing element is designed such that the outlet of each sabot segment can be sensed as a second environmental condition.
  • Each individual sabot segment thus provides a unique measurement signal, which can be evaluated as an environmental condition. This has the advantage that in case of defect of an MR sensor, the function remains guaranteed. In addition, several signals are available for evaluation, the timing of which can be evaluated. This allows, for example, a safety backup, such that the fuse element sends a second signal to the logic unit only if the departure of the individual sabot segments took place in a predetermined time window. This is a tamper-evident because, for example, the manual detachment of all sabot segments at the same time within a second is almost impossible.
  • the sensing of the rotational frequency by the first fuse element and the subsequent evaluation of the first signal, the rotational frequency signal, by the logic unit, in conjunction with the target / actual adjustment ensures that the first signal is actually attributable to a launch of the subcaliber projectile.
  • the signals of the rotational frequency and the sabot-outgoing signal fundamentally differ from each other. This minimizes the risk of unwanted unlocking.
  • the Entommes vide on at least a first timer, such that the logic unit sends the Entommessignal for detonation only when the sabot segment outgoing signal, ie the second signal, after the rotational frequency signal, ie after the first signal, within a predetermined time window.
  • the specification of the order and the time window represents an increase in detonator safety and can be used as an here designated timer as an additional safety criterion.
  • the implementation of an additional time criterion is easy to implement in a logic unit without significantly increasing costs.
  • the Entommes vide on at least a second timer, such that the Logic unit sends the Entommessignal to detonator only if the departure of each sabot segment takes place in a given time window.
  • FIG. 1 A and B shows FIGS. 1A and B a sub-caliber projectile in partial longitudinal section with rotating guide band (A) and departure of the sabot (B) and sketched elements of the safety device according to the invention and associated signals.
  • the FIGS. 1A and B shows a schematic diagram of a subcaliber projectile in partial longitudinal section.
  • the subcaliber projectile 10 has a projectile body 11, a slipping guide band 12 and a sabot 13 consisting of sabot segments 13.1, 13.2, 13.3.
  • the fuse device for the igniter 14 of the subcaliber projectile 10 has at least one fuse element for sensing environmental conditions and is designed such that a signal can be generated.
  • the securing device has at least one logic unit, which is located in the igniter 14 in the projectile nose. The securing device is designed in such a way that the signal of the securing element can be evaluated by means of the logic unit and an arming signal for releasing the igniter 14 can be generated.
  • a first securing element 21 has a sensor element 22 and at least one permanent magnet 23.
  • the sensor element 22 has a magnetic sensor, in particular an MR sensor, in the projectile body 11.
  • the permanent magnet 23 is arranged corresponding to the sensor element 22 and radially extending from the sensor element 22 in the guide belt 12.
  • the first securing element 21 is designed such that a rotational frequency of the guide belt 12 can be sensed as the first environmental condition and a first signal 31 can be generated.
  • the arrow in Figure 1A indicates the rotation of the guide band 12.
  • the signal corresponds in the sketch of a sine wave, wherein a complete revolution of the guide band corresponds to a period length. If a second permanent magnet z. B. 45 ° offset in the guide band is attached, there is a second sine wave, which then follows offset in time to the first signal.
  • a second securing element 24 has a sensor element 22 and at least one permanent magnet 23.
  • the sensor element 22 has at least one magnetic sensor, in particular an MR sensor, in the projectile body 11.
  • the permanent magnet 23 is arranged corresponding to the magnetic sensor and radially extending from the magnetic sensor in at least one sabot segment 13.1 to 13.3.
  • the second securing element 24 is designed such that the outlet of the sabot segment 13.1 to 13.3 can be sensed as a second environmental condition and at least one second signal 32 can be generated.
  • the sabot 13 consists of three sabot segments 13.1, 13.2, 13.3.
  • each sabot segment 13.1 to 13.3 in each case a permanent magnet is arranged and opposite each are located in the projectile body 11 each magnetic sensors as a component connected to the sensor element, but these are not visible in the partial longitudinal section.
  • the arrows in FIG. 1B mark the departure of the sabot segments 13.1 to 13.3.
  • three signals 32.1 to 32.3 are displayed per outgoing sabot segment.
  • the signals generated at the departure of the respective sabot segments 13.1 to 13.3 must in this case take place within a predetermined time window 33.
  • the detachment speed of the segments is determined and additionally evaluated via a setpoint / actual adjustment. It can be seen that all signals are within the predetermined time window 33.
