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Verfahren und Schaltungsanordnung zum Programmieren eines elektronischen
Kurzzeitgebers, insbesondere eines elektronischen Laufzeitzünders.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
zum Programmieren eines elektronischen Kurzzeitgebers, insbesondere eines Laufzeitzünders,
welcher einen Impulsgenerator vorgegebener Frequenz sowie einen durch die Impulse
angesteuerten und zuvor auf eine der gewflnschten Verzögerungszeit entsprechende
Impulszahl einzustellenden elektronischen Zähler aufweist welcher beim Erreichen
eines vorgegebenen Zählerstandes ein Schaltsignal, im Falle eines Zünders das Zündsignal
liefert. Wenn auch die Erfindung im folgenden anhand eines elektronischen Laufzeitzunders
beschrieben wird, so ist doch offensichtlich, daß sie mit den gleichen Vorteilen
bei anderen elektronischen Kurzzeitgebern eingesetzt werden kann, wie sie beispielsweise
für Schaltvorgange in Raketen, Satelliten oder sonstigen Flugkörpern> Anwendung
finden.
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Ein Kurzzeitgeber hat die Aufgabe, nach einer bestimmten,genau definierten
Verzögerungszeit einen Schaltvorgang auszulösen.
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Ein Laufzeitzünder soll beispielsweise nach der Verzögerungszeit die
Zündung eines Gefechtskopfes einleiten. Die Vorteile elektronischer Kurzzeitgeber
und taufzeitztinder liegen insbesondere in ihrem geringen Gewicht, kleinen Abmessungen,
und der ausschließlichen Verwendung bes chleunigungs empfindlicher Bauteile.
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Sie lassen sich wesentlich leichter programmieren, d.h. auf eine bestimmte
den jeweiligen Gegebenheiten wie Zielentfernung, Rohrerhöhung und Munitionsart angepaßte
Verzögerungszeit einstellen als mechanische Verzögerungseinrichtungen.
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Diese Programmierung kann unmittelbar vor dem Abschuß über zeitungen
drahtlos oder durch Datenfernübertragung erfolgen.
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Hierdurch wird der Zünder vielseitiger im Einsatz.
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Die Programmierung erfolgt nach folgendem Verfahren; In den Zähler,
welcher eine genaue definierte Zählkapazität hat, wird je nach der gewUnschten Verzögerungszeit
eine bestimmte Anzahl von Impulsen eingegeben. Die einlaufenden Impulse werden über
eine Impulsformerschaltung den Eingangsdaten des Zählers angepaßt. Gleichzeitig
wird über eine Torschaltung der Programmiereingang nur während der Programmierphase
freigegeben, so daß beim Abschuß keine Störimpulse in den Zähler gelangen können.
Da der Zähler bei Beginn der Programmierung in einer definierten Lage, z.B. auf
Null stehen muß, werden vor der programmierung solange Impulse eingegeben, bis am
Ausgang des Zählers ein Überlaufimpuls erscheint, d.h.
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der Zähler auf Null steht. Nun kann entweder sofort die eigentliche
Programmierung erfolgen, oder der Zähler wird nochmals vollgezählt, um hierdurch
die Zählkapazität vor dem Abschuß zu überprüfen. Anschließend erfolgt dann die Programmierung,
wobei in den Zähler eine solche Anzahl von Impulsen eingegeben und damit der Zählerstand
derart eingestellt wird, daß nach dem Abschuß aus dem Impulsgeber des Zünders gerade
soviel Impulse bis zum Erreichen des Höchststandes des Zählers und damit zur Abgabe
eines Uberlauf- oder Schaltimpulses einlaufen müssen.
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wie der gewünschten Verzögerungszeit unter Berücksichtigung der Frequenz
der Oszillatorimpulse entspricht. Beim Abschuß schwingt der Oszillator an und liefert
an den Zähler eine Rechteckspannung von beispielsweise 10 Hz, welche den Zähler
bis zum höchstmöglichen Zählerstand ausfüllt und zu diesem Zeitpunkt einen Überlaufimpuls
entstehen läßt> welcher das Zündmittel auslöst. Wird beispielsweise ein Zähler
mit einer Zählkapazität von 1000 bit verwendet, und arbeitet der Impulsgenerator
auf einer Frequenz von 10 Hz, so wird eine Verzögerungszeit von beispielsweise
28,2
sek. nach dem Auftreten von 282 Oszillatorimpulsen erreicht. Um den Zünder nach
28,2 sek. ansprechen zu lassen, werden im vorliegenden Fall also 1000 - 282 = 718
Impulse eingegeben, so daß der Zähler während der Laufzeit mit 282 Impulsen aufgefüllt
wird.
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Die Zeitgenauigkeit eines solchen Zünders hängt direkt von der zeitlichen
Konstanz der Oszillatorfrequenz ab, d.h. man muß einen relativ großen Aufwand für
den Abgleich und die Stabilisierung des Oszillators, insbesondere hinsichtlich Temperatur-
und Betriebsspannungsschwankungen treiben, wobei zu berücksichtigen ist, daß das
mit dem Zünder ausgestattete Geschoß bei. recht unterschiedlichen Temperaturen einsatzfähig
sein und der Zünder trotzdem genau arbeiten muß und darüberhinaus auch die der Stromversorgung
des Zünders dienende Miniaturbatterje in ihrer Leistungsabgabe sowohl von der Temperatur
als auch gegebenenfalls von der Lager- und Betriebsdauer abhängt Aufgabe der Erfindung
ist es deshalb, ein Programmierverfahren zu finden, welches Abweichungen der Impulsfolgefrequenz
des im Kurzzeitgeber vorhandenen Impuls generators selbsttätig kompensiert, so daß
für den Kurzzeitgeber selbst, insbesondere einen Zünder, ein möglichst einfacher
und auf Kompensationsmaßnahmen weitgehend verzichtender Aufbau gewählt werden kann.
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Darüberhinaus soll das Programmierverfahren eine genaue Programmierung
gewährleisten und mit möglichst geringem Schaltungsaufwand durchführbar sein. Es
wird angestrebt, sowohl im Kurzzeitgeber selbst, als auch in dem zumeist transportablen
Programmiergerät weitgehend integrierte Schaltungen einzusetzen5 von denen bekannt
ist, daß sie neben hoher Zuverlässig-.
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keit und geringem Preis die geringsten räumlichen Abmessungen haben
und damit den bei Kurzzeitgebern für Flugkörper gegebenen Raum- und Gewichtsbeschränkungen
in idealer Weise Rechnung tragen.
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Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
unmittelbar vor dem Einsatz des Kurzzeitgebers die Frequenz des Impulsgenerator3
gemessen und der Zähler auf einen sowohl von der gemessenen Generatorfrequenz als
auch vorder gewünschten Verzögerungszeit abhängigen ZAhlerstand eingestellt wird.
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In den Zähler des Kurzzeitgebers wird also abhängig von der jeweiligen
Frequenz seines Impulsgenerators gerade eine solche Anzahl von Programmierimpulsen
eingogeben, daß wieder die gewünschte Gesamtlaufzeit zustandekommt. Der Impulsgenerator
braucht deshalb nicht auf eine bestimmte Frequenz abgeglichen zu werden, sondern
kann fest eingestellt sein.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Programmierverfahrens
gemäß der Erfindung sieht vor, daß in einer Programmiervorrichtung ein durch die
Ausgangsimpulse des Impuls generators des Kurzzeitgebers fortschaltbarer erster
Zähler auf Null gesetzt und ein von einer frequenzkonstanten Taktimpulsfolge fortschaltbarer
zweiter Zähler auf das Komplement der der gewünschten Verzögerungszeit entsprechenden
Impulszahl der Taktimpulsfolge voreingestellt wird, daß anschließend in den ersten
Zähler die Impulse des Impuls generators des Kurzzeitgebers und gleichzeitig in
den zweiten Zähler die Taktimpulse einlaufen, daß der zweite Zähler beim Erreichen
seines höchstmöglichen Zählerstandes ein den Einlauf weiterer Impulse aus dem Impulsgenerator
des Kurzzeitgebers in den ersten Zähler und weiterer Taktimpulse in den zweiten
Zähler sperrendes Überlaufsignal an die Zählereingänge abgibt, welches zugleich
den Einlauf von Taktimpulsen sowohl in den Zähler des Kurzeitgebers als auch in
den ersten Zähler in Gang setzt, und daß beim Erreichen des höchstmöglichen Zählerstandes
im ersten Zähler die Zufuhr weiterer Impulse zu den Zählern unterbrochen wird.
