Elektrischer Zünder für ein Geschoss

Abstract

 Herkömmliche elektrische oder elektronische Zünder für Ge­schosse mit einem elektromagnetischen Generator haben einen zu hohen Stromverbrauch, um Verzögerungszeiten über 15 Sekunden zu gewährleisten, so dass die üblichen mechanischen Zünder nicht oder kaum ersetzt werden können. Es wird nun ein elek­trischer Geschosszünder vorgestellt, der einen einzigen nie­derfrequenten RC-Oszillator und einen Impulszähler aufweist, dessen Ausgänge Steuersignale für die Vorrohrsicherheit, für die Eindringverzögerung und für die Selbstzerlegung von Blind­gängern bereitstellt, wobei Verzögerungszeiten in der Grössen­ordnung von mehreren Minuten problemlos erhalten werden. Ein programmierbar logischer Schaltkreis mit einer Schaltung von logischen Gattern wählt die erwünschten Verzögerungen aus durch Verbinden mit dem zugehörigen Ausgang des Impulszählers, und führt die Steuersignale weiter an den pyrotechnischen Aus­lösemechanismus.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Zünder für ein Ge­schoss mit einem elektrischen Zündgenerator und einem die Zündenergie speichernden Kondensator, an welchem eine Zünd­kette mit einem Einschaltorgan und einer elektronischen Schaltungsanordnung angeschlossen ist, die die Vorrohrsicher­heit, die Eindringverzögerung des Geschosses und dessen Selbstzerlegung überwacht und steuert.

[0002] Es ist ein elektronischer Zünder bekannt, der die Zündenergie des Generators in einem Kondensator speichert und mittels ei­nes Spannungsstabilisators die Schwankungen des Verbraucher­stromes ausgleicht (CH-A5-608 604). Zur Ausübung der ver­schiedenen Funktionen der Vorrohrsicherheit, der Selbst­zerlegung und der Aufschlagverzögerung sind zwei Oszillatoren mit unterschiedlichen Frequenzen vorgesehen, insbesondere von 500 Hz für die Vorrohrsicherheit und von 35 kHz für die Auf­schlagverzögerung. Die beiden Oszillatoren sind je mit einem Zähler verbunden und werden nacheinander eingeschaltet, d.h. zunächst werden die Vorrohrsicherheit und die Selbstzerle­gungszeit mit dem ersten Oszillator abgezählt und hernach wird die Aufschlagverzögerung durch Umschalten auf den anderen Oszillator und Ausschalten des ersten Oszillators abgezählt. Die Schaltung des elektronischen Zünders ist als Fest­körperschaltung, d.h. vor allem mit CMOS-Transistoren, ausge­legt.

[0003] Mit dem obenerwähnten elektronischen Zünder sind wegen des hohen Stromverbrauchs maximale Verzögerungszeiten für die Vorrohrsicherheit, Selbstzerlegung und Aufschlagverzögerung von längstens 15 Sekunden möglich. Ausserdem ist mit der be­schriebenen Schaltung keine eigentliche Selbstzerlegung von Blindgängern gegeben, da die dortige Selbstzerlegung zeitlich zwischen der Vorrohrsicherheit und der Aufschlagsverzögerung eingeordnet ist. Die möglichen Einstellungen der Verzöge­rungszeiten der Geschosszündung sind daher sehr beschränkt, so dass der vorerwähnte elektronische Zünder nur für ganz be­stimmte Munitionsarten geeignet sein kann.

[0004] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen elektri­schen Zünder zu schaffen, der sehr umfassend einsetzbar ist, d.h. für eine grosse Anzahl verschiedener Munitionsarten pro­grammierbar ist. Dies bedingt, dass die elektronische Schal­tung des elektrischen Zünders besonders stromsparend ausgelegt ist, damit Verzögerungszeiten in der Grössenordnung von Minuten erreicht werden können.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem elektrischen Zünder für ein Geschoss dadurch gelöst, dass
- ein einziger niederfrequenter RC-Oszillator einen Impuls­zähler mit einer Impulsfolge beaufschlagt,
- der Impulszähler eine Vielzahl der von der eingehenden Im­pulsfolge abgeleiteten Steuersignale an mehreren Ausgängen bereitstellt, und
- ein programmierbarer logischer Schaltkreis mit einer Schal­tung von logischen Gattern durch Verbinden mit dem zugehö­rigen Ausgang des Impulszählers ein Steuersignal für die Vorrohrsicherheit, ein Steuersignal für die Eindringverzö­gerung und ein Steuersignal für die Selbstzerlegung auswählt und an ein logisches Schaltnetz für den pyrotechnischen Auslösemechanismus weiterführt.