  • the sensor elements 22 as part of the first fuse element 21 and the second fuse element 24 are microcontrollers or a "system on the chip", which are directly connected to the logic unit of the igniter 14.
  • the logic unit is part of the igniter 14 and is also a microcontroller.
  • the power supply of the microcontroller is ensured by the igniter 14.
  • the first securing element 21 senses the rotational frequency of the guide belt 12 as the first environmental condition.
  • the MR sensor of the sensor element 22 of the first securing element 21 registers a change in the resistance when the guide belt 12 rotates. From the periodic change in resistance, a signal is generated by the sensor element 22, which transmits the first securing element 21 by means of sensor element 22 to the logic unit in the igniter 14.
  • the logic unit checks this signal via a setpoint / actual adjustment. If the signal corresponds to the desired value or desired signal, then the signal of the second fuse element 24 is checked. As a result, a first timer in the Entommesvon is included.
  • the second securing element 24 senses as a second environmental condition the departure of the individual sabot segments 13.1 to 13.3. For this, the individual MR sensors register the sensor element 22 of the second fuse element 24 each have a sudden change in resistance.
  • the sensor element 22 calculates three signals 32.1 to 32.3 from this.
  • the signals 32.1 to 32.3 are transmitted from the second securing element 24 by means of sensor element 22 to the logic unit in the igniter 14.
  • the logic unit checks these signals 32.1 to 32.3 via a setpoint / actual adjustment.
  • the logic unit checks whether the departure of each sabot segment 13.1 to 13.3 occurred within a time window 33 and sends an arming signal for releasing the igniter 14 only if the departure of the individual sabot segments 13.1 to 13.3 is within the predetermined time window 33.
  • the MR sensors in the projectile body 11 are located in the outermost periphery of the projectile axis 15, so that the distance from each sensor to the corresponding permanent magnet 23 is as small as possible.
  • the permanent magnet 23 is arranged both in the sabot segments 13.1 to 13.3 and in the slipping guide band 12 in the projectile body near.
  • the outer magnetic fields are each arranged close to the corresponding MR sensor and a significant signal can be generated.

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Description

  • Die Erfindung befasst sich mit einer Sicherungsvorrichtung für einen Zünder eines Unterkalibergeschosses und einem entsprechenden Entsicherungsverfahren für die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung.
  • Es ist allgemein bekannt, dass Unterkalibermunition mit einem Treibkäfig, oder auch Sabot genannt, und einem durchrutschenden Führungsband aus einem gezogenen Rohr verschossen wird. Ist eine derartige Munition mit einer Wirkladung versehen, so muss der vorhandene Zünder gemäß geltender Bestimmungen durch entsprechende Sicherungsvorrichtungen gesichert sein. Die Sicherungsvorrichtung ist demnach Bestandteil des Zünders. Eine Entsicherung muss durch das Eintreten zweier, voneinander unabhängiger Umweltbedingungen erfüllt werden. Um eine ungewollte Entsicherung zu vermeiden, sind verschiedene Sicherungsvorrichtungen bekannt.
  • Bei bisherigen Zündern flügelstabilisierter Munition, die aus Glattrohren verschossen wird, sind in der Sicherungsvorrichtung z. B. Gasdruckschalter am Heck der Munition vorgesehen, so dass ein Signal zur Entsicherung des Zünders beim Abschuss generiert werden kann. Bei einer ungewollten Umsetzung der Treibladung an einer Unterkalibermunition, bei der sich ein Teil der Treibladung zwischen Geschossheck und Heckteil befindet, könnte zumindest durch den entstehenden Gasdruck im Munitionsmagazin eine ungewollte Teilschärfung des Zünders herbeigeführt werden. Weiterhin kommen z. B. 3D-Beschleunigungssensoren in Sicherungsvorrichtungen zur Messung der Beschleunigungen in drei Raumrichtungen zur Anwendung, deren Prinzip auf der Sensierung der Flugbahn oder von Lenkmanövern basiert. Allerdings bedingt dieses Verfahren signifikante Flugbahnen bzw. die Durchführung von bestimmten Lenkmanövern, um eindeutige Signale zu erhalten. Letzteres kann zu einer Reduzierung der Schussweite führen sowie die Flugstabilität des Geschosses negativ beeinträchtigen.
