[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Initiierung eines Wirksystems
, umfassend wenigstens einen Sensor im Bereich der Sprengladung und/oder im Bereich
wenigstens einer Zündeinrichtung für die Sprengladung des Wirksystems, sowie eine
Steuerungseinrichtung zur Auswertung der Sensor-Ausgangssignale welche mit wenigstens
einer Zündeinrichtung nach Maßgabe der Auswertung steuernd verbunden ist
Für eine flexible Leistungssteuerung wurden bereits skalierbare Wirksystemkonzepte
vorgeschlagen, deren kompaktes Zündsystem zwei Zündkreise und zwei pyrotechnische
Ausgänge vereint, die mit einer Zeitsteuerung verknüpft werden können. Damit lassen
sich verschiedene Wirkmodi realisieren, von der kontrollierten Deflagration als minimaler
Wirkung über zeitlich versetzte, kombinierte Reaktionsmechanismen als Zwischenwirkungen
bis hin zur klassischen Detonation mit der maximalen Wirkung. Durch diese räumliche
Kombination von Deflagrator und Detonator in einem kompakten Zündsystem ergeben sich
zahlreiche praktische und operative Vorteile.
[0002] Es sind bereits Sensoren bekannt geworden, die den Verlauf einer Deflagrationsfront
in der Sprengladung eines derartigen Wirksystems erfassen und auswerten können. Die
DE 10 2012 006 044 B3 beschreibt ein derartiges Verfahren und eine dazu geeignete Vorrichtung, mit deren
Hilfe nach der Initiierung einer Deflagration der Sprengladung auch der Zündzeitpunkt
einer weiteren Zündkette ermittelt werden kann.
[0003] Aus der Anwendung eines solchen Wirksystems ergeben sich spezifische Anforderungen
an das Zündsystem, um bei Anwahl eines subdetonativen Wirkmodus mit hoher Funktionszuverlässigkeit
sicherzustellen, dass es zumindest zu keiner stärkeren Umsetzung der Sprengladung
als der gewählten kommt. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn der Deflagratorzündkreis
versagt oder aus anderen Gründen die Einleitung der Deflagrationsreaktion nicht erfolgt
und der zeitlich versetzte Detonatorzündkreis die detonative Umsetzung der Sprengladung
einleitet. Dies würde dann zur maximalen oder wenigstens einer höheren Leistung als
beabsichtigt führen. Damit wären dann eigene Truppen in der Nähe gefährdet oder unbeabsichtigte
Begleitschäden an Nichtkombattanten oder Gebäuden die Folge.
[0004] Weniger kritisch sind dabei Fälle, bei denen der Detonatorzündkreis versagt, was
zur minimalen Wirkung führt, oder wenn beide Zündkreise versagen. Während der erste
Fall aus operativer Sicht akzeptabel sein dürfte, resultiert letzter Punkt in einem
Versager mit einer nicht umgesetzten Sprengladung. Um die Eintrittswahrscheinlichkeit
eines solchen Ereignisses gering zu halten, ist wie bisher durch das Zündsystemdesign
und entsprechende Bauteilauswahl Rechnung zu tragen. Zudem wird dies in der Praxis
gegenüber einer höheren Leistung als beabsichtigt grundsätzlich zu bevorzugen sein.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Funktionssicherheit
des Zündsystems gegenüber bisher Bekanntem mit Hilfe geeigneter Maßnahmen nach einer
ausbleibenden subdetonativen Reaktion wie beispielsweise einer Deflagration zu erhöhen.
[0006] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass wenigstens ein Sensor
am Ausgang einer ersten Zündeinrichtung für die subdetonative Initiierung der Sprengladung
angeordnet ist, dass die Steuerungseinrichtung mit einer weiteren Zündeinrichtung
verbunden ist und diese nach Maßgabe des vom Sensor gelieferten und in der Steuerungseinrichtung
bewerteten Signals frei gibt oder sperrt, und dass wenigstens ein Sensor für die Erfassung
von Druck, Temperatur, Licht, elektrischer Strom oder Änderung mechanischer Zustände
ausgelegt ist.
[0007] Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren
abhängigen Ansprüchen beschrieben.
[0008] Die Vorteile des Vorschlags bestehen darin, dass die Funktionszuverlässigkeit des
Zündsystems sowohl schaltungstechnisch als auch durch geeignete Auswahl der elektrischen
Bauteile und der One-Shot-Devices wie Detonatoren und EFIs (Exploding Foil Initiator)
beeinflusst werden kann. Im Fall eines kompakten Zündsystems mit zwei Zündkreisen
ergeben sich hieraus weitere Maßnahmen, um eine Auslösung des Detonators bei Versagen
des Deflagrators und somit dem Ausbleiben der Deflagrationsinitiierung zu unterdrücken.
