DE2255547B2 - Schalteinrichtung an elektrischen Geschoßzündern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung an elektrischen Geschoßzündern, welche eine, vornehmlich beim Abfeuern des Geschosses aufladbare, elektrische Energiequelle aufweisen, die beim Zielaufschlag oder nach einer Sollflugdauer des Geschosses mittels eines elektronischen Schaltgliedes, in dessen Steuerkreis eine piezoelektrische Zelle liegt, auf ein während des Fluges entsicherbares Zündelement entladen wird und dieses dabei zündet.

Durch die CH-PS 2 77 052 ist ein Zünder bekannt, welcher ein piezoelektrisches Element enthält in dem durch den Abschuß- oder den Verzögerungsstoß eine Zündspannung erzeugbar ist, die bei der Geschoßabbremsung über einen Schalter an das Zündmittel angelegt wird.

Weiterhin ist es durch die US-PS 34 86 452 bekannt, beim Zielaufschlag mittels eines federnden Stößels in einer piezoelektrischen Zelle eine Zündspannung zu erzeugen und diese, gegebenfalls über elektronische Glieder verzögert, dem Zündmittel zuzuführen.

Um eine konstante Spannungsgröße zu erreichen, ist es schließlich durch die US-PS 33 63 566 auch bekannt, einer piezoelektrischen Zelle ein Schlagglied zuzuordnen, das unter Federvorsprung steht und in der Ausgangslage durch ein Scherglied gesichert ist. Beim Abschuß- bzw. Aufschlagstoß wird, hier lediglich die Schergliedverriegelung gelöst und die vorgespannte Feder ausgelöst, die sodenn das Schlagglied gegen die piezeoelektrische Zelle schleudert.

Um auch bei seitlichen Stoßen in einer piezoelektrischen Zelle einen zur Zündspannungserzeugung erforderlichen entsprechend hohen Impuls zu erzeugen, ist es schließlich durch die FR-PS 15 64 922 bekannt, in der Zünderspitze einen Kondensor vorzusehen, der die Stoßenergie bündelt und auf eine angrenzende piezoelektrische Zelle lenkt.

Als Schaltglieder zum Anlegen der Zündspannung an das Zündmittel sind neben mechanischen Schaltern auch elektronische Schaltmittel bekannt welche z. B. durch Anlegen einer Steuerung an eine Steuerelektrode betätigbar sind. Eine solche Schalteinrichtung ist in der DE-OS 21 13 126 dargestellt. Nach dem dort dargelegten Vorschlag sollte ein solches Schaltglied einerseits durch einen Spannungsimpuls einer als Aufschlagschalter dienenden piezoelektrischen Zelle, andererseits aber auch, nach Ablauf einer Mindestflugzeit über ein ίο Zeitlaufglied gesteuert in die Einschaltlage gekippt werden, in der es die gespeicherte Zündspannung an das Zündmittel legt

Es bietet stets gewisse Schwierigkeiten, vornehmlich bei Geschoßzündern bis etwa 40 mm 0 die an einen Zünder zu stellenden Bedingungen hinsichtlich Funktionssicherheit mit geringem Aufwand an Raum, Gewicht und Kosten zu realisieren.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, in einem Zünder

vorgenannter Art die vorhandenen Glieder möglichst so auszunutzen, daß nicht nur die Zünderbedingungen hinsichtlich Vorrohrsicherheit, Funktionssicherheit beim Zielaufschlag sowie der Selbstzerlegung sicher erfüllt werden, sondern vor allem, daß der Zünder auch bei extrem flachen Auftreffwinkel £ 15 Grad auf

2ϊ widerstandsarme Ziele wie Flugzeugrümpfe etc. noch sicher anspricht

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß Anspruch 1 die piezoelektrische Zelle derart innerhalb des Zündergehäuseses angeordnet, daß einerseits in an sich bekannter nt Weise beim Zielaufschlag durch eine den Zünder und die piezoelektrische Zelle durchlaufende Schockwelle, andererseits durch die Stoßenergie eines der Zelle benachbarten, unter der Vorspannung einer Feder stehenden, nach Ablauf einer Sollflugzeit über ein i> Hemmwerk ο. dgl. entriegelbaren, auf die Zelle gerichteten Schlaggliedes ein das Schaltglied durchsteuernder elektrischer Schaltimpuls erzeugbar ist.

Als Verriegelungsorgan für das Schlagglied kann eine an sich bekannte, drallgesteuerte Zerlegereinrichtung 4'· dienen.

Ein nach den angeführten Merkmalen aufgebauter Geschoßzünder ist nicht nur hinreichend leicht, wodurch das Geschoß einen möglichst hohen Sprengstoffanteil aufzunehmen vermag, sondern auch absolut ■f» funktionssicher. Er arbeitet selbst bei um mehr als die Hälfte reduzierter Geschoßgeschwindigkeit und bei einem Auftreffwinkel am Ziel von fünf Grad noch einwandfrei.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher w erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den vereinfacht dargestellten Zünder nach der Erfindung in vergrößertem Maßstab,

F i g. 2 eine an sich bekannte Zerlegerplatte entspre- ^r'^r' chend einem Schnitt nach 11-11 in Fig. 1,

F i g. 3 ein Beispiel für die elektrische Schaltung des Zünders.

Nach F i g. 1 ist in einem Hohlraum 3 zwischen einem Zünderkörper 1 und einer Zünderhaube 2 von oben I)" nach unten eine im einzelnen in F i g. 2 besser erkennbare Zerlegerplatte 4 und in einem metellischen Becher 5, von diesem durch einen Isolierkörper 6 getrennt, zwischen zwei Metallplättchen 7, 8 eine piezoelektrische bzw. piezoelektrische Zelle 9 vorgese- ^M hen. An einen Leitbelag 10 des Metallplättchens 8 schließt sich nach unten ein hier nicht im einzelnen dargestellter, eingeschäumter elektronischer Bausatz 11 an. Oberhalb der Zerlegerplatte 4 ist, der piezoelektri-

sehen Zelle 9 benachbart, in einer Bohrung 12 der Zünderhaube 2, axial verschiebbar ein als Stößel ausgebildetes Schlagglied 13 vorgesehen, auf dessen Schaft 14 eine Schraubendruckfeder 15 aufgeschoben ist, die sich nach unten auf einem Rand 16 des Kopfes des Schlaggliedes 13 und nach obea am Grund der Bohrung 12 abstützt.

Unterhalb des Bausatzes 11 bzw. einer Grundplatte 17 ist, wiederum durch einen Isolierkörper 18 vom Becher 5 elektrisch getrennt, eine Metallplatte 19 und darunter *nne größere piezokeramische Zelle 20 vorgesehen, welche auf einer Prallplatte 21 ruht die sich ihrerseits auf einen Metalleinsatz 22 abstützt, der nach unten einen rohrförmigen Ansatz aufweist An der Prallplatte 21 stützt sich von unten, durch eine elastische Zwischenlage 23 getrennt, eine Federhülse 24 ab, auf der eine Schraubendruckfeder 25 steckt. Das untere Ende der Schraubendruckfeder 25 stützt auf dem Rand eines Tellers 26 eines in der Federhülse 24 axial verschiebbar geführten Schaltstiftes 27 ab, der nach unten bis in eine Isolierhülse 28 hineinragt

In einem Ringraum 29 unterhalb des Bechers 5 und um den Schaltstift 27 herum ist eine Fliehbandsicherung angeordnet welche in sich bekannter Weise aus einem Fliehbandwickel 30 aus Metall und Sperrkugeln 31 besteht, die sich auf einer Buchse 32 abstützten, nach außen von einer geschlitzten Fassungshülse 33, dem Fliehbandwickel 30 und einer geschlitzten Außenhülse 34 umschlossen sind und auf denen oben der Teller 26 aufliegt

An den Zünderkörper 1 ist rückseitig mittels eiaes Gewinderings 35 eine Detonatorkapsel 36 mit einem Detonator 37 angeschraubt. Zwischen dem vorgenannten Schaltstift 27 und dem Detonator 37 ist in einer Querbohrung 69 des Zünderkörpers 1 ein Rotor 38 schwenkbar gelagert, welcher wiederum in einer senkrecht zur Rotordrehachse verlaufenden Bohrung ein Zündelement 39 aufweist, das mit seinem metallischen Außenmantel über den Rotor 38 mit dem Zünderkörper 1 in elektrisch leitender Verbindung steht An der Oberseite weist das Zündelement 39 noch einen isoliert eingesetzten, beispielsweise als federnde Halbkugel ausgebildeten Kontaktnippel 40 auf, der in der gesicherten Ausgangslage des Rotors 38 an der leitenden Innenwand des Zünderkörpers 1 ansteht und daher das Zündelement 39 in der Sicherstellung kurzschließt. In der Scharfstellung ragt der Kontaktnippel 40 in die Isolierhülse 28 hinein und steht dem unteren Ende des Schaltstiftes 27 gegenüber. Nach hinten weist der Rotor 38 einen Durchbruch 41 auf, der in Scharfstellung zum Detonator 37 gerichtet ist.

Fig.2 zeigt eine an sich bekannte Zerlegerplatte, bestehend aus der Grundplatte 4, die mit einem Mittendurchbruch 42 entsprechend dem Durchmesser des Schlaggliedes 13 bzw. dessen Randes 16 versehen ist. Um in der Platte 4 befestigte Lagerbolzen 43,44 sind Zangenschenkel 45, 46 schwenkbar angeordnet. Mit Vorsprüngen 47, 48, welche in Ruhelage -im Bund des Schlaggliedes 13 anliegen, ragen die Zangenschenkel 45, 46 in den Verschiebebereich des überstehenden Randes 16 des Schlaggliedes 13. Die beiden Zangenschenkel 45, 46 sind zwischen den Lagerbolzen 45, 44 durch eine Verzahnung 47', 48' im Verhältnis 1 : 1 kinematisch miteinander verbunden. Der Zangenschenkel 45 weist ein gelenkig angefügtes Schwenkglied 49 auf, daß mit einem etwa kreisförmigen Lappen 50 in einen entsprechenden Kreisausschnitt 51 des Zangenschenkels 45 eingreift.

Der Verzahnung 47', 48' gegenüber weisen die Zangenschenkel 45,49,46 einen Verschluß auf, der aus einem Haken 52 am Zangenschenkel 46 und einem Gegenhaken 53 am Schwenkglied 49 des Zangenschenkels 45 besteht Zur Verriegelung ist ferner in einer Einkerbung 54 des Schwenkgliedes 49 noch ein Zylinderwalzenkörper 55 eingelegt der sich in Ruhelage unter der Kraft einer Blattfeder 56 an einer Stirnkante 57 des Hakens 52 abstützt Die Blattfeder 56 ist mit

ίο einem U-förmigen Einschnitt in das Schwenkglied 49 eingesteckt und liegt mit ihrem freien Ende an einem abgeflachten Bolzen 58 an, der in der Platte 4 befestigt ist Die Arbeitsweise dieser an sich bekannten Zerlegerplatte 4 sowie die des durch sie verriegelten Schlaggliedes 13 (F i g. 1) wird später noch erläutert

Statt durch eine piezoelektrische Zelle 20 könnte die Zündspannung auch durch einen an sich bekannten Magnetgenerator erzeugt oder aber beim Abschuß von außen zugeführt werden. Auch die piezoelektrische Zelle 9 könnte als Magnetinduktor ausgebildet sein.

Die elektrische Grundschaltung eines in Fig. 1 dargestellten Geschoßzünders ist in F i g. 3 im Prinzip veranschaulicht.
In an sich bekannter Weise kann die Zündspannung durch die piezoelektrische Zelle 20 in der Spannungs-(= Abschuß-) oder aber in der Entspannungsphase erzeugt werden. In Fig.3 liegt der Zelle 20 ein hochohmiger Ableitwiderstand 64 parallel. In Serie dazu liegt eine Diode 65, welche zu einem Speicherkondensa-

jo tor 66 führt, in dem beispielsweise die in der Abschußphase erzeugte Spannung gespeichert wird. Der während der äußerst kurzen Abschuß- d. h. Ladungszeit über den Widerstand 64 fließende Verluststrom ist vernachlässigbar. In an sich bekannter Weise

j--> könnte statt des Widerstandes auch eine Diode vorgesehen sein, die die Zelle 20 in der Entspannungsphase überbrückt. Zwischen den beiden Polen des Kondensators 66 liegen in Reihe ein elektronisches Schaltglied 67, ein Schalter 40a, bestehend aus dem in

κι F i g. 1 erwähnten Schaltstift 27 und dem Kontaktnippei 40, sowie das elektrische Zündelement 39. Letzteres ist in der Sicherstellung durch den Schalter 406 kurzgeschlossen. An die Steuerelektrode des beispielsweise durch einen Thyristor gebildeten elektronischen Schaltgliedes 67 ist das Sensorglied, nämlich die piezoelektrische Zelle 9 bzw. die Spule eines Magnetgenerators angeschlossen. Ihr liegt ein Widerstand 68 parallel, durch dessen Bemessung die Ansprechempfindlichkeit des Sensorgliedes und damit des Zünders festlegbar ist.

μ Zur Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend die Wirkungsweise der mechanischen Glieder anhand der Fig. 1 und 2, sowie der Schaltung nach Fig. 3 im Funktionsablauf beschrieben:

Beim Abfeuern eines mit dem dargestellten Zünder bestückten Geschosses mit einer V„ von beispw. 1000m/s drückt die Metallplatte 19 (Fig. 1) auf die piezokeramische Zelle 20. Die dabei erzeugte elektrische Energie fließt zu einem kleinen Teii über den Ableitwiderstand 64, der wesentliche Teil jedoch über

so die Diode 65 auf den Speicherkondensator 66. Hat das Geschoß das Waffenrohr verlassen, so hört der Druck auf die Zelle 20 auf, die Restladung an ihr wird, soweit sie licht bereits über den Ableitwiderstand 64 geflossen ist, abgebaut und eine Ladung umgekehrten Potentials

>5 erzeugt, die sich aber mit einiger Verzögerung über den Widerstand 64 ausgleicht. Im Flug besitzt somit nur der Speicherkondensator 66 die beim Abschuß erzeugte, zum späteren Zünden des Zündelements 39 erforderli-

ehe, elektrische Ladung.

Zur Erzielung der erforderlichen Transport- und Vorrohr-Sicherheit ist, wie zu Fig. 1 und 3 bereits erwähnt wurde, das Zündelement 39 vor und während des Abfeuerns des Geschosses von der Zündspannungsquelle (Speicherkondensator 66) nicht nur über das Schaltglied 67, sondern auch über den Schaltstift 27 abgetrennt und über den an der Innenwand der Querbohrung 69 des Zündergehäuses 1 anliegenden Kontaktnippel 40 kurzgeschlossen. Erst durch die Geschoßrotation wird der Rotor 38 — in hier nicht veranschaulichter Weise gegebenfalls durch ein Hemmwerk gebremst — aufgerichtet, so daß der Kontaktnippel 40 in die Isolierhülse 28 einrastet und zum Schaltstift 27 hin ausgerichtet ist.

Weiterhin geht, sobald der axiale Anpreßdruck der Abschußbeschieunigung nachläßt, der Fliehbatidwickel 30 auf und legt sich an die Außenwand des Ringraums 29 an. Nunmehr können auch die Sperrkugeln 31 radial wegfliegen. Die Schraubendruckfeder 25 drückt über den Teller 26 den Schaltstift 27 so weit nach unten, daß dessen Stirnseite auf dem Kontaktnippel 40 aufsitzt. In F i g. 3 ist dies durch den Schalter 40a versinnbildlicht.

Anstelle oder zusätzlich zu den beschriebenen elektromechanischen Sicherungseinrichtnungen kann zur Erzielung der erforderlichen Vorrohr- und Maskensicherheit im elektrischen Schaltteil 11 noch ein bekannter, zwischen dem Speicherkondensator 64 und dem elektronischen Schaltglied 67 vorzusehender, aus einem Umladewiderstand und einem zweiten Kondensator bestehender Umladekreis benutzt werden. Nach dem Aufrichten des Rotors 38 und der Axialverschiebung des Schaltstiftes 27 ist der Zünder mechanisch und elektrisch scharf.

Schlägt nunmehr die Zünderhaube 2 frontal oder unter einem beliebigen, gegebenenfalls extrem flachen Winkel auf das Ziel auf, so läuft die dabei erzeugte Schockwelle durch die piezoelektrische Zelle 9 bzw. den Magnetinduktior und erregt in ihm einen kurzen Spannungsimpuls, der bei einem Auftreffwinkel von fünf Grad und einer Auftreffgeschwindigkeit Va von 420 m/s noch etwa dreißig Volt erreicht, während zum Durchsteuern des elektronischen Schaltgliedes 67 nur etwa zwei Volt erforderlich sind. Vorhergehende und während des Flugs auftretende Störimpulse, wie sie gegebenenfalls beim Auftreffen von Regentropfen und Hagelkörner auf die Zünderhaube 2 entstehen, sowie während des Fluges erzeugte, langsam an- und abschwellende Ladungen des piezoelektrischen Zelle 9 werden jeweils über den Parallelwiderstand 68 ausgeglichen. Nur Stöße einer Mindestintensität pro Zeiteinheit führen tatsächlich zu einem das Schaltglied 67 durchsteuernden Schaltimpuls. 1st, wie vorausgesetzt wurde, der Zünder scharf und wird das Schaltglied 67 durchgeschaltet, so zündet in bekannter Weise das elektrische Zündelement 39 über den in der Detonatorkapsel 36 angeordneten Detonator 37 die Sprengladung des Geschosses.

Fliegt das Geschoß am Ziel vorbei, bzw. fällt die Drehzahl der Geschoßrotation unter eine Sollgrenze ab oder ist die Laufzeit eines Hemmwerkes überschritten, so soll der Zünder Selbsttätig ansprechen, d. h. das Geschoß selbst zerlegen. An sich wäre es möglich, hierzu durch eine Zerlegerplatte bzw. ein Hemmuhrwerk, oder durch andere Verzögerungsmittel das Zündelement 39 entweder direkt mechanisch zu zünden oder aber einen das Schaltglied 67 überbrückenden

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Schalter zu schließen.

In vorliegendem Falle aber soll das beim Zielaufschlag des Zünders erregbare, den Zündschaltimpuls liefernde Sensorglied 9 auch den Spannungsimpuls für die Selbstzerlegung liefern. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zerlegerplatte 4 bzw. der durch sie steuerbaren, aus dem Schlagglied 13 und der auf dessen Schaft 14 angeordneter Schraubendruckfeder 15 bestehenden Impulseinrichtung sei angenommen, daß dem Geschoß im Waffenrohr ein Drall vermittelt werde, der einer Drehzahl von 120 000 Umdrehungen/Minute entspricht. Die Zerlegungseinrichtung soll ihrerseits so eingestellt sein, daß sie den Zünder beim Überschreiten einer Drehzahl von 85 000 Umdrehungen/Minute auslöst. Der Funktionsablauf ist dann etwa folgender:

Durch die Rotation wird auf die Zangenschenkel 45, 46 eine Fliehkraft ausgeübt. Da der Haken 52 des Zangenschenkels 46 den Gegenhaken 53 des Zangenschenkels 45 erfaßt hält, können die Zangenschenkel 45, 46 nicht ausschwingen. Dagegen wird das Schwenkglied 49 entgegen der Kraft der Blattfeder 56 nach außen verschwenkt bis der Gegenhaken 53 ganz am Grund des Hakens 52 anliegt. Sobald durch den Drall die erste kritische Drehzahl erreicht ist, bei der die Fliehkraft am Schwenkglied 49 die Kraft der Blattfeder 56 überwindet, gibt die Einkerbung 54 den Zylinderwalzenkörper 55 frei. Letzterer fliegt nach außen weg und legt sich unter der Fliehkraft an die Wand des Hohlraums 3 an. Bei weiterer Erhöhung der Drehzahl ändert sich der Zustand nicht. Der Haken 52 und der Gegenhaken 53 greifen fest ineinander. Das unter der Kraft der Schraubendruckfeder 15 mit seinem Rand 16 auf den Vorsprüngen 47, 48 ruhende Schlagglied 13 bleibt verriegelt.

Sinkt aber im Verlauf des Fluges die Drehzahl des Geschosses unter eine zweite kritische Drehzahl von beispw. 75 000 Umdrehungen/Minute ab, so überwindet die Kraft der Blattfeder 56 nunmehr die Fliehkraft des Schwenkgliedes 49. Das Schwenkglied 49 wird nach innen zum Schlagglied 13 hin bewegt, die Innenflächen des Hakens 52 und des Gegenhakens 53 gleiten aneinander hoch. Beim Unterschreiten in Fig.2 veranschaulichten Stellung des Hakens 52 sowie des Gegenhakens 53 besteht keine Sperrung mehr, da der Zylinderwalzenkörper 55 — wie oben erwähnt wurde — zuvor bereits herausgerutscht ist. Der Haken 52 und der Gegenhaken 53 werden folglich unter der Kraft der Blattfeder 56 völlig entkuppelt.

Kaum sind die beiden Spitzen des Hakens 52 und des Gegenhakens 53 übereinander hinweggeglitten, so bringt die an den Zangenschenkel 45, 46 angreifende Zentrifugalkraft die Zangenschenkel 45, 46 zum Ausschwingen. Durch die kinematische Verkettung über die Verzahnung 47', 48' werden dabei beide Zangenschenkel 45, 46 gleichermaßen ausgeschwenkt Der Zangenschenkel 45 zieht über das Gelenk 50, 51 am Schwenkglied 49. Dessen Blattfeder 56 gleitet vom Bolzen 58 ab. Die Vorspränge 47,48 geben den Rand 16 des Schlaggliedes 13 frei und unter der Kraft der Schraubendruckfeder 15 wird das Schlagglied 13 gegen das Metallplättchen 7 stoßen.

Dabei wird, in ähnlicher Weise wie beim Aufschlag der Zünderhaube 2 am Ziel, der piezoelektrischen Zelle 9 ein Schaltspannungsimpuls erzeugt, der, dem elektronischen Schaltglied 67 zugeführt, die Zündspannungsquelle (Kondensator 66) auf das Zündelement 39 entlädt und dieses dabei zündet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Schalteinrichtung an elektrischen Geschoßzündern, welche eine, vornehmlich beim Abfeuern des Geschosses aufladbare, elektrische Energiequelle aufweisen, die beim Zielaufschlag oder nach einer Sollflugdauer des Geschosses mittels eines elektronischen Schaltgliedes, in dessen Steuerkreis eine piezoelektrische Zelle liegt auf ein während des Fluges entsicherbares Zündelement entladen wird und dieses dabei zündet dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Zelle (9) derart innerhalb des Zündergehäuses (1,2) angeordnet ist daß einerseits in an sich bekannter Weise beim Zielaufschlag durch eine den Zünder und die piezoelektrische Zelle (9) durchlaufende Schockwelle, andererseits durch die Stoßenergie eines der Zelle (9) benachbarten, unter der Vorspannung einer Feder (15) stehenden, nach Ablauf einer Sollflugzeit über ein Hemmwerk o. dgl. entriegelbaren, auf die Zelle (9) gerichteten Schlaggliedes (13) ein das Schaltglied (67) durchsteuernder elektrischer Schaltimpuls erzeugbar ist

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Verriegelungsorgan für das Schlagglied (13) eine an sich bekannte, drallgesteuerte Zerlegereinrichtung (4) dient.