DE2022356C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Programmieren eines elektronischen Kurzzeitgebers, insbesondere eines elektronischen Laufzeitzunders - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf 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 gewünschten Verzögerungszeit entsprechende Impulszahl einzustellenden elektronischen Zähler aufweist welcher beim Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes ein Schaltsignal, im Falle eines Zünders das Zündsignal liefert. Derartige Zeitgeber sind im Prinzip bekannt (Elektronik, 1957, S. 317 und 320).

Wenn auch die Erfindung im folgenden an Hand eines elektronischen Laufzeitzünders beschrieben wird, so ist doch offensichtlich, daß sie mit den gleichen Vorteilen bei anderen elektronischen Kurzzeitgebern eingesetzt werden kann, wie sie beispielsweise für Schaltvorgänge in Raketen, Satelliten oder sonstigen Flugkörpern Anwendung finden.

Ein Kurzzeitgeber hat die Aufgabe, nach einer bestimmten, genau definierten Verzögerungszeit einen Schaltvorgang auszulösen. Ein Laufzeitzünder soll beispielsweise nach der Verzögerungszeit die Zündung eines Geschosses oder einer Rakete einleiten. Die Vorteile elektronischer Kurzzeitgeber und Laufzeitzünder liegen insbesondere in ihrem geringen Gewicht, kleinen Abmessungen und der ausschließlichen Verwendung beschleunigungsunempfindlicher Bauteile. Sie lassen sich wesentlich leichter programmiei en, d h. auf eine bestimmte den jeweiligen Gegebenheiten wie Zielentfernung, Rohrerhöhung und Munitionsart angepaßte Verzögerungszeit einstellen als mechanische Verzögerungseinrichtungen.

Diese Programmierung kann unmittelbar vor dem Abschuß drahtlos oder üb·?·· Leitungen durch Datenfernübertragung erfolgen, hierdurch wird der Zünder vielseitiger im Ijinsatz.

Die Programmierung erfolgt nach folgendem Verfahren: In den Wähler, welcher eine genaue definierte Zählkapazität hat, wird je nach der gewünschten Verzögerungs^eit eine bestimmte Anzahl von Impulsen eingegeben. D'e einlaufenden Impulse werden über eine Impulsformer^chaltung 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 so lange Impulse eingegeben, bis am Ausgang des Zähler sein Überlaufimpuls erscheint d. h. der Zähler auf Null steht Nun kann entweder sofort

ίο 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 vrird, daß nach dem Abschuß aus dem Impulsgeber des Zünders gerade so viel Impulse bis zum Erreichen des Höchststandes des Zählers und damit zur Abgabe eines Überlauf- oder Schaltimpulses einlaufen müssen, 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 auffüllt 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 Verzögsrungszeit von beispielsweise 28,2 see nach dem Auftreten von 282 Oszillatorimpulsen erreicht Um den Zünder nach 28,2 see 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.

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 darüber hinaus auch die der Stromversorgung des Zünders dienende Miniaturbatterie 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 Impulsgenerators selbsttätig kompensiert, so daß für den Kurzzeitgeber selbst, insbesonder einen Zünder, ein möglichst einfacher und auf Kompensationsmaßnahmen weitgehend verzichtender Aufbau gewählt werden kann. Darüber hinaus 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 einzusetzen, von denen bekannt ist, daß sie neben hoher Zuverlässigkeit und geringem Preis die geringsten räumlichen Abmessungen haben und damit den bei Kurzzeitgebern für Flugkörper gegebenen Raum- und Gewichtsbeschränkungen in idealer Weise Rechnung tragen.

Die gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß unmittelbar vor dem Einsatz des Kurzzeitgebers die Frequenz des Impulsgenerators gemessen und der Zähler auf einen sowohl von der gemessenen Generatorfrequenz als auch von der gewünschten Verzögerungszeit abhängigen Zählerstand eingestellt wird. In den Zähler des Kurzzeitgebers wird also abhängig von der jeweiligen Frequenz seines Impulsgenerators gerade eine solche Anzahl von Programmierimpulsen eingegeben, daß wieder die gewünschte Gesamtlaufzeit zustande kommt. Der Impulsgenerator braucht deshalb nicht auf eine bestimmte Frequenz abgeglichen zu werden, sondern kann fest eingestellt sein.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Programmierverfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, daß in einer Programmiervorrichtung ein durch die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 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 Taktimpulse voreingestellt wird, daß anschließend in den ersten Zähler die Impulse des Impulsgenerators 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 Kurzzeitgebers 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.