[0006] Die Erfindung beruht auf der grundlegenden Erkenntnis, dass die verschiedenen Steuersignale für die Funktionen der Vor­rohrsicherheit, der Eindringverzögerung und der Selbstzerle­gung durch geeignete Wahl der Oszillatorfrequenz und durch Frequenzteilung alle von einem einzigen niederfrequenten RC-­Oszillator und einem Impulszähler erzeugt werden können. Dies erlaubt eine besonders stromsparende Ausführung und eine ein­ fache Programmierbarkeit der gewünschten Verzögerungssignale, sowie eine hohe Festigkeit gegenüber Stösse und Vibrationen.

[0007] Wegen der hohen Abschussbeschleunigungen sowie Auftreffver­zögerungen von 50'000 g kommen bei den angesprochenen Muni­tionsarten nur elektromagnetische oder piezoelektrische Gene­ratoren mit einem die Zündenergie speichernden Kondensator als Energiequelle in Frage. Aufgrund der erfindungsgemässen, besonders stromsparenden Ausführung des elektrischen Zünders sind dadurch Verzögerungszeiten in der Grössenordnung von 10 Minuten gut reproduzierbar und zuverlässig zu verwirklichen. Damit ist der erfindungsgemässe elektrische Zünder ohne spe­zielle Anpassungen für sehr viele verschiedene Munitionsarten geeignet und lässt sich somit wesentlich kostengünstiger in grossen Serien herstellen.

[0008] Die gemäss Anspruch 2 bevorzugte Oszillatorfrequenz von 300 bis 700 Hz, insbesondere um 500 Hz, ist besonders vorteilhaft und stromsparend für einen RC-Oszillator.

[0009] Die Ausgestaltung des Impulszählers mit D-Flip-Flops nach An­spruch 3 ist besonders geeignet für einen strom- und platz­sparenden Schaltungsaufbau.

[0010] Es hat sich dabei in der Praxis bewährt, den programmierbaren logischen Schaltkreis gemäss Anspruch 4 mit Gruppen von par­allelen UND-Gattern und/oder NAND-Gattern aufzubauen. Eine solche Schaltung lässt die erwünschten Verzögerungen einfach und leicht einstellbar vom Impulszähler ableiten.

[0011] Die integrierte elektronische Schaltung auf CMOS-Basis nach Anspruch 5 minimalisiert den Ruhestrom, so dass die gesamte Schaltungsanordnung einen sehr geringen Stromverbrauch auf­weist und sich deshalb hervorragend eignet. Der Aufbau einer solchen CMOS-Schaltung mit programmierbaren Standardzellen gemäss Anspruch 6 hat den grossen Vorteil, dass sehr kurze Verbindungswege zwischen den elektronischen Bauelementen ent­stehen und somit der Stromverbrauch nochmals reduziert wird.

[0012] Die Eingangsschaltung gemäss Anspruch 7 hat eine sichere An­steuerung des Zündelementes und gleichzeitig eine weitere Stromreduktion zur Folge.

[0013] Der Aufbau mit Flip-Flop-Schaltungen nach Anspruch 8 hat sich dabei in der Praxis besonders gut bewährt.

[0014] Das Gehäuse des elektrischen Zünders nach Anspruch 9 gewähr­leistet eine hohe mechanische Stabilität bei der Abschussbe­schleunigung und beim Aufprall und kann insbesondere bei einem elektrischen Zünder mit einer aus Standardzellen aufgebauten CMOS-Schaltung sehr klein gestaltet werden.

[0015] Die besondere Ausgestaltung des Gehäuses nach Anspruch 10 er­möglicht, die Programmierung des logischen Schaltkreises durch Einlöten von Widerständen und/oder Drahtbrücken erst am Ende der Montage vorzunehmen.

[0016] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­genden Beschreibung. Dort wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher er­läutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Schema der Schaltungsanordnung eines elektri­schen Zünders, und

Fig. 2 das Schema des in Fig. 1 angedeuteten Impulszählers.

[0017] In Fig. 1 sind links verschiedene Funktionen des elektrischen Zünders bezeichnet:
- NVZ ist die Schaltung für eine unverzögerte Zündung und be­steht aus einem NAND-Flip-Flop SR₁, zwei Invertern I₁ und I₂, einem Treiber B₁ und einem Programmierschalter S₁. Der Eingang S des NAND-Flip-Flops SR₁ ist über den Treiber B₁ mit dem Programmierschalter S₁ verbunden und der Ausgang Q ist mit zwei in Serie geschalteten Invertern I₁ und I₂ rückgekoppelt, d.h. mit dem Eingang des Treibers B₁ verbun­den. Andererseits ist der Ausgang Q des NAND-Flip-Flops SR₁ mit einem UND-Gatter A₂ verbunden.
- PIEZO ist die Schaltung für den piezoelektrischen Zündkon­takt, d.h. den Aufschlagkontakt, und besteht aus einem NAND-Flip-Flop SR₂, einem signalspeichernden D-Flip-Flop F₁, zwei Invertern I₃ und I₄ und einem piezoelektrischen Im­pulsgeber PI. Der Eingang des NAND-Flip-Flops SR₂ ist über den Inverter I₃ mit dem piezoelektrischen Impulsgeber PI verbunden, und der Ausgang Q ist über den Inverter I₄ rück­gekoppelt, d.h. mit dem Eingang des Inverters I₃ verbunden. Der Ausgang Q des NAND-Flip-Flops SR₂ ist mit dem Eingang C des D-Flip-Flops F₁ verbunden, dessen anderer Eingang D stets mit einem logischen Eins beaufschlagt ist. Der Ausgang Q des D-Flip-Flops F₁ ist über ein ODER-Gatter O₁ mit UND-­Gatter A₂ verbunden.
- ZK ist die Schaltung für den normalen Zündkontakt und be­steht aus einem NAND-Flip-Flop SR₃, einem D-Flip-Flop F₂, zwei Invertern I₅ und I₆, einem Treiber B₂ und einem Kon­taktschalter K. Der Eingang S des NAND-Flip-Flops SR₃ ist über den Treiber B₂ mit dem an Masse schaltenden Kontakt­schalter K verbunden, und der Ausgang Q ist über die zwei Inverter I₅ und I₆ rückgekoppelt, d.h. mit dem Eingang des Treibers B₂ verbunden. Der Ausgang Q des NAND-Flip-Flops SR₃ ist mit dem Eingang C des D-Flip-Flops F₂ verbunden, dessen Eingang D wiederum an einem logischen Eins angelegt ist. Der Ausgang Q des D-Flip-Flops F₂ ist über das ODER-Gatter O₁ mit UND-Gatter A₂ verbunden.
- PROG ist die Schaltung für die Einstellung der Verzöge­rungszeiten für die Vorrohrsicherheit, für die Eindringver­zögerung und für die Selbstzerlegung und besteht aus den beiden Programmierschaltern S₂ und S₃ mit nachgeschalteten Invertern I₇ und I₈ bzw. I₉ und I₁₀. Die Programmierschalter S₂ und S₃ schalten an die Speisespannung +V. Die Ausgänge der Inverter I₈ und I₁₀ sind mit den Eingängen PROG eines - weiter unten ausführlich beschriebenen - Impulszählers IZ verbunden.
- OSZ ist die Oszillatorschaltung für die Erzeugung der rich­tigen Taktfrequenz und besteht aus den Treibern B₃ und B₄, den Invertern I₁₁ bis I₁₅, den Kondensatoren C₁ und C₂ und dem Widerstand R₁. In einem ersten Zweig der Oszillator­schaltung sind der Inverter I₁₂ der Treiber B₃ und der Wi­derstand R₁ hintereinander geschaltet. In einem zweiten Zweig sind der Inverter I₁₃, der Inverter I₁₁ und der Kon­densator C₁ hintereinander geschaltet, wobei der Ausgang des Inverters I₁₁ über den Kondensator C₂ an Masse gelegt ist. In einem dritten Zweig sind der Inverter I₁₄ und der Treiber B₄ hintereinander geschaltet. Die Enden der Zweige sind miteinander verbunden, wobei der Eingang des Inverters I₁₂ mit dem Ausgang des Inverters I₁₃ verbunden ist. Der Ausgang des Treibers B₄ ist mit dem Eingang des Inverters I₁₃ und einem weiteren Inverter I₁₅, der das Oszillator-signal oder die Taktfrequenz an den Eingang OSZ des Im-pulszählers IZ und an einen Inverter I₂₃ weiterführt, verbunden.
- RESET ist die Schaltung der Rückstellung der Flip-Flop-­Schaltungen und des Impulszählers IZ und besteht aus einem mit Masse verbundenen Inverter I₁₆, zwei an dessen Ausgang verbundenen, in Serie geschalteten Invertern I₁₇ und I₁₈, und einem Ladekondensator C₃ am Ausgang des Inverters I₁₆. Der Ausgang des Inverters I₁₈ ist über ein UND-Gatter A₁ mit den Eingängen R der NAND-Flip-Flops SR₂ und SR₃ verbunden, über einen weiteren Inverter I₁₉ mit den Rückstelleingängen R der D-Flip-Flops F₃ bis F₇ und über einen Inverter I₂₀ mit dem Eingang R des NAND-Flip-Flops SR₁. Der Ausgang des Inverters I₁₉ ist zusätzlich über ein ODER-Gatter O₂ mit dem Rückstelleingang RESET des Impulszählers IZ verbunden.

[0018] Ferner ist in Fig. 1 der Ausgang VS des Impulszählers, der das Verzögerungssignal für die Vorrohrsicherheit liefert, mit dem Eingang C eines D-Flip-Flops F₃ verbunden, dessen Eingang D mit einem logischen Eins beaufschlagt ist. Der Ausgang Q des D-Flip-Flops F₃ ist mit dem Eingang D eines weiteren D-Flip-­Flops F₄ und mit einem EXOR-Gatter X₁ verbunden. Der Eingang C des D-Flip-Flops F₄ ist über dem Inverter I₂₃ mit dem Oszillatorsignal oder der Taktfrequenz beaufschlagt. Der Ausgang Q des D-Flip-Flops F₄ ist mit dem EXOR-Gatter X₁ ver­bunden, dessen Ausgang über einen Inverter I₂₁ mit dem UND-­Gatter A₁ verbunden ist. Zusätzlich ist der Ausgang Q des D-­Flip-Flops F₄ über einen Inverter I₂₂ mit den Rückstellein­gängen R der D-Flip-Flops F₁ und F₂ verbunden. Die nach dem Inverter I₂₃ invertierte Taktfrequenz wird ferner den Eingän­gen C zweier weiterer D-Flip-Flops F₅ und F₆ zugeführt, wobei vor dem Eingang C des D-Flip-Flops F₅ noch ein Treiber B₅ zwischengeschaltet ist. Der Eingang D dieses D-Flip-Flops F₅ ist mit dem Ausgang des ODER-Gatters O₁ verbunden. Der Ausgang Q des D-Flip-Flops F₅ ist einerseits mit einem EXOR-Gatter X₂ verbunden und andererseits mit dem Eingang D des D-Flip-Flops F₆. Der Ausgang Q dieses D-Flip-Flops F₆ ist seinerseits mit dem EXOR-Gatter X₂ verbunden, dessen Ausgang mit dem ODER-­Gatter O₂ in Verbindung steht. Des weiteren ist der Ausgang Q des D-Flip-Flops F₆ mit einem UND-Gatter A₃ verbunden, das zusätzlich mit dem Ausgang VERZ des Impulszählers IZ in Verbindung steht, welcher das Verzögerungssignal für die Eindringverzögerung liefert. Der Ausgang des UND-Gatters A₃ ist mit einem ODER-Gatter O₃ verbunden, das ferner mit dem Ausgang des UND-Gatters A₂ und mit dem Ausgang SZ des Impuls­zählers IZ, welches das Signal für die Selbstzerlegung lie­fert, in Verbindung steht. Der Ausgang dieses ODER-Gatters O₃ ist mit dem Eingang C eines signalspeichernden D-Flip-Flops F₇ verbunden. Der Ausgang Q dieses D-Flip-Flops F₇ ist an ein UND-Gatter A₄ angelegt, das ferner mit dem Ausgang des Inver­ters I₁₈ verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters A₄ ist über einen Treiber B₆ mit dem Gate eines Zündthyristors Th verbunden, dessen Anode über einem niederohmigen Zündelement ZE an der Speisespannung +V und dessen Kathode an Masse an­geschlossen ist. Das Gate des Thyristors Th ist noch über ei­nen Widerstand R₂ mit Masse verbunden.

[0019] In Fig. 2 ist schematisch der Schaltungsaufbau des Impulszäh­lers IZ dargestellt, wobei die Eingänge PROG, OSZ und RESET und die Ausgänge VS, VERZ und SZ mit den Anschlüssen in Fig. 1 übereinstimmen.

[0020] Die zwei Eingänge PROG sind je mit einem Inverter I₂₄ bzw. I₂₅ verbunden. Der obere Eingang PROG ist zusätzlich mit zwei parallelen UND-Gattern A₅ und A₆ verbunden, der untere Eingang PROG mit dem UND-Gatter A₅ und einem parallelen UND-Gatter A₇. Der Ausgang des Inverters I₂₄ ist mit dem UND-Gatter A₇ und einem parallelen UND-Gatter A₈ verbunden, und der Ausgang des Inverters I₂₅ mit den UND-Gattern A₆ und A₈. Somit bilden die vier UND-Gatter A₅ bis A₈ eine erste parallele Gruppe von UND-­Gattern, die in Serie mit zwei weiteren parallelen Gruppen von UND-Gattern A₉ und A₁₂, bzw. A₁₃ bis A₁₆ geschaltet sind, d.h. UND-Gatter A₅ ist mit UND-Gatter A₉ und mit UND-Gatter A₁₃ verbunden, usw.

[0021] Der eigentliche Impulszähler IZ oder Frequenzteiler besteht aus neunzehn D-Flip-Flops F₁₀ bis F₂₈, die folgendermassen miteinander verbunden sind:
Der Eingang C des D-Flip-Flops F₁₀ ist am Oszillatorein­gang OSZ angeschlossen. Der Ausgang Q ist einerseits mit seinem Eingang D verbunden und andererseits mit dem Ein­gang C des nachfolgenden Flip-Flops F₁₁. Der Ausgang Q dieses D-Flip-Flops F₁₁ ist sodann mit seinem Eingang D und mit dem Eingang C des nachfolgenden D-Flip-Flops F₁₂ verbunden, usw.

[0022] Die Rückstelleingänge R dieser D-Flip-Flops F₁₀ bis F₂₈ sind über einen Inverter I₂₉ und einem weiteren Inverter I₂₆, I₂₇ bzw. I₂₈ mit dem Eingang RESET des Impulszählers IZ verbunden. Ausgewählte Ausgänge Q an nachfolgenden D-Flip-Flops sind nun mit den Eingängen der parallelen Gruppen von UND-Gattern A₉ bis A₁₂ bzw. A₁₃ bis A₁₆ verbunden. Insbesondere sind der Ausgang Q von F₁₄ mit A₉, von F₁₅ mit A₁₂, von F₁₆ mit A₁₀, von F₁₇ mit A₁₁, und von F₂₂ mit A₁₃, von F₂₃ mit A₁₄, von F₂₆ mit A₁₅ und von F₂₈ mit A₁₆ verbunden. Die Ausgänge der zwei­ten Gruppe von parallelen UND-Gattern A₉ bis A₁₂ sind über ei­nem ODER-Gatter O₄ zusammengefasst und liefern das Verzöge­rungssignal VS der Vorrohrsicherheit. Die Ausgänge der dritten Gruppe von parallelen UND-Gattern A₁₃ bis A₁₆ sind ebenfalls über einem ODER-Gatter O₅ zusammengefasst und liefern das Selbstzerlegungssignal SZ. Da die Eindringverzögerung für die bekannten Munitionsarten stets gleichbleibend ist - oder bei einer sehr kurzen Verzögerungszeit in der Grössenordnung von 0,2 bis 0,5 ms pyrotechnisch verwirklicht wird - genügt eine einzige Zeitverzögerung. Deshalb ist hier der Ausgang VERZ des Impulszählers IZ stets mit dem Ausgang Q des D-Flip-Flops F₁₇ verbunden.

[0023] Die Funktionsweise des elektrischen Zünders ist nun wie folgt:

[0024] Der Oszillator OSZ liefert am Eingang des Impulszählers IZ ein Oszillatorsignal, hier eine Rechteckimpulsfolge mit einer Frequenz von 500 Hz, und liegt an dem ersten D-Flip-Flop F₁₀ an. Aufgrund der speziellen, oben beschriebenen Schaltung der D-Flip-Flops wird das angelegte Oszillatorsignal verzögert weitergegeben, so dass beim Eingang des zweiten D-Flip-Flops F₁₁ ein Oszillatorsignal mit der halben Frequenz, d.h. 250 Hz, anliegt usw. Die Schaltung der D-Flip-Flops bildet daher auch einen Frequenzteiler. Deshalb ist die Impulsbreite der am Ausgang des D-Flip-Flops F₁₄ anliegenden Impulsfolge 32 msec breit, am F₁₅ 64 msec, am F₁₆ 128 msec, am F₁₇ 256 msec, am F₂₂ 8 Sekunden, am F₂₃ 16 Sekunden, am F₂₆ 128 Sekunden und am F₂₈ 512 Sekunden.

[0025] Je nach Stellung der Programmierschalter S₂ und S₃ liefert eines der UND-Gatter A₅ bis A₈ ein logisches Eins und die an­deren drei UND-Gatter ein logisches Null, d.h. dass eines der UND-Gatter A₉ bis A₁₂ ein logisches Eins liefert, wenn eine positive Flanke der vom zugehörigen D-Flip-Flop erzeugten Rechteckimpulsfolge auftritt. Damit wird die erwünschte Ver­zögerungszeit der Vorrohrsicherheit am Ausgang VZ erzeugt.

[0026] Eine sinngemässe Erklärung gilt für die Gruppe von parallelen UND-Gattern A₁₃ bis A₁₆, wodurch das Verzögerungssignal der Selbstzerlegung am Ausgang SZ erzeugt wird.

[0027] Das Verzögerungssignal der Vorrohrsicherheit wird nun im sig­nalspeichernden D-Flip-Flop F₃ gespeichert, und im D-Flip-Flop F₄ um 1 msec verzögert. Diese beiden Signale werden am EXOR-­Gatter X₁ weitergegeben, dessen Ausgang vor Ablauf der Verzö­gerung ein logisches Eins und nach Ablauf der Verzögerung ein logisches Null abgibt.

[0028] Nach dem Abschuss des Geschosses erzeugt der elektromagneti­sche Generator die Speisespannung +V, wodurch die Rückstell­schaltung wirksam wird. Der innere Widerstand des Inverters I₁₆ ergibt als Pullup-Widerstand eine Spannung über dem Kon­densator C₃, so dass dieser sich auflädt. Sobald die Ansteu­erschwelle des Inverters I₁₇, eigentlich eines Schmitt-Trig­gers, überwunden ist, wird das Rückstellsignal abgeschaltet, was nach einigen µsec zutrifft.

[0029] Sobald die Rückstellung der Flip-Flops von der Rückstell­schaltung RESET vollzogen ist, liegen bei Auftreten einer po­sitiven Flanke des Verzögerungssignals zwei Signale mit einem logischen Eins am UND-Gatter A₁ an, so dass die Signale der Einschaltorgane PIEZO und ZK weitergegeben werden können, d.h. diese werden in dem speichernden D-Flip-Flop F₁ bzw. F₂ gespeichert und im NAND-Flip-Flop SR₂ bzw. SR₃ rückgekoppelt. Diese Rückkopplung bewirkt, dass die angelegte Eingangsspan­nung unterdrückt wird und dass kein Strom mehr durch den Zünd­kontaktschalter K bzw. durch den piezoelektrischen Impulsgeber PI fliesst. Die Rückkopplung selbst lässt sich anhand des Bei­spieles für den Zündkontakt wie folgt erklären:

[0030] Der innere Widerstand des Inverters I₅ wirkt als Pullup-Wi­derstand für den Zündkontaktschalter K. Liegt nun ein Kurz­schluss am Schalter K an (Zündereignis), so wird über den Treiber B₂ das NAND-Flip-Flop SR₃ gesetzt und das Signal über dessen Q-Ausgang am D-Flip-Flop F₂ weitergeschoben. Sobald das NAND-Flip-Flop SR₃ gesetzt ist, wird über den Ausgang Q der Inverter I₆ angesteuert und der innere Widerstand oder Pullup-­Widerstand vom Inverter I₅ invertiert, d.h. zu einem Pulldown-­Widerstand. Damit wird aber der am piezoelektrischen Impulsge­ber PI anliegende Kurzschluss überbrückt, d.h. unwirksam ge­macht, so dass kein Strom mehr durch den Impulsgeber PI fliesst.

[0031] Diese Schaltung mit einem impulsgesteuerten Speicherelement (D-Flip-Flop F₂) und einem gegengekoppelten Steuerelement (NAND-Flip-Flop SR₃) bewirkt deshalb, dass die positive Schaltflanke eines angelegten Impulssignals gespeichert und anschliessend der Stromverbrauch reduziert wird. Das impuls­gesteuerte Steuerelement oder D-Flip-Flop F₂ dient gleichzei­tig zur Unterdrückung von möglichen transienten Störsignalen.

[0032] Das Ausgangssignal des F-Flip-Flops F₁ bzw. F₂ wird nun über das ODER-Gatter O₁ auf das UND-Gatter A₂ geführt. Von der Schaltung für eine unverzögerte Zündung NVZ folgt nun bei­spielsweise ein positives Signal, so dass das Ausgangssignal an das ODER-Gatter O₃ weitergeführt im D-Flip-Flop F₇ gespei­chert und über das UND-Gatter A₄ auf den Treiber B₆ geführt wird, der das Gate des Zündthyristers Th ansteuert, wodurch eine Zündung der Munition erfolgt. Bedingung dazu ist, dass am UND-Gatter A₄ ein Nicht-Rückstellsignal vom Inverter I₁₈ an­liegt.

[0033] Ist jedoch eine Verzögerung erwünscht, so wird das UND-Gatter A₂ von der Schaltung NVZ gesperrt, wodurch das Ausgangssignal des D-Flip-Flops F₁ bzw. F₂ an den D-Eingang des D-Flip-Flops F₅ anliegt. Am Eingang C dieses Flip-Flops F₅ liegt die in­vertierte Rechteckimpulsfolge des Oszillators an, wodurch das Signal am D-Eingang erst nach einer Verzögerung von 1 msec. an den D-Eingang des Flip-Flops F₆ weitergegeben wird. Mit dem EXOR-Gatter X₂ wird festgestellt, ob ein Ausgangssignal eines Einschaltorgans PIEZO oder ZK vorliegt, welches dann die Rück­stellung des Impulszählers IZ bewirkt, so dass die Zeitverzö­gerung für beispielsweise die Eindringverzögerung von neuem zu laufen beginnt. Liegt nun das Verzögerungssignal des Ausgangs VERZ des Impulszählers IZ und das Ausgangssignal des Q-Aus­gangs des Flip-Flops F₇ gleichzeitig am UND-Gatter A₃ an, so wird ein positives Zündsignal abgegeben und die Zündung der Munition bewirkt.

[0034] Letztendlich, wenn kein - verzögertes oder unverzögertes - Zündsignal von einem der Kontaktorgane PIEZO oder ZK vorliegt, erfolgt ein Selbstzerlegungssignal, das nach einer längeren Zeitdauer in der Grössenordnung von Minuten eine Zündung der Munition bewirkt. Damit besteht keine Gefahr mehr, dass Blind­gänger nach Jahren noch detonieren können, was vor allem für Übungsmunition von grosser Bedeutung ist.

[0035] Es versteht sich, dass auch andere ähnliche Ausführungen der elektronischen Schaltungsanordnung möglich sind, die die oben beschriebenen Verzögerungen ergeben. Insbesondere kann der programmierbare logische Schaltkreis mit den Gruppen von UND-­Gattern auch mit Gruppen von NAND-Gattern aufgebaut sein.

[0036] Die oben beschriebene Schaltungsanordnung wurde mit einem kundenspezifisch integrierten Schaltkreis PACMOS IID von RCA realisiert. Dieser Schaltkreis besteht aus Blöcken von Stan­dardzellen auf CMOS-Basis, welche mittels eines Computerpro­grammes gemäss dem entworfenen Schaltungsschema miteinander verbunden werden. Diese Art von integrierten Schaltungen haben besonders kurze Verbindungswege und erlauben daher einen kompakten Aufbau in einem sehr kleinen Gehäuse. Damit ist der obige elektrische Zünder sowohl für Artilleriegeschosse, Mör­sergeschosse, Geschosse ab Helikopter- oder Flugzeugbordwaffen als auch für Panzerabwehr-Raketen, Flugabwehr-Geschosse und Flugkörper geeignet.

[0037] Das Gehäuse des elektrischen Zünders hat zusammen mit dem py­rotechnischen Auslösemechanismus einen Durchmesser von 20 mm und eine Höhe von 10 mm. Es besteht aus einer hochfesten, elektrisch leitenden Metallegierung, wie beispielsweise Ti Al 6V4, und besitzt somit einen ausgezeichneten Schutz gegen elektromagnetische Fremdstrahlungen wie elektromagnetische oder nuklear-elektromagnetische Pulse (EMP oder NEMP). Die in Fig. 1 dargestellte Zündschaltung ist gesamthaft in dem Ge­häuse untergebracht - mit Ausnahme des piezoelektrischen Im­pulsgebers PI und des Zündkontaktschalters K - und wird mit einem Giessharz eines hochfesten Kunststoffes, wie beispiels­weise mit dem Harz CY 223, dem Härter Hy 842 und Microdol als Füllstoff (Ciba Geigy), in das Gehäuse eingegossen.

[0038] Der derart hergestellte elektrische Zünder weist daher eine sehr hohe mechanische Stabilität auf, und widersteht problem­los Abschussbeschleunigungen und Aufprallverzögerungen von bis zu 50'000 g. Die Zuverlässigkeit des obigen elektrischen Zün­ders mit RC-Oszillator ist wesentlich grösser als bei einem herkömmlichen Zünder mit einem üblichen Quarz-Oszillator. Praktische Schlagprüfungen mit einer Amplitude von 600 g bei einer Anstiegszeit von 3 msec. und einer ebensolchen Abfall­zeit auf 0 g haben in sechs verschiedenen Lagen die volle Funktionstüchtigkeit bewiesen ( Vorschrift MIS-33158E ). Auch Vibrationsprüfungen in drei verschiedenen Achsrichtungen konn­ten die Funktion des Zünders nicht beeinträchtigen. Dazu wurde in einer ersten Prüfung die Frequenz der angewandten sinusför­migen Vibrationen von 600 Hz auf 900 Hz bei einer Auslenkung von 0.0254 mm ( 1/1000 Zoll ) gleichmässig erhöht. Die Prü­fungsdauer betrug 3 Minuten und 40 Sekunden je Achse. In einer zweiten Prüfung wurde die Frequenz von 40 Hz auf 312 Hz bei einer konstanten Beschleunigung von 5 g gleichmässig erhöht, sodann gleichzeitig die Frequenz auf 1161 Hz und die Beschleu­nigung auf 75 g gleichmässig erhöht, und dann wurde die Fre­ quenz bei konstanter Beschleunigung von 75 g auf 2000 Hz gleichmässig erhöht. Die Prüfungsdauer betrug 10 Minuten je Achse.

Ansprüche

1. Elektrischer Zünder für ein Geschoss mit einem elektri­schen Zündgenerator und einem die Zündenergie speichernden Kondensator, an welchem eine Zündkette mit einem Ein­schaltorgan und einer elektronischen Schaltungsanordnung angeschlossen ist, die die Vorrohrsicherheit, die Ein­dringverzögerung des Geschosses und dessen Selbstzerlegung überwacht und steuert, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein einziger niederfrequenter RC-Oszillator (OSZ) einen Impulszähler (IZ) mit einer Impulsfolge beaufschlagt,
- der Impulszähler (IZ) von der eingehenden Impulsfolge ab­geleiteten Steuersignale an mehreren Ausgängen bereit­stellt, und
- ein programmierbarer logischer Schaltkreis (PROG) mit ei­ner Schaltung von logischen Gattern durch Verbinden mit dem zugehörigen Ausgang des Impulszählers (IZ) ein Steu­ersignal für die Vorrohrsicherheit, ein Steuersignal für die Eindringverzögerung und ein Steuersignal für die Selbstzerlegung auswählt und an ein logisches Schaltnetz für den pyrotechnischen Auslösemechanismus weiterführt.

2. Elektrischer Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass der niederfrequente Oszillator (OSZ) eine Fre­quenz in einem Bereich von 300 bis 700 Hz, insbesondere von 500 Hz, aufweist.

3. Elektrischer Zünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, dass der mit mehreren Ausgängen versehene Impulszähler (IZ) aus einer Anzahl von aufeinanderfolgen­den D-Flip-Flop-Schaltungen (F₁₀ bis F₂₈) besteht.

4. Elektrischer Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, dass der programmierbare logische Schaltkreis im wesentlichen aus Gruppen von parallelen UND-Gattern und/oder NAND-Gattern (A₉ bis A₁₂; A₁₃ bis A₁₆) besteht, welche Gruppen einerseits mit den zugehöri­gen Ausgängen des Impulszählers (IZ) für die Vorrohrsi­cherheit, für die Eindringverzögerung und für die Selbst­zerlegung verbunden sind und andererseits mit einer glei­chen Gruppe von UND-Gattern und/oder NAND-Gattern (A₅ bis A₈) in Serie geschaltet sind, welche die möglichen logi­schen Verknüpfungen der von den ausgewählten Steuer-signa­len abhängigen, an ihrem Eingang angelegten Spannungen bildet.

5. Elektrischer Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltungs­anordnung eine integrierte elektronische Schaltung auf CMOS-Basis ist.

6. Elektrischer Zünder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­net, dass die integrierte elektronische Schaltung aus programmierbaren Standardzellen bildenden Blöcken auf CMOS-Basis besteht.

7. Elektrischer Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­durch gekennzeichnet, dass die Eingangsschaltung des Ein­schaltorgans (PIEZO, ZK) ein impulsgesteuertes Speicher­element (F₁; F₂) mit einem gegengekoppelten Steuerelement (SR₂; SR₃) aufweist, das das angelegte Einschaltsignal nach der Ansteuerung des Speicherelementes vollständig un­terdrückt.

8. Elektrischer Zünder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­net, dass das impulsgesteuerte Speicherelement eine D-­Flip-Flop-Schaltung (F₁; F₂) ist und das gegengekoppelte Steuerelement im wesentlichen eine NAND-Flip-Flop-Schal­ tung (SR₂; SR₃) mit einem Inverter (I₄; I₆) als Rückkopp­ler ist.

9. Elektrischer Zünder nach einem der vorangehenden Ansprü­che, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse einer hoch­festen, elektrisch leitenden Metallegierung vorgesehen ist, in welchem der elektrische Zünder mittels eines Giessharzes aus hochfestem Kunststoff eingegossen ist.

10. Elektrischer Zünder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­net, dass das Gehäuse zunächst im Bereich des program­mierbaren Schaltkreises (PROG) von aussen zugänglich aus­gestaltet ist.

Zeichnung