Neben dem Ausbleiben der Deflagration der Wirkladung könnte auch eine vorzeitige Detonation
zu einer stärkeren Ausgangsleistung führen. Die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen
konzentrieren sich allerdings in erster Linie auf den ersten Fall.
[0009] Hierzu können Maßnahmen wie die Verschaltung des Minimummodus als Standardeinstellung
nach Schärfung des Zündsystems, eine redundante Auslegung des Deflagrators mit Hochspannungszündkreisen
und pyrotechnischen Ausgängen oder auch eine räumliche Separierung der Hochspannungszündkreise
von Deflagrator und Detonator beitragen.
[0010] Vorausgesetzt wird auch, dass geeignete Maßnahmen getroffen werden, um eine sympathetische
Initiierung und / oder elektrische Triggerung zwischen Deflagrator und Detonator zu
verhindern. Dies kann durch das Zündsystemdesign und geeignete Materialauswahl für
entsprechende Barrieren zur Schockdämpfung erfolgen. Das Risiko des elektrischen Übersprechens
kann schaltungstechnisch durch die Trennung der elektrischen Energieversorgung und
durch Masseverbindungen sowie Isolatoren wie Optokopplern zwischen Niedrig- und Hochspannungsteil
des Zündsystems verringert werden.
[0011] Demgegenüber kann ein Sensor, der das pyrotechnische Ereignis der deflagrativen Umsetzung
der Sprengladung anhand geeigneter physikalischer Größen detektiert, zu einer weiteren
Verbesserung der Zuverlässigkeit von Zündsystem und Wirkteil führen. Durch Verknüpfung
des Sensors mit der Kontrolleinheit des Zündsystems, in der sich auf die Zeitsteuerungslogik
für die Wirkmodi befindet, wird erst nach positiver Detektion des Deflagrationsereignisses
der Detonator freigegeben und ausgelöst.
[0012] Als Messeinrichtung können Druck-, Temperatur-, optische oder elektrische Sensoren
oder Sensoren, die die Änderung mechanischer Zustände detektieren, zum Einsatz kommen.
Diese Sensoren können auch mit einem Entlüftungskanal zur Druckentlastung nach Initiierung
der subdetonativen Reaktion kombiniert werden.
[0013] Die Messeinrichtung lässt sich vorteilhaft damit kombinieren, dass der Hochspannungskreis
für den Detonator erst scharf geschaltet und mit Spannung versorgt wird, sobald das
Deflagrationsereignis positiv sensiert wurde. Auch können die Hochspannungszündkreise
für Deflagrator und Detonator mit dem Hochspannungskonverter in einer Master-Slave-Anordnung
verschaltet sein.
[0014] Durch derartige Maßnahmen lässt sich schließlich die Funktionszuverlässigkeit erhöhen,
um eine höhere Leistung des Wirksystems als ursprünglich angewählt oder beabsichtigt
zu verhindern. Sie bieten zudem den Vorteil, dass sie sich entweder direkt im oder
in räumlicher Nähe des Zündsystems ausführen lassen.
[0015] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren der Zeichnung dargestellt
und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1:
- ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 2:
- eine mögliche Anordnung der Baugruppen im Bereich der Zündeinrichtungen.
[0016] In der Figur 1 ist schematisch vereinfacht ein Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß
der Erfindung dargestellt. Ein Hochspannungsnetzteil HS-NT versorgt nicht nur die
Steuerungseinrichtung ZS-ST für das Zündsystem, sondern auch beide Zündsysteme ZS-A
und ZS-B, die EFI's EFI und die Zündketten ZK-A und ZK-B.
[0017] Die Steuerungseinrichtung ZS-ST führt diverse Aufgaben im Rahmen der sicheren Zündauslösung
oder der Reduzierung von Gefahren im Fall einer Fehlfunktion bei der subdetonativen
Initiierung der Sprengladung aus.
[0018] Hier wird zum einen die zeitlich gesteuerte Verteilung von elektrischer Energie in
Form von Niederspannung und Hochspannung zur Versorgung der Baugruppen durchgeführt.
Von hier werden zum anderen Steuersignale an alle beteiligten Baugruppen gesendet
und die von dort empfangenen Antworten ausgewertet.
[0019] In der Steuerungseinrichtung ZS-ST wird das Ausgangssignal des Sensors ZK-A-Ü ausgewertet,
welcher die Funktion der ersten Zündkette ZK-A überwacht. Erst wenn die einwandfreie
Funktion dieser Zündkette bestätigt wird erzeugt die Steuerungseinrichtung ein Freigabesignal
für das weitere Zündsystem ZS-B und die weitere Zündkette ZK-B. Fällt eine der Baugruppen
mit Fehlfunktion aus wird die detonative Initiierung der Sprengladung konsequent verhindert.
[0020] Die Skizze in Figur 2 stellt stark vereinfacht die örtliche Lage der Baugruppen in
einer möglichen Ausführungsform eines Zündsystems gemäß der Erfindung dar. Im zentralen
Bereich der etwa zylindrischen Gesamtanordnung befinden sich die bereits genannten
Baugruppen der Zündeinrichtungen. Rechts ist die Stromversorgung HS-NT erkennbar,
daneben die Steuerungseinrichtung ZS-ST. Weiter nach Links folgen nacheinander die
verschiedenen Intensitätsstufen der beiden Zündketten. Ganz links wäre die nicht dargestellte
Sprengladung platziert.
[0021] Zur Druckentlastung bei der Initiierung sind um die zentral angeordneten Baugruppen
Entlüftungskanäle angeordnet, die auf der rechten Seite in die freie Umgebung münden.
Beispielhaft wurde dort der Sensor ZS-A-Ü platziert, der die ordnungsgemäße Funktion
der Zündkette ZK-A detektiert und dies an Steuereinheit ZS-ST meldet. Erst dann wird
das zweite Zündsystem ZS-B und die dazugehörige Zündkette ZK-B freigegeben.
Vorrichtung zur Überwachung einer Zündeinrichtung
[0022]
Bezugszeichenliste:
Bezugszeichen |
Beschreibung |
ZK-A-U |
Überwachung der ersten Zündkette (Watchdog) |
ZS-ST |
Steuerunqseinrichtung Zündsystem |
HS-NT |
Hochspannunqsnetzteil |
ZS-A |
Erstes Zündsystem (Master) |
ZS-B |
Weiteres Zündsystem (Slave) |
ZK-A |
Erste Zündkette (Master) |
ZK-B |
Weitere Zündkette (Slave) |
EFI |
Exploding Foil Initiator |
1. Vorrichtung zur Überwachung der Initiierung eines Wirksystems , umfassend wenigstens
einen Sensor im Bereich der Sprengladung und/oder im Bereich wenigstens einer Zündeinrichtung
für die Sprengladung des Wirksystems, sowie eine Steuerungseinrichtung zur Auswertung
der Sensor-Ausgangssignale, welche mit wenigstens einer Zündeinrichtung nach Maßgabe
der Auswertung steuernd verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Sensor am Ausgang einer ersten Zündeinrichtung () für die subdetonative
Initiierung () der Sprengladung () angeordnet ist,
dass die Steuerungseinrichtung () mit einer weiteren Zündeinrichtung () verbunden ist
und diese nach Maßgabe des vom Sensor gelieferten und in der Steuerungseinrichtung
bewerteten Signals frei gibt oder sperrt,
dass wenigstens ein Sensor für die Erfassung von Druck, Temperatur, Licht, elektrischer
Strom oder Änderung mechanischer Zustände ausgelegt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung auf die Zündkreise für die subdetonative Initiierung und/oder
die detonative Initiierung einwirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung mit wenigstens einem Detektor für Umweltbedingungen verbunden
ist und das Sperr- oder Freigabesignal dahingehend korrigiert werden kann
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Sensoren physikalische Effekte einer subdetonativen Initiierung
detektiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Sensoren in oder in der Nähe eines Entlüftungskanals angeordnet
ist, der von der Zündeinrichtung für die subdetonative Initiierung zur Druckentlastung
in die freie Umgebung führt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungskreis für die weitere Zündeinrichtung erst nach Sensierung der anlaufenden
subdetonativen Reaktion scharf geschaltet und mit Spannung versorgt und/oder für die
Zündung freigegeben wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerungseinrichtung die Detektion einer subdetonativen Reaktion als Grundeinstellung
wählbar ist oder dass der Zündkreis für diese Reaktion unabhängig vom gewählten Wirkmodus
des Wirksystems immer zuerst anwählbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung mit mindestens zwei Hochspannungszündkreisen verbunden
ist und/oder mindestens zwei Zündeinrichtungen vorhanden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung mit dem Hochspannungszündkreis für die erste Zündeinrichtung
für die Initiierung der subdetonativen Reaktion verbunden ist und dann in Master-Slave-Funktion
der Hochspannungszündkreis für die weitere Zündeinrichtung für die detonative Initiierung
nachgeschaltet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schock dämpfende Barriere zwischen der ersten und der weiteren Zündeinrichtung
angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor einen Temperaturfühler enthaltend Manganin aufweist.