Die Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht es, im Zünder einen in integrierter Schaltungstechnik ohne jegüche Notwendigkeit zum nachträglichen Frequenzabgleich auskommenden Halbleiteroszillator mit z. B. einer Doppelbasisdiode (unijunction transistor) zu verwenden, so daß sowohl der Oszillator im einzelnen oder auch die gesamte Zündschaltung, bestehend aus OsziUator, Impulsfrequenzuntersetzer, Impulsformer, Zähler und Zündauslösekreis in Form einer integrierten Schaltung hergestellt werden kann.

Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß das Programmieren mit einer um ein Vielfaches höheren, z. B. tausendfachen Frequenz erfolgt als das spätere Fortschalten des Zählers im Kurzzeitgeber durch die Impulse des Impulsgenerators. Der Oszillator des Zünders kann beispielsweise eine Sollfrequenz in der Größenordnung von 1OkHz 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 10 Hz gelangt Die Umschaltung kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß beim Abschuß der Impulsfrequenzuntersetzer freigegeben wird, indem eine Sperrspannung verschwindet

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Programmierverfahrens sowie zu dessen Durchführung geeigneter und bevorzugter Schaltungsanordnungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Das Verfahren wird im folgenden an Hand einer in den Zeichnungen als bevorzugtes Ausfühi-ungsbeispiel wiedergegebenen Schaltungsanordnung erläutert, wobei

F i g. 1 das Blockschaltbild der Programmiervorrichtung sowie eines zu programmierenden elektronischen

ίο Laufzeitzündersund

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau des Oszillators im Zünder wiedergibt

Im oberen Teil der F i g. 1 ist gestrichelt umrandet als Blockschaltbild ein Zünder 51 wiedergegeben, welcher einen Oszillator 52 mit einer Sollfrennenz von 1OkHz mit einer nachgeschalteten Untersetzerstufe 53 enthält, welche das Oszillatorausgangssignal im Verhältnis 1000 :1, d. h. auf eine Frequenz von 10 Hz untersetzt, so daß die über einen Impulsformer 54 zu einem Zähler 55 gelangenden Impulse des Impulsgenerators im Zünder den Zähler mit einer Frequenz von 10 Hz fortschalten. Der Zähler hat eine Kapazität, d.h. einen maximal möglichen Zählerstand von 1000 bit, liefert also nach 1000 Eingangsimpulsen einen als Schaltsignal dienenden Ausgangsimpuls an einen Zündauslösekreis 56. Die Verwendung eines 10-kHz-Oszillators mit nachgeschaltetem Untersetzer 1000 :1 hat den Vorteil, daß sich ein solcher Oszillator schaltungstechnisch leichter realisieren läßt als ein 10-Hz-Oszillator und darüber hinaus die Möglichkeit bietet, das Programmieren in einer im Verhältnis des Untersetzerverhältnisses 1 :1000 verkürzten Zeit durchzuführen, wie dieses später noch erläutert wird.
Die im unteren Teil der F i g. 1 wiedergegebene Programmierschaltungsanordnung weist vier Eingangsklemmen 1 bis 4 und eine Ausgangsklemme 5, zwei ebenfalls jeweils lOOOstellige Zähler 21 und 22, eine später noch zu erläuternde Verzögerungsschaltung 23, einen Eingangsimpulsformer 24, einen Startsignalspeieher 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 zugeführt und der dritten Eingangsklemme 3 ein Signal zum

so Voreinstellen des zweiten Zählers 22, welches beispielsweise aus dem erwähnten Taktgeber kommen kann. Ober die vierte Eingangsklemme 4 ist die Programmierschaltungsanordnung an den Zünderoszillator 52 angeschlossen, während die Ausgangsklemme 5 der Programmierschaltungsanordnung 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 Eingängen angeschlossen, welches bei Koinzidenz seiner drei Eingangssignale an seinem Ausgang 119 ein Ausgangssignal liefert und den als bistabile Kippschaltung ausgestatteten Startsignalspeicher 25 umschaltet und damit die Impulszufuhr 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. Der zweite Eingang 122 des Gatters 12 ist 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 ;s

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. 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 Eingangsklemme 2. Der Ausgang 159 des Gatters 15 ist an die Ausgangsklemme 5 der Programmierschaltung angeschlossen.

Das Programmieren erfolgt unmittelbar vor dem Abschuß eines mit dem Zünder 51 versehenen Flugkörpers, also beispielsweise einer Rakete oder eines Geschosses. Während des Programmieren 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 see 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 kHz abgeben soll, so eingestellt werden, daß der Oszillator diese Frequenz auch bei beliebigen Abweichungen nicht überschreitet Seine Frequenz liegt z. B. zwischen 3 und 10 kHz.