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Die Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht es, im Zünder einen in
integrierter Schaltungstechnik ohne jegliche Notwendigkeit zum nachbrEglichen Frequenzabgleich
auskommenden Halbleiteroszillator
mit z.B. Doppelbasisdiode (unijunction
transistor) zu verwenden, so daß sowohl der Oszillator im einzelnen oder auch die
gesamte Zündschaltung, bestehend aus Oszillator, ImpulsSrequenzuntersetzer, mpulsrormer,
Zähler und Zündauslösekreis in Form einer integrierten Schaltung hergestellt werden
kann.
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Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß das Programmieren
mit einer um ein vielfaches höheren, z.B. tausendfachen Frequenz erfolgt wie das
spätere Fortschalten des Zählers im Kurzzeitgeber durch die Impulse des Impulsgenerators.
Der Oszillator des Zünders kann beispielsweise eine Sollfrequenz in der Größenordnung
von 10 kHz haben, welche auch während des Programmierens unmittelbar wirksam ist.
Die von einem vorzugsweise quarzgesteuerten Taktgeber des Programmiergeräts gelieferte
frequenzkonstante Taktimpulsfolge hat dann ebenfalls eine Frequenz von 10 kHz Dem
Oszillator im Zünder nachgeschaltet ist ein Impulsfrequenzuntersetzer von beispielsweise
1000 : 1, so daß in den Zähler des Zünders eine Impulsfolge mit einer Wiederholungsfrequenz
von 1Q Hz gelangt. Die Umschaltung kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß
beim Abschuß der Impulsfrequenzuntersetzer freigegeben wird, indem eine Sperrspannung
verschwindet.
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Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Programmierverfahrens sowie
zu dessen Durchführung geeigneter und bevorzugter Schaltungsanordnungen sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Das Verfahren wird im folgenden anhand einer in den Zeichnungen als
bevorzugtes Ausführungsbeispiel wiedergegebenen Schaltungsanordnung erläutert, wobei
Figur 1 das Blockschaltbild der Programmiervorrichtung sowie eines zu programmierenden
elektronischen Laufzeitzündcrs und Figur 2 ein Ausführungsbeispiel fü den Aufbau
des Oszillators im Zünder wiedergibt.
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Im oberen Teil der Figur 1 ist gestrichelt umrandet als Blockschaltbild
der Zünder 51 wiedergegeben, welcher einen Oszillator 52 mit einer Sollfrequenz
von beispielsweise 10 kHz mit einer nachgeschalteten Untersetzerstufe 53 enthält,
welche das Oszillatorausgangssignal beispielsweise im Verhältnis 1000 : d.h. auf
eine Frequenz von 10 Hz untersetzt, so daß die über den Impulsformer 54 zu einem
Zähler 55 gelangenden Impulse des Impulsgenerators im Zünder den Zähler mit einer
Frequenz von 10 llz fortschalten. Der Zähler hat beispielsweise eine Kapazität,
d.h. eir0,n maximal möglichen Zählerstand von 1000 bit, liefert also nach 1000 ringangsimpulsen
einen als Schaltsignal dienenden Ausgangs impuls an den Zündauslösekreis 56. Die
Verwendung eines 10kHz Oszillators mit nachgeschaltetem Untersetzer 1000 : 1 hat
den Vorteil daß sc ein solcher Oszillator schaltungstechnisch leichter realisieren
läßt als ein 10 Hz Oszillator und darüberhinaus die Möglichkeit bietet das Programmieren
in einer im Verhältnis des Untersetzverhältnisses 1 : 1000 verkürtzen Zeit durchzuführen,
wie dieses später noch erläutert wird.
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Die im unteren Teil der Figur 1 wiedergegebene Programmierschaltung
weist vier Eingangsklemmen 1 bis 4 und eine Ausgangsklemme 5, zwei ebenfalls jeweils
1000stellige Zähler 21 und 22, eine später noch zu erläuternde Verzögerungsschaltung
5, einen Eingangsimpulsformer 24, einen Startsignalspeicher 25, fünf im vorliegenden
Ausführungsbeispiel als negierende UND-Gatter (NAND-Gatter) ausgebildete Gatter
11 bis 15 sowie einen Inverter 16 auf. Ferner wird noch ein vorzugsweise quarzstabilisierter
Taktimpulsgeber mit einer Frequenz von 10 kHz benötigt sowie ein Startsignalgeber,
der lediglich kurzzeitig über die Eingangsklemme 1 ein Startsignal an das Startgatter
11 zu legen hat Der zweiten Eingangsklemme 2 werden die Taktimpulse des Taktimpulsgenerators
zugefithrt und der dritten Eingangsklemme 3 ein Signal zum Voreinstellen des zweiten
Zählers 22: welches beispielsweise aus dem erwähnten Taktgeben kommen kann. Über
die vierte Eingangklemm 4 ist die Programmierschaltung an den Zünderoszillator 52
an
schließbar, während die Ausgangsklemme 5 der Programmierschaltung
an den einen Eingang 542 des Impulsformers 54 im Zünder 51 angeschlossen ist. Die
erste und zweite Eingangsklemme 1 und 2 sowie über den Impulsformer 24 auch die
vierte Eingangsklemme 4 sind an die drei Eingänge 111, 112, 113 eines ersten Gatters
11 mit drei Eingangen angeschlossen, welches bei Koinzidenz seiner drei Eingangssignale
an seinem Ausgang 119 ein Ausgangssignal liefert und den als bistabile Kippschaltung
ausgestalteten Startsignalspeicher 25 umschaltet und damit die Impuls zufuhr an
den ersten Zähler 21 und den bereits voreingestellten zweiten Zähler 22 in Gang
setzt. Der Eingang 211 des ersten Zählers 21 ist über einen Inverter 16 an die miteinander
verbundenen Ausgänge eines zweiten Gatters 12 und eines dritten Gatters 13 mit ebenfalls
je drei Eingängen angeschlossen. Der erste Eingang 121 des zweiten Gatters 12 ist
mit einem Ausgang 238 einer dem zweiten Zähler 22 nachgeschalteten Verzögerungsschaltung
23 verbunden. Er könnte auch unmittelbar an einen entsprechenden Ausgang des Zählers
22 angeschlossen sein.
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Der zweite Eingang 122 des Gatters 12 ißt über den Impulsformer 24
mit der vierten Eingangsklemme 4 und der dritte Eingang 123 dieses Gatters mit dem
Ausgang des Startsignalspeichers 25 und damit mittelbar mit dem Ausgang 119 des
ersten Gatters 11 verbunden. Gleichzeitig steht der Ausgang des Startsignalspeichers
25 mit dem'zweiten Eingang 142 eines dem zweiten Zähler 22 vorgeschalteten vierten
Gatters 14 in Verbindung. Der erste Eingang 141 dieses Gatters ist an den bereits
genannten Ausgang 238 der Verzögerungsschaltung 23 bzw. an einen entsprechenden
Ausgang des zweiten Zählers 22 angeschlossen und der dritte Eingang 143 des Gatters
14 an die zweite Eingangsklemme 2. Der erste Eingang 131 des dritten Gatters 13
ist an einen zweiten komplementären Ausgang 239 der Verzögerungsschaltung 23 bzw.
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des Zählers 22 angeschlossen, und dieser Ausgang steht ferner mit
dem zweiten Eingang 152 eines fünften Gatters 15 in Verbindung. Der erste Eingang
151 dieses Gatters ist sowohl mit
dem Ausgang 219 des ersten Zählers
21 als auch. mit dem dritten Eingang 133 des dritten Gatters 13 verbunden. Der dritte
Eingang 153 des Gatters 15 liegt ebenso wie der zweite Eingang 132 des Gatters 13
an der zweiten Eingangsklernme 2. Der Ausgang 159 des Gatters 15 ist an die Ausgangsklemme
5 der Programmierschaltung angeschlossen.
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Das Programmieren erfolgt unmittelbar vor dem Abschuß eines mit dem
Zünder 51 versehenen Flugkörpers, also beispielsweise einer Rakete oder eines Geschosses.
Während des Programmierens wird der Zünder 51 aus einer nicht dargestellten Stromquelle
des Programmiergerätes gespeist. Sofort beim Anlegen dieser Bodenspannung startet
der Oszillator 52, welcher wie erwähnt eine um den Faktor 1000 höhere Frequenz als.die
gewünschte Fortschaltfrequenz für den Zähler 55 hat. Der nachgeschaltete Untersetzer
53 wird bis zum Abschuß gesperrt. Erst beim Verschwinden der Bodenspannung wird
der Untersetzer freigegeben und untersetzt dann die Oszillatorausgangsimpulse im
Verhältnis 1000 : 1, so daß über seinen Ausgang 539 dem Eingang 541 des Impulsformers
eine Fortschaltimpulsfolge mit einer Periodendauer von 0,1 sek. entsprechend einer
Impulsfolgefrequenz von 10 Hz zugeleitet wird. Um die mit dem erfindungsgemäßen
Programmierverfahren erzielbare Frequenzkompensation zu vereinfachen, sollte die
Frequenz des Oszillators 52, der, wie erwähnt, eine Sollfrequenz von 10 kllz abgeben
soll, so eingestellt werden, daß der Oszillator diese Frequenz auch bei beliebigen
Abweichungen nicht überschreitet. Seine Frequenz liegt z.B.
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zwischen 8 und 10 kHz.
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Vor Beginn der Programmierung werden die Zähler 21 und 22 sowie der
Startsignalspeicher 25 auf Null gesetzt. An ihren Ausgängen und denen der nachgeschalteten
Stufen stehen dann die den Ruhezustand kennzeichnenden Signale, wie sie an den betreffenden
Ausgängen eingetragen sind.
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Sodann wird der Zähler 22 auf das Komplement der der gewünschten Verzögerungszeit
entsprechenden Impulszahl der Taktimpulsfolge voreingestellt. Soll die gewünschte
Verzögerungszeit beispielsweise 28,2 sek. betragen, so wird der Zähler 22 von der
Eingangsklemme 3 her an seinem Eingang 221 zunächst auf die Zahl 718 voreingestellt.
Dies kann z.B. durch Zufuhr von 718 (= 1000 - 282) Einstellimpulsen oder durch gleichzeitiges
Einstellen der einzelnen Zählerstufen (Flip-Flops) erfolgen.
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Am ersten Eingang 111 laufen die vom Ausgang 528 des Zünder oszillators
52 kommenden und im Impulsformer 24 an die Eingangsbedingungen des ersten Gatters
111 angepaßten Impulse des Zünderoszillators ein und am dritten Eingang 113 des
Gatters 111 die über die Eingangsklemme 2 von einem nicht dargestellten quarzstabilisierten
Taktgeber gelieferten Taktimpulse von genau 10 kHz. Die Frequenz der Impulse des
Zünderoszillators liegt je nach den Verhältnissen, wie erwähnt, beispielsweise zwischen
8 und 10 kHz. Wird ein L-Startsignal über die erste Eingangs klemme 1 an den zweiten
Eingang 112 des Startgatters 11 gelegt, so liefert dieses an seinem Ausgang 119
einen Impuls, sobald ein Ausgangsimpuls des Zünderoszillators 52 und ein Taktimpuls
zeitlich zusammenfallen. Dies Ausgangsimpuls des Gatters 11 schaltet den Ausgang
des Startsignalspeichers 25 von 0 auf L, und der Speicher, beispielsweise eine bistabile
Kippschaltung, behält diesen Zustand während der gesamten Programmierung bei, obwohl
das Koinzidenzsignal am Ausgang des Gatters 11 sogleich wieder verschwindet. Erst
am Ende der Programmierung wird der Startsignalspeicher 25 durch Zufuhr eines Umschaltsignales
an einen nicht dargestellten Eingang wieder auf 0 gesetzt.
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Mit dem Erscheinen eines L-Signals am Ausgang des Startsignalspeichers
25 wird der Einlauf von Impulsen in die beiden Zähler 21 und 22 freigegeben. über
die Impulsformerschaltung 24 und
das Gatter 12 sowie den Inverter
16 laufen in den Zähler 21 die Impulse des Zünderoszillators ein. Das Gatter 12
ist für diese Impulse durchgeschaltet, weil an seinem ersten Eingang 121 das L-Ausgangssignal
vom Ausgang 238 der im Ruhezustand befindlichen Verzögerungsschaltung 23 liegt und
seinem dritten Eingang 123 das L-Ausgangssignal des Startsignalspeichers 25 zugeführt
wird. Gleichzeitig laufen über das Gatter 14 die der Eingangsklemme 2 zugeführten
Taktimpulse in den Zähler 22 ein.
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Auch der erste Eingang 141 des Gatters 14 liegt am Ausgang 238 der
Verzögerungsschaltung 23 und der zweite Eingang 142 am Ausgang des Startsignalspeichers
25. Sobald der, wie bereits erwähnt, zuvor auf das Komplement der der gewünschten
Verzögerungszeit entsprechenden Impulszahl der Taktimpulsfolge, also beispielsweise
auf 718 Impulse voreingestellte Zähler 22 vollgezählt ist, im vorliegenden Fall
also den Zählerstand 1000 erreichte; gibt er an seinem Ausgang 229 ein Überlaufsignal
ab.
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Dieses bewirkt nach einer später noch zu erläuternden Verzögerungszeit
von beispielsweise 50 µs, daß die Verzögerungsschaltung 2.3 an ihren 1 Ausgängen
238 und 239 die Signale vertauscht, d h. am Ausgang 238 nunmehr das Signal 0 und
am Ausgang 239 nunmehr das Signal L steht. Das Verschwinden des Signals L am Ausgang
238 hat zur Folge, daß die Gatter 12 und 14 über ihre Eingänge 121 bzw. 141 gesperrt
werden. Zugleich erhält aber das Gatter 13 vom Ausgang 239 der Verzögerungsschaltung
23 her an seinem ersten Eingang 131 ein L-Signal. Da auch der dritte Eingang 133
dieses Gatters vom Ausgang 219 des noch nicht vollgezählten Zählers 21 her ein L-Signai
bekommt, laufen nunmehr die an der Eingangsklemme 2 stehenden Taktimpulse silber
den zweiten Eingang 132 des Gatters 13 und den Inverter 16 in den Zähler 21 ein
Außerdem hat infolge der Umschaltung des Ausgangs 239 der Verzögerungsschaltung
23 von 0 auf L nunmehr das Gatter 15 nicht nur an seinem ersten Eingang 151, sondern
auch an seinem zweiten Eingang 152 ein L-Signal, so daß die Taktgeberimpulse über
den dritten Eingang 153 des Gatters 15 und dessen Ausgang 159 sowie
die
Ausgangsklemme 5 der Programmierschaltung am Eingang 542 in den Impulsformer 54
des Zünders 51 einlaufen.
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Sobald der Zähler 21 mit den Taktimpulsen vollgezählt ist, gibt er
an seinem Ausgang ein Uberlaufsignal ab, d.h. das Ausgangssignal L verschwindet
und am Ausgang 219 steht stattdessen ein Ausgangssignal 0. Dies hat zur Folge, daß
einerseits das Gatter 15 am Eingang 151 und andererseits das Gatter 13 am Eingang
133 gesperrt wird. Auf diese Weise wird der Einlauf weiterer Taktgeberimpulse in
den Zähler 21 der Programmiervorrichtung und in den Zünder gesperrt. Der Zähler
55 des Zünders ist jetzt auf den bei der gegebenen Eigenfrequenz des Oszillators
52 erforderlichen Zählerstand eingestellt, von welchem aus bis zum Vollzählen des
Zählers 55 mittels der Oszillatorimpulse die gewünschte Verzögerungszeit verstreicht.
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Wird beispielsweise angenommen, daß der Oszillator 52 auf einer Frequenz
von 9 kHz schwingt und die Verzögerungszeit 28,2 sek.
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betragen soll, so wird, wie bereits erwähnt, der Zähler 22 zunächst
auf 718 Impulse voreingestellt. Dann kommt das Startsignal an der Eingangsklemme
1, und der Zähler 22 wird mit den Taktimpulsen aufgefüllt. Nach 282 Taktimpulsen
gibt der Zähler 22 ein Ausgangssignal ab, welches, wie erwähnt, zunächst den Einlauf
weiterer Oszillatorimpulse in den Zähler 21 sperrt.
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Nimmt man an, daß die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 23
gerade 50/us beträgt, so sind während des Einlaufs von 282 Taktimpulsen in den Zähler
22 in den Zähler 21 gerade 254 Oszillatorimpulse, nämlich (282 4+50-10 ) 9 . 103
= 254 eingelaufen. Der Zähler 21 hat also einen Zählerstand von 254 angenommen.
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Das Umschalten des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung 23 hat,
wie bereits erwähnt, ferner zur Folge, daß nunmehr die Taktgeberimpulse sowohl in
den Zähler 21 als auch in den Zähler
55 des Zünders einlaufen und
zwar solange, bis der Zähler 21 aufgefüllt ist. Ausgehend von dem erwähnten Zählerstand
von 254 im Zähler 21 laufen also 746 Impulse sowohl in den Zähler 21 als auch in
den Zähler 55 ein. Dann wird der Einlauf weiterer Impulse, wie erwähnt, gesperrt.
Die Programmierung ist damit beendet. Der Zähler 55 im Zünder hat also einen Zählerstand
von 76. Es fehlen ihm also 254 Impulse bis zum höchstmöglichen Zählerstand von 1000.
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Bei der angenommenen Oszillatorfrequenz von 9 kllz und damit einer
Ausgangsfrequenz von 9 Hz am Ausgang 539.des Frequenzuntersetzers 53 ergibt sich,
daß für den Einlauf von 254 Impulsen in den Zähler 55 etwa 28,22 sek., nämlich 254-
1 = 28,22 9 sek. verstreichen. Dies bedeutet, daß der Laufzeitfehler nur 0,02 sek.
oder etwa 0,07 % beträgt, obwohl der Oszillator um 10 % zu langsam läuft.
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Zweck und Wirkung der Verzögerungsschaltung 23 ergeben sich aus der
folgenden Fehlerbetrachtung. Da das Startgatter 11 die Eingänge der beiden Zähler
21 und 22 nur freigibt, wenn ein Impuls des Zünderoszillators 52 mit einem Taktgeberimpuls
zusammenfällt, ergibt sich ein maximaler Laufzeitfehler von der Dauer einer Periode
des Zünderoszillators. Dieser Fehler kann auftreten, weil im Augenblick des überlaufs
des Zählers 22 die Impulse des Zünderoszillators 52 mit denen des Taktgebers nicht
synchron laufen. Ohne die Impulsverzögerungsschaltung 23 wäre die VerzögerUngszeit
im ungünstigsten Fall um etwa 1 Periode des Zünderoszillators 52, also um etwa 0,1
sek. kürzer als die gewünschte Laufzeit. Durch Verwendung der Verzögerungsschaltung
23 wird diese Laufzeitfehler-Ueitspanne von 0,1 sek. auf einen Wert von + 0,05 sek.
bezogen auf den voreingestellten Wert verschoben. Die Laufzeit ist also nicht mehr
maximal 0,1 sek. kürzer als die vorgegebene Laufzeit, sondern kann maximal ca. 0,05
sek. kürzer oder länger sein
als die programmierte Laufzeit. Die
Lage der Streuung der tatsächlichen Laufzeit liegt damit mittig zum Sollwert.
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Figur 2 zeigt das Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
des Oszillators 52 im Zünder mit nachgeschaltetem Frequenzuntersetzer 53. Der Oszillator
ist ein BC-Oszillator mit einer Doppelbasisdiode 521 als aktivem Schaltelement und
einem nachgeschalteten Ausgangstransistor 522. Er wird während des Programmierens
aus der vom Programmiergerät zur Verfügung gestellten Bodenspannung U1 gespeist,
welche zugleich über den Eingang 532 den Frequenzuntersetzer 53 sperrt. Beim Abschuß
des mit dem Zünder ausgerüstetem Flugkörpers verschwindet die Bodenspannung U1,
und sowohl der Oszillator 52 als auch der Untersetzer 53 werden aus der Bordspannung
U5 gespeist, welche beispielsweise durch eine in den Zünder oder Flugkörper eingebaute
Batterie geliefert wird. Die Versorgungsspannung für den Oszillator 52 ist mittels
einer Zenerdiode 523 stabilisiert. Der Oszillator 52 gibt seine zwischen 8 und 10
kllz liegende Ausgangsfrequenz einerseits an den Frequenzuntersetzer 53 und andererseits
über die Ausgangsleitung 528 an die Eingangsklemme 4 des Programmergeräts ab. Der
Ausgang 539 des Frequenzuntersetzers ist, wie aus Figur 1 ersichtlich, mit dem Eingang
541 des dem Zähler 55 vorgeschaltetem Impulsformers 54 verbunden. Da durch das erfindungsgemäße
Programmierverfahren ein Abgleich des Oszillators 52 auf eine bestimmte Frequenz
nicht mehr erforderlich ist, eignet sich die Schaltung besonders für die Herstellung
in integrierter Schaltungstechnik. Der Oszillator sollte auf eine Eigenfrequenz
von 9 kHz ausgelegt werden. Eine Temperaturkompensation ist ebenfalls nicht erforderlich,
weil die Freqeunzkompensation mit Hilfe des erfindungsgemäßen Programmierverfahrens
unmittelbar vor dem Abschuß erfolgt und der Oszillator lediglich während der Flugphase
des Zünders, also für einige Sekunden mit konstanter Frequenz laufen muß. Durch
thermische Isolierung des eigentlichen. Oszillators läßt sich
leicht
eine thermische Zeitkonstante von größer als 10 Min.
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erreichen. Da alle langfristigen Einflüsse durch Temperatur oder Alterung
bereits bei der Frequenzkompensation im Zuge des Programmierverfahrens eliminiert
werden und Einflüsse der Versorgungsspannung durch die Wahl einer Zenerdiode 523
mit niedrigem dynamischen Innenwiderstand gering gehalten werden können, läßt sich
eine Kurzzeitkonstanz von 0,01 % leicht erreichen, d.h. hiervon herrührende Fehler
sind vernachlässigbar gegenüber dem systembedingten möglichen Programmierfehler.
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Durch die Verwendung des Untersetzers 53 wird der für das Programmieren
erforderliche Zeitaufwand, obwohl es sich um ein Echtzeitverfahren (real time) handelt,
stark herabgesetzte weil das Einzählen in die Zähler 21> 22 und 55 während des
Programmierens mit der tausendfachen Geschwindigkeit erfolgt wie später nach dem
Abschuß das Fortschalten des Zählers 55. Die Dauer der Programmierung entspricht
etwa der höchstmöglich einstellbaren Laufzeit, dividiert durch das Untersetzerverhältnis>
also beispielsweise 100 sek. 0,1 1000 sek. Da die Verwendung eines Untersetzers
schon aus schaltungstechnischen Gründen, nämlich wegen des einfacheren Aufbaus eines
frequenzstabilen Halbleiteroszillators ohnehin empfehlenswert ist, erfordert der
Aufbau des Impulsgenerators des Zünders aus Oszillator und Untersetzer keinen zusätzlichen
Aufwand. Da an beiden Ausgängen des Oszillators 52 eine 10 kHz-Impulsfolge abgenommen
wird, können, wie Figur 2 zeigt, beide Ausgänge 528 und 529 zusammengeschaltet werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich zusammenfassend durch
folgende Verfahrensschritte kennzeichnen: a) Ein der gewünschten Zünderlaufzeit
entsprechender Zeitabschnitt wird dargestellt> und zwar im Ausführungsbeispiel
durch Voreinstellen des Zählers 22.
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b) Es wird die Zahl der Perioden des "ungenauen" Oszillators im Zünder
festgestellt, welche in die angegebene Zeitspanne passen. Dies geschieht durch Einlaufen
der Zünderoszillatorimpulse in den Zähler 21, während des Vollaufens des Zählers
22. Damit hat man bereits die gewünschte Zünderlaufzeit in Einheiten der Periodendauer
des ungenauen Oszillators ermittelt.
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c) Es wird das Komplement, bezogen auf den höchstmöglichen Zählerstand
des Zünderzählers der in die gewünschte Zünderlaufzeit fallenden Periodenzahl des
ungenauen Oszillators gebildet und in den Zähler des Zünders eingespeichert. Dies
geschieht im Ausführungsbeispiel durch Vollzählen des Zählers 21 durch Taktimpulse
und gleichzeitige Zufuhr dieser Impulse an den Zähler 55 im Zünder. Man mißt hierbei
mit Hilfe der Taktgeberimpulse gewissermaßen den bis zum Überlauf des Zählers 21
noch freien Raum in diesem Zähler aus und gibt eine entsprechende Impulszahl in
den Speicher des Zählers 55 des Zünders ein.
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In manchen Fällen ist einer Abschußvorrichtung ein die erforderliche
Einstellung der Waffe in Abhängigkeit von Seitenwind, Munitions- und Zielart sowie
Zielentfernung ermittelnder ballistischer Rechner zugeordnet. In diesem Fall kann
die erfindungsgemäße Programmieranordnung Teil dieses Rechners sein, so daß die
Vorgabe der Laufzeit des Zünders nicht nach einer bestimmten Zeitdauer, sondern
gleich in Abhängigkeit von Zielentfernung, Munitionsart, Rohrerhöhung und gegebenenfalls
Zielart (Ziel- oder Streubeschuß) erfolgt. Ein solcher Rechner enthält ohnehin einen
frequenzkonstanten Taktgeber, der somit auch zur Lieferung der Taktgeberimpulse
für die Programmieranordnung herangezogen werden kann.