  • Aus der US-Druckschrift US 5,265,539 ist ein Sensorelement einer Sicherungsvorrichtung für einen Zünder bekannt, der eine zweite Umweltbedingung sensiert. Das Sensorelement weist hierzu zwei sensierende Spulen, welche im Zünder im Geschosskörper angeordnet sind, und einen Dauermagneten im Treibkäfig auf. Die erste Spule dient zur Induktionsmessung, d. h. dass durch die Änderung der magnetischen Flussdichte bei Entfernen des Dauermagneten eine Änderung des elektrischen Feldes bewirkt wird. Durch die zweite Spule wird eine Gradientenmessung durch Differenzmessung zwischen der ersten und der zweiten Spule ermöglicht, wodurch äußere Störfelder kompensiert werden. Im Treibkäfig ist ein korrespondierender Dipolmagnet angeordnet, so dass der Abgang des Treibkäfigs als Änderung des Magnetfeldes sensierbar ist. Nachteil dieses Sicherungselementes ist, dass der Einbau der Spulen im Geschosskörper konstruktiv aufwändig ist und einen erhöhten Platzbedarf erfordert. Zudem sind bei einer derartigen Anordnung Störsignale zu erwarten, beispielsweise durch das Verlassen des Waffenrohres beim Schuss, die ggf. in der Größenordnung der zu messenden Signale sind. Das bei diesem Verfahren erzeugte Signal für einen gewollten schussbedingten Abgang weist im Vergleich zu einer manuellen ungewollten Ablösung nur eine geringe Differenz auf, so dass dieses Signal zur Entsicherung eines Zünders als nicht hinreichend eindeutig zu bewerten ist. Durch das Messen mit Magnetspulen ist eine Signalverstärkung erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Sicherheit von Zündern, insbesondere von Zündern in Unterkalibergeschossen, zu erhöhen und das Risiko einer ungewollten Schärfung zu minimieren. Darüber hinaus sollen kostengünstige Möglichkeiten zur Realisierung einer Sicherungsvorrichtung eines Zünders geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des nebengeordneten Verfahrens-Anspruchs 4 gelöst.
  • Ein Zünder eines Unterkalibergeschosses mit einem Geschosskörper, einem durchrutschenden Führungsband und einem Treibkäfig bestehend aus Treibkäfigsegmenten besitzt hierzu eine Sicherungsvorrichtung. Die Sicherungsvorrichtung weist zwei Sicherungselemente zur Sensierung von Umweltbedingungen auf, derart ausgebildet, dass ein Signal erzeugbar ist. Die Sicherungsvorrichtung weist mindestens eine Logikeinheit auf und ist derart ausgebildet, dass mittels der Logikeinheit das Signal der Sicherungselemente auswertbar und ein Entsicherungssignal zur Zünderentsicherung erzeugbar ist. Die Sicherungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Sicherungselement ein Sensorelement und mindestens einen Dauermagneten aufweist. Das Sensorelement weist einen Magnetsensor, insbesondere einen magnetoresistiven (MR-) Sensor, im Geschosskörper auf. Der Dauermagnet ist dem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend im Führungsband angeordnet. Das erste Sicherungselement ist derart ausgebildet, dass eine Rotationsfrequenz des Führungsbandes als erste Umweltbedingung sensierbar ist und ein erstes Signal erzeugbar ist. Ein zweites Sicherungselement weist ebenfalls ein Sensorelement und mindestens einen Dauermagneten auf. Das Sensorelement weist mindestens einen Magnetsensor, insbesondere einen magnetoresistiven (MR-) Sensor, im Geschosskörper auf. Der Dauermagnet ist dem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend in mindestens einem Treibkäfigsegment angeordnet. Das zweite Sicherungselement ist derart ausgebildet, dass der Abgang des Treibkäfigsegmentes als zweite Umweltbedingung sensierbar ist und ein zweites Signal erzeugbar ist.
  • Beim Verschuss eines Unterkalibergeschosses aus einem gezogenen Rohr wird das Führungsband durch die Felder und Züge des Rohres gepresst. Hierbei wird eine Rotation auf das Führungsband übertragen, welches jedoch durchrutschend ausgeführt ist, so dass der Geschosskörper selbst entdrallt bleibt. Die Rotation des Führungsbandes ist rohrspezifisch und abhängig von der jeweiligen Ladung, d. h. der Anfangsgeschwindigkeit beim Schuss, und entspricht einigen hundert Hertz. Diese Rotation ist derart spezifisch, dass sie sich für die Verwendung als Umweltbedingung besonders gut eignet. Die Sensierung der Rotation wird durch die Verwendung des MR-Sensors in Verbindung mit dem Dauermagneten ermöglicht, da der MR-Sensor im entdrallten Geschosskörper sitzt und der Dauermagnet im rotierenden Führungsband. Der MR-Sensor ändert bei Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes seinen Widerstandswert. Bei jeder vollständigen Umdrehung des durchrutschenden Führungsbandes passiert der Dauermagnet den MR-Sensor, so dass aus der Zeitspanne der periodisch erzeugten Widerstandsänderung eine Rotationsfrequenz des Führungsbandes berechnet werden kann und somit als erste Umweltbedingung sensierbar ist. Die periodische Widerstandsänderung bzw. der Widerstand über die Zeit liefert ein eindeutiges Signal, welches als erste Umweltbedingung ein Kriterium für den Entsicherungsvorgang darstellt. Dieses Signal ist derart spezifisch, dass das Risiko einer Manipulation nahezu ausgeschlossen ist. Das Sensorelement ist hierbei als Grundbauteil für die Realisierung des elektrischen Zündsystems zu verstehen, beispielsweise im Hinblick auf Stromversorgung und Signalverarbeitung und -berechnung. Ein besonderer Vorteil ist weiterhin, dass über die gemessene Rotationsfrequenz die Abgangsgeschwindigkeit des Unterkalibergeschosses zurückgerechnet werden kann. Diese Information lässt sich in einem programmierbaren Zünder nutzen, um beispielsweise für einen vorgegebenen Zeitraum eine Überflugsicherheit durch Verzögerung der Entsicherung zu gewährleisten oder um einen Zündzeitpunkt der Wirkladung zu optimieren.
  • Verlässt das Unterkalibergeschoss beim Verschuss das Rohr, so erfolgt auf Grund des auftretenden Windwiderstandes die Abtrennung des Treibkäfigs. Dabei wird dieser an Sollbruchstellen in seine einzelnen Treibkäfigsegmente zerlegt, so dass der Geschosskörper seinen flügelstabilisierten Flug beginnt. Der Abgang des Treibkäfigs eignet sich daher besonders als zweite Umweltbedingung. Die Sensierung der zweiten Umweltbedingung mit dem zweiten Sicherungselement wird ebenfalls durch die Verwendung mindestens eines MR-Sensors ermöglicht, der sich im Geschosskörper befindet und durch das Vorhandensein eines korrespondierenden Dauermagneten im Treibkäfig einen konstanten Widerstand liefert. Der Abgang des Treibkäfigs und somit das Separieren des Dauermagneten von dem Magnetsensor bewirkt eine zeitliche Änderung des Widerstandes innerhalb von Millisekunden und somit ein eindeutiges Messsignal, welches das Sicherungselement als ein zweites Signal aus einer zweiten Umweltbedingung für die Sicherungsvorrichtung verwerten kann.
  • Dadurch, dass MR-Sensoren in Dünnschichttechnologie aus Silizium-Wafern gefertigt werden, sind die Bauteile sehr klein, so dass ihr Einbau mit wenig Konstruktionsaufwand erfolgen kann. Sie zeichnen sich darüber hinaus durch eine sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber äußeren Magnetfeldern aus, so dass die Sensierung auch bei erhöhtem Abstand zum korrespondieren Dauermagneten möglich ist. Dabei ist keine Verstärkung des Signals erforderlich. Besonders auf Grund ihrer Widerstandsfähigkeit, beispielsweise bei Schockbelastungen, und ihrer Langlebigkeit eignet sich der Einsatz in Munition besonders, insbesondere da MR-Sensoren kostengünstig und in großen Stückzahlen herstellbar und handelsüblich verfügbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Sicherungselement ein Sensorelement und mindestens zwei Dauermagnete auf. Die Dauermagnete sind dem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend im vorgegebenen Winkel zueinander angeordnet. Das erste Sicherungselement ist derart ausgebildet, dass zwei Rotationsfrequenzen des Führungsbandes als Umweltkriterium sensierbar sind. Durch die Anordnung der Dauermagnete im vorgegeben Winkel zueinander erhält man ein eindeutiges, codiertes Signal, welches nur beim Passieren dieser Magnete erzeugt wird, z. B. durch eine Positionierung radial um 45° versetzt. Dadurch ist eine Manipulation durch Magnetfelder von außen nicht möglich und das Risiko einer ungewollten Entsicherung minimiert.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem Anspruch 3 weist die zweite Sicherungsvorrichtung ein Sensorelement und mehrere Dauermagnete auf. Das Sensorelement weist Magnetsensoren, insbesondere MR-Sensoren, der Anzahl der Treibkäfigsegmente entsprechend im Geschosskörper auf. Mindestens ein Dauermagnet ist jeweils einem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend jeweils in jedem Treibkäfigsegment angeordnet. Das zweite Sicherungselement ist derart ausgebildet, dass der Abgang jedes Treibkäfigsegments als zweite Umweltbedingung sensierbar ist. Durch eine derartige Anordnung ist für jedes Treibkäfigsegment einzeln der Abgang und somit das Separieren des jeweiligen Dauermagneten von dem zugehörigen Magnetsensor gegeben, was in jedem MR-Sensor eine Änderung des Widerstandes innerhalb von Millisekunden bewirkt. Jedes einzelne Treibkäfigsegment liefert somit ein eindeutiges Messsignal, welches als Umweltbedingung bewertet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass bei Defekt eines MR-Sensors die Funktion gewährleistet bleibt. Zudem stehen mehrere Signale zur Auswertung zur Verfügung, deren zeitlicher Verlauf bewertet werden können. Dies erlaubt beispielsweise ein Sicherheitsbackup, derart, dass das Sicherungselement ein zweites Signal an die Logikeinheit nur sendet, wenn der Abgang der einzelnen Treibkäfigsegmente in einem vorgegebenen Zeitfenster erfolgte. Dies stellt ein Manipulationsausschluss dar, da beispielsweise das manuelle Ablösen aller Treibkäfigsegmente gleichzeitig innerhalb einer Sekunde nahezu unmöglich ist.
  • Gemäß dem nebengeordneten Anspruch 4 umfasst ein Entsicherungsverfahren einer Sicherungsvorrichtung für einen Zünder eines Unterkalibergeschosses mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 folgende Schritte:
    • Das erste Sicherungselement sensiert eine Rotationsfrequenz des Führungsbandes als erste Umweltbedingung und sendet ein Rotationsfrequenz-Signal an die Logikeinheit
    • die Logikeinheit führt einen ersten Soll-/Ist-Abgleich des Rotationsfrequenz-Signals durch
    • das zweite Sicherungselement sensiert einen Abgang des Treibkäfigsegmentes als zweite Umweltbedingung und sendet mindestens ein Treibkäfig-Abgangs-Signal an die Logikeinheit
    • die Logikeinheit führt einen zweiten Soll-/Ist-Abgleich des Treibkäfig-Abgangs-Signals durch
    • die Logikeinheit sendet ein Entsicherungssignal oder kein Entsicherungssignal zur Zünderentsicherung.
  • Das Sensieren der Rotationsfrequenz durch das erste Sicherungselement und durch die anschließende Auswertung des ersten Signals, des Rotationsfrequenz-Signals, durch die Logikeinheit, in Verbindung mit dem Soll-/Ist-Abgleich gewährleistet, dass das erste Signal tatsächlich einem Abschuss des Unterkalibergeschosses zuzuschreiben ist. Gleiches gilt für die anschließende Bewertung des Treibkäfig-Abgangs-Signals, so dass die Erzeugung eines Entsicherungssignals zur Zünderentsicherung erst nach dem Auftreten der ersten und zweiten Umweltbedingung stattfindet und die Logikeinheit bei Diskrepanzen der Soll- und Ist-Parameter eine Entsicherung verhindert. Dabei ist weiterhin vorteilhaft, dass sich die Signale der Rotationsfrequenz sowie des Treibkäfig-Abgangs-Signals grundlegend voneinander unterscheiden. Dadurch ist die Gefahr durch ein ungewolltes Entsichern minimiert.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Entsicherungsverfahren mindestens ein erstes Zeitglied auf, derart, dass die Logikeinheit das Entsicherungssignal zur Zünderentsicherung nur sendet, wenn das Treibkäfigsegment-Abgangs-Signal, also das zweite Signal, nach dem Rotationsfrequenz-Signal, also nach dem ersten Signal, innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters erfolgt. Da der Ablauf beim Verschuss der Unterkalibermunition stets der gleichen Reihenfolge innerhalb eines Zeitfensters mit geringen produktions- oder schussparameterbedingten Abweichungen erfolgt, stellt die Vorgabe der Reihenfolge und des Zeitfenster eine Erhöhung der Zündersicherheit dar und kann als hier bezeichnetes Zeitglied als zusätzliches Sicherheitskriterium genutzt werden. Zudem ist die Implementierung eines zeitlichen Zusatzkriteriums einfach in einer Logikeinheit umzusetzen, ohne die Kosten signifikant zu erhöhen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Entsicherungsverfahren mindestens ein zweites Zeitglied auf, derart, dass die Logikeinheit das Entsicherungssignal zur Zünderentsicherung nur sendet, wenn der Abgang jedes einzelnen Treibkäfigsegmentes in einem vorgegebenen Zeitfenster erfolgt. Dies stellt einen Manipulationsausschluss dar, da das manuelle Ablösen aller Treibkäfigsegmente gleichzeitig innerhalb beispielsweise einer Sekunde nahezu unmöglich ist, bei einer reellen Schussabgabe jedoch in einem definierten, sehr kurzen Zeitfenster erfolgt.
  • Weitere Vorteile sowie die schematische Darstellung der Erfindung sind der Figur 1 A und B zu entnehmen. Dabei zeigt Figur 1A und B ein Unterkalibergeschoss im Teil-Längsschnitt mit rotierendem Führungsband (A) und Abgang des Treibkäfigs (B) und skizzierten Elementen der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung sowie zugehörige Signale.
  • Die Figur 1A und B zeigt in einer Prinzipskizze ein Unterkalibergeschoss im Teil-Längsschnitt. Das Unterkalibergeschoss 10 weist einen Geschosskörper 11, ein durchrutschendes Führungsband 12 und einen Treibkäfig 13 bestehend aus Treibkäfigsegmenten 13.1, 13.2, 13.3 auf. Die Sicherungsvorrichtung für den Zünder 14 des Unterkalibergeschosses 10 weist mindestens ein Sicherungselement zur Sensierung von Umweltbedingungen auf und ist derart ausgebildet, dass ein Signal erzeugbar ist. Die Sicherungsvorrichtung weist mindestens eine Logikeinheit auf, welche sich im Zünder 14 in der Geschossspitze befindet. Die Sicherungsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass mittels der Logikeinheit das Signal des Sicherungselementes auswertbar und ein Entsicherungssignal zur Entsicherung des Zünders 14 erzeugbar ist. Ein erstes Sicherungselement 21 weist ein Sensorelement 22 und mindestens einen Dauermagneten 23 auf. Das Sensorelement 22 weist einen Magnetsensor, insbesondere einen MR-Sensor, im Geschosskörper 11 auf. Der Dauermagnet 23 ist dem Sensorelement 22 korrespondierend und vom Sensorelement 22 radial erstreckend im Führungsband 12 angeordnet. Das erste Sicherungselement 21 ist derart ausgebildet, dass eine Rotationsfrequenz des Führungsbandes 12 als erste Umweltbedingung sensierbar und ein erstes Signal 31 erzeugbar ist. Der Pfeil in Figur 1A kennzeichnet die Rotation des Führungsbandes 12. Das Signal entspricht in der Skizze einer Sinuswelle, wobei eine vollständige Umdrehung des Führungsbandes einer Periodenlänge entspricht. Sofern ein zweiter Dauermagnet z. B. 45° versetzt im Führungsband angebracht wird, ergibt sich eine zweite Sinuswelle, welche dann zeitlich versetzt zum ersten Signal folgt.
  • Ein zweites Sicherungselement 24 weist ein Sensorelement 22 und mindestens einen Dauermagneten 23 auf. Das Sensorelement 22 weist mindestens einen Magnetsensor, insbesondere einen MR-Sensor, im Geschosskörper 11 auf. Der Dauermagnet 23 ist dem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend in mindestens einem Treibkäfigsegment 13.1 bis 13.3 angeordnet. Das zweite Sicherungselement 24 ist derart ausgebildet, dass der Abgang des Treibkäfigsegmentes 13.1 bis 13.3 als zweite Umweltbedingung sensierbar ist und mindestens ein zweites Signal 32 erzeugbar ist. Der Treibkäfig 13 besteht aus drei Treibkäfigsegmenten 13.1, 13.2, 13,3. In jedem Treibkäfigsegment 13.1 bis 13.3 ist jeweils ein Dauermagnet angeordnet und jedem gegenüber befinden sich im Geschosskörper 11 jeweils Magnetsensoren als Bestandteil verbunden mit dem Sensorelement, jedoch sind diese im Teil-Längsschnitt nicht sichtbar dargestellt. Die Pfeile in Figur 1B kennzeichnen den Abgang der Treibkäfigsegmente 13.1 bis 13.3. Dementsprechend sind drei Signale 32.1 bis 32.3 pro abgehendem Treibkäfigsegment dargestellt. Die beim Abgang der jeweiligen Treibkäfigsegmente 13.1 bis 13.3 erzeugten Signale müssen hierbei innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters 33 erfolgen. Über die Auswertung der negativen Steigung der Signalflanke aus der Änderung des Widerstandes über die Zeit wird die Ablösegeschwindigkeit der Segmente bestimmt und zusätzlich über einen Soll-/Ist-Abgleich ausgewertet. Es ist zu erkennen, dass alle Signale innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters 33 liegen.
  • Die Sensorelemente 22 als Bestandteil des ersten Sicherungselementes 21 und zweiten Sicherungselementes 24 sind Microcontroller bzw. ein "System on the Chip", welche mit der Logikeinheit des Zünders 14 unmittelbar verbunden sind. Die Logikeinheit ist ein Teil des Zünders 14 und ist ebenfalls ein Microcontroller. Die Energieversorgung der Microcontroller wird durch den Zünder 14 gewährleistet. Das erste Sicherungselement 21 sensiert als erste Umweltbedingung die Rotationsfrequenz des Führungsbandes 12. Hierzu registriert der MR-Sensor des Sensorelementes 22 des ersten Sicherungselementes 21 bei einsetzender Rotation des Führungsbandes 12 eine Änderung des Widerstandes. Aus der periodischen Widerstandsänderung wird durch das Sensorelement 22 ein Signal erzeugt, welches das erste Sicherungselement 21 mittels Sensorelement 22 an die Logikeinheit im Zünder 14 überträgt. Die Logikeinheit prüft dieses Signal über einen Soll-/Ist-Abgleich. Entspricht das Signal dem Soll-Wert bzw. Soll-Signal, so wird das Signal des zweiten Sicherungselementes 24 überprüft. Hierdurch ist ein erstes Zeitglied im Entsicherungsverfahren enthalten. Das zweite Sicherungselement 24 sensiert als zweite Umweltbedingung den Abgang der einzelnen Treibkäfigsegmente 13.1 bis 13.3. Hierzu registrieren die einzelnen MR-Sensoren des Sensorelementes 22 des zweiten Sicherungselementes 24 jeweils eine sprunghafte Änderung des Widerstandes. Das Sensorelement 22 errechnet hieraus drei Signale 32.1 bis 32.3. Die Signale 32.1 bis 32.3 werden vom zweiten Sicherungselement 24 mittels Sensorelement 22 an die Logikeinheit im Zünder 14 übertragen. Die Logikeinheit prüft diese Signale 32.1 bis 32.3 über einen Soll-/Ist-Abgleich. Zudem überprüft die Logikeinheit, ob der Abgang jedes Treibkäfigsegmentes 13.1 bis 13.3 innerhalb eines Zeitfensters 33 erfolgte und sendet ein Entsicherungssignal zur Entsicherung des Zünders 14 nur, wenn der Abgang der einzelnen Treibkäfigsegmente 13.1 bis 13.3 innerhalb des vorgegeben Zeitfensters 33 liegt. Die MR-Sensoren im Geschosskörper 11 befinden sich in der äußersten Peripherie der Geschossachse 15, so dass der Abstand von jedem Sensor zum korrespondierenden Dauermagnet 23 möglichst gering ist. Damit ist der Dauermagnet 23 sowohl in den Treibkäfigsegmenten 13.1 bis 13.3 als auch im durchrutschenden Führungsband 12 in Geschosskörpernähe angeordnet. Hierdurch sind die äußeren Magnetfelder jeweils dicht am korrespondierenden MR-Sensor angeordnet und ein signifikantes Signal erzeugbar.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Unterkalibergeschoss
    11
    Geschosskörper
    12
    Führungsband
    13
    Treibkäfig
    13.1 - 13.3
    Treibkäfigsegmente
    14
    Zünder
    15
    Geschossachse
    21
    erstes Sicherungselement
    22
    Sensorelement
    23
    Dauermagnet
    24
    zweites Sicherungselement
    31
    erstes Signal
    32.1 - 32.3
    zweites Signal
    33
    Zeitfenster

Claims (6)

  1. Unterkalibergeschoss (10) mit einem Zünder (14) und einer Sicherungsvorrichtung für den Zünder (14), mit folgenden Merkmalen:
    - das Unterkalibergeschoss (10) weist einen Geschosskörper (11), ein durchrutschendes Führungsband (12) und einen Treibkäfig (13) bestehend aus Treibkäfigsegmenten (13.1, 13.2, 13.3) auf,
    - die Sicherungsvorrichtung weist zwei Sicherungselemente (21, 24) zur Sensierung von Umweltbedingungen auf und ist derart ausgebildet, dass ein Signal erzeugbar ist
    - die Sicherungsvorrichtung weist mindestens eine Logikeinheit auf
    - die Sicherungsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass mittels der Logikeinheit das Signal der Sicherungselemente (21, 24) auswertbar und ein Entsicherungssignal zur Zünderentsicherung erzeugbar ist,
    die Sicherungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass:
    a. ein erstes Sicherungselement (21) ein Sensorelement (22) und mindestens einen Dauermagneten (23) aufweist und
    - das Sensorelement (22) einen Magnetsensor, insbesondere einen magnetoresistiven Sensor, im Geschosskörper (11) aufweist und
    - der Dauermagnet (23) dem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend im Führungsband (12) angeordnet ist und
    - das erste Sicherungselement (21) derart ausgebildet ist, dass eine Rotationsfrequenz des Führungsbandes (12) als erste Umweltbedingung sensierbar ist und ein erstes Signal (31) erzeugbar ist,
    b. ein zweites Sicherungselement (24) ein Sensorelement (22) und mindestens einen Dauermagneten (23) aufweist und
    - das Sensorelement (22) mindestens einen Magnetsensor, insbesondere einen magnetoresistiven Sensor, im Geschosskörper (11) aufweist und
    - der Dauermagnet (23) dem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend in mindestens einem Treibkäfigsegment (13.1, 13.2, 13.3) angeordnet ist und
    - das zweite Sicherungselement (24) derart ausgebildet ist, dass der Abgang des Treibkäfigsegmentes (13.1, 13.2, 13.3) als zweite Umweltbedingung sensierbar ist und ein zweites Signal (32) erzeugbar ist.
  2. Unterkalibergeschoss (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Sicherungselement (21) ein Sensorelement (22) und mindestens zwei Dauermagnete (23) aufweist und
    - die Dauermagnete (23) dem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend im vorgegebenen Winkel zueinander angeordnet sind und
    - das erste Sicherungselement (21) derart ausgebildet ist, dass eine erste Rotationsfrequenz und mindestens eine zeitlich versetzte zweite Rotationsfrequenz des Führungsbandes (12) als erste Umweltbedingung sensierbar ist.
  3. Unterkalibergeschoss (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Sicherungselement (24) ein Sensorelement (22) und mehrere Dauermagnete (23) aufweist und
    - das Sensorelement (22) Magnetsensoren, insbesondere magnetoresistive Sensoren, der Anzahl der Treibkäfigsegmente (13.1, 13.2, 13.3) entsprechend im Geschosskörper (11) aufweist und
    - mindestens ein Dauermagnet (23) jeweils einem Magnetsensor korrespondierend und vom Magnetsensor radial erstreckend jeweils in jedem Treibkäfigsegment (13.1, 13.2, 13.3) angeordnet ist und
    - das zweite Sicherungselement (24) derart ausgebildet ist, dass der Abgang jedes Treibkäfigsegmentes (13.1, 13.2, 13.3) als zweite Umweltbedingung sensierbar ist.
  4. Entsicherungsverfahren einer Sicherungsvorrichtung für einen Zünder (14) eines Unterkalibergeschosses (10) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das erste Sicherungselement (21) eine Rotationsfrequenz des Führungsbandes (12) als erste Umweltbedingung sensiert und ein Rotationsfrequenz-Signal an die Logikeinheit sendet
    - die Logikeinheit einen ersten Soll-/lst-Abgleich des Rotationsfrequenz-Signals durchführt
    - das zweite Sicherungselement (24) einen Abgang des Treibkäfigsegmentes (13.1, 13.2, 13.3) als zweite Umweltbedingung sensiert und mindestens ein Treibkäfig-Abgangs-Signal an die Logikeinheit sendet
    - die Logikeinheit einen zweiten Soll-/Ist-Abgleich des Treibkäfig-Abgangs-Signals durchführt
    - die Logikeinheit ein Entsicherungssignal oder kein Entsicherungssignal zur Zünderentsicherung sendet.
  5. Entsicherungsverfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Entsicherungsverfahren mindestens ein erstes Zeitglied aufweist, derart, dass die Logikeinheit das Entsicherungssignal zur Zünderentsicherung nur sendet, wenn das Treibkäfig-Abgangs-Signal nach dem Rotationsfrequenz-Signal innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters (33) erfolgt.
  6. Entsicherungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Entsicherungsverfahren mindestens ein zweites Zeitglied aufweist, derart, dass die Logikeinheit das Entsicherungssignal zur Zünderentsicherung nur sendet, wenn der Abgang jedes Treibkäfigsegmentes in einem vorgegebenen Zeitfenster (33) erfolgt.
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