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.

Sodann wird der Zähler 22 auf das Komplement der der gewünschten Verzögerungszeit entsprechenden Impulszahl der Taktimpulsfolge voreingestellt Soll die gewünschte Verzögerungszeit beispielsweise 28,2 see 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) Einstellhnpulsen. oder durch gleichzeitiges Einstellen der einzelnen Zählerstufen (Flip-Flops) erfolgen.

Am ersten Eingang 111 laufen die vom Ausgang 528 des Zünderoszillators 52 kommenden und im Impulsformer 24 an die Eingangsbedingungen des ersten Gatters 11 angepaßten Impulse des Zünderoszillators ein. und am dritten Eingang 113 des Gatters 11 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 Eingangsklemme i 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. Dieser Ausgangsimpuls des Gatters 11 schaltet den Ausgang des Startsignalspeichers 25 von 0 auf L, und der Speicher, 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 Umschaltsignals an einen nicht dargestellten Eingang wieder auf 0 gesetzt.

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 52 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. 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 erreicht, gibt er an seinem Ausgang 229 ein Übedaufsigna! ab. Dieses bewirkt nach einer später noch zu erläuternden Verzögerungszeit von beispielsweise 50 μβ, daß die Verzögerungsschaltung 23 an ihren 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 v/erden. 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-Signal bekommt, laufen nunmehr die an der Eingangsklemme 2 stehenden Taktimpulse über 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 Programmierschaltungsanordnung am Eingang 542 in den Impulsformer 54 des Zünders 51 einlauf en.

Sobald der Zähler 21 mit den Taktimpulsen vollgezählt ist, gibt er an seinem Ausgang ein Überlaufsignal ab, d.h., das Ausgangssignal L verschwindet, und am Ausgang 219 steht statt dessen 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 weiierer 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

Wird beispielsweise angenommen, daß der Oszillator 52 auf einer Frequenz von 9 kHz schwingt und die Verzögerungszeit 28,2 see 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. Nimmt man an, daß die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 23 gerade 50 μ5 beträgt, so sind während des Einlaufs von 282 Taktimpulsen in den Zähler 22 in den Zähler 21 gerade 254 Oszillatorimpulse, nämlich

(282 · 10-⁴ + 50 ■ 10-⁶) ■ 9 · 103 = 254

eingelaufen. Der Zähler 21 hat also einen Zählerstand von 254 angenommen.

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 51 einlaufen, und zwar so lange, 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 51 hat also einen Zählerstand von 746. Es fehlen ihm also 254 I-npulse bis zum höchstmöglichen Zählerstand von 1000.

Bei der angenommenen Oszillatorfrequenz von 9 kHz und damit einer Ausgangsfrequenz von 9 Hz am Ausgang 539 des Frequenzumsetzers 53 ergibt sich, daß für den Einlauf von 254 Impulsen in den Zähler 55 etwa 28,22 see, nämlich

254

— = 28,22 see

verstreichen. Dies bedeutet, daß der Laufzeitfehler nur 0,02 see oder etwa 0,07% beträgt, obwohl der Oszillator um 10% zu langsam läuft

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 52. 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 eine Periode

ίο des Zünderoszillators 52, also um etwa 0,1 see kürzer als die gewünschte Laufzeit Durch Verwendung der Verzögerungsschaltung 23 wird diese Laufzeitfehler-Zeitspanne von 0,1 see auf einen Wert von ±0,05 see, bezogen auf den voreingestellten Wert, verschoben. Die Laufzeit ist also nicht mehr maximal 0,1 see kürzer als die vorgegebene Laufzeit, sondern kann maximal etwa 0,05 see kürzer oder länger sein als die programmierte Laufzeit Die Lage der Streuung der tatsächlichen Laufzeit liegt damit mittig zum Sollwert

F i g. 2 zeigt das Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Oszillators 52 im Zünder mit nachgeschaltetem Frequenzuntersetzer 53. Der Oszillator ist ein ÄC-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 Frequerizuntersetzer 53 sperrt Beim Abschuß des mit dem Zünder ausgerüsteten Flugkörpers verschwindet die Bodenspannung U1, und sowohl der Oszillator 52 als auch der Untersetzer 53 werden aus der Bordspannung t/5 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 1OkHz liegende Ausgangsfrequenz einerseits an den Frequenzuntersetzer 53 und andererseits über die Ausgangsleitung 528 an die Eingangsklemme 4 des Programmiergeräts ab. Der Ausgang 539 des Frequenzuntersetzers ist, wie aus F i g. 1 ersichtlich, mit dem Eingang 541 des dem Zähler 55 vorgeschalteten 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 Frequenzkompensation mit Hilfe des erfindungsgemäßen Programmierverfahrens unmittelbar vor d°em 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 erreichen. Da alle langfristigen Einflüsse durch Temperatur oder Alterung bereits bei der Frequenz-

kompensation im Zuge des Programmierverfahrens eliminiert werden und Einflüsse der Versorgungsspannung durch die Wahl einer Zenerdiode 523 mit niedrigem dynamischem Innenwiderstand gering gehalten werden können, läßt sich eine Kurzzeitkonstante von 0,01% leicht erreichen, d. h„ hiervon herrührende Fehler sind vernachlässigbar gegenüber dem systembedingten möglichen Programmierfehler.
Durch die Verwendung des Untersetzers 53 wird der

lOOsek
1000

10

für das Programmieren erforderliche Zeitaufwand, obwohl es sich um ein Echtzeitverfahren (real time) handelt, stark herabgesetzt, weil das Einzählen in die Zähler 21, 22 und 55 während des Programmieren 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 Untersetzungsverhältnis, also beispielsweise

=0,1 sea 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 F i g. 2 zeigt, beide Ausgänge 528 und 529 zusammengeschaltet werden.

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.

b) Es wird die Zahl der Perioden des »ungenauen« Oszillators im Zünder festgestellt, weiche 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.

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 pinf¹ pntcnrpfhpnde imⁿulszäril ixi den Speicher des Zählers 55 des Zünders ein.

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 Programmierung 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.

Hierzu 1 BteüZelchnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Programmieren eines elektronischen Kurzzeitgebers, insbesondere eines elektronisehen Laufzeitzünders, welcher einen Impulsgenerator vorgegebener Frequenz sowie einen durch die Impulse angesteuerten und zuvor auf eine der gewünschten Verzögerungszeit entsprechende Impulszahl einzustellenden elektronischen Zähler aufweist welcher beim Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes ein Schaltsignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Einsatz des Kurzzeitgebers (5Ϊ) die Frequenz des Impulsgenerators (52) gemessen und der Zähler (55) auf einen sowohl von der gemessenen Generatorfrequenz als auch von der gewünschten Verzögerungszeit abhängigen Zählerstand eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Programmiervorrichtung ein durch die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators (52) des Kurzzeitgebers (51) fortschaltbarer erster Zähler (21) auf Null gesetzt und ein von einer frequenzkonstanten Taktimpulsfolge fortschaitbarer zweiter Zähler (22) auf das Komplement der der gewünschten Verzögerungszeit entsprechenden Impulszahl der Taktimpulsfolge voreingestellt wird, daß anschließend in den ersten Zähler (21) die Impulse des Impulsgenerators (52) des Kurzzeitgebers (51) und gleichzeitig in den zweiten Zähler (22) die Taktimpulse einlaufen, daß der zweite Zähler (22) beim Erreichen seines höchstmöglichen Zählerstandes ein den Einlauf weiterer Impulse aus dem Impulsgenerator (52) des Kurzzeitgebers (51) in den ersten Zähler (21) und weiterer Taktimpulse in den zweiten Zähler (22) sperrendes Überlaufsignal an die Zählereingänge abgibt, welches zugleich den Einlauf von Taktimpulsen sowohl in den Zähler (55) des Kurzzeitgebers (51) als auch in den ersten Zähler (21) in Gang setzt, und daß beim Erreichen des höchstmöglichen Zählerstandes im ersten Zähler (21) die Zufuhr weiterer Impulse zu den Zählern (21, 22,55) unterbrochen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Programmieren mit einer um ein Vielfaches höheren, z. B. tausendfachen Frequenz erfolgt als das spätere Fortschalten des Zählers (55) im Kurzzeitgeber (51) durch die Impulse des Impulsgenerators (52).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlaufsignal des zweiten Zählers (22) um etwa eine halbe Periodendauer der Taktimpulse verzögert wird.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Eingangsklemme (1) für ein Startsignal, eine zweite Eingangsklemme (2) für die Taktimpulse, eine dritte Eingangsklemme (3) für ein Signal zum Voreinstellen des zweiten Zählers (22) und eine vierte Eingangsklemme (4) zum Anschluß an den Impulsgenerator (52) des Kurzzeitgebers (51) sowie eine an den Zähler (55) des Kurzzeitgebers (51) anschließbare Ausgangsklemme (5) aufweist, daß die dritte Eingangsklemme (3) an einen zum Voreinstellen dienenden Eingang (221) des zweiten Zählers (22) angeschlossen ist, daß die erste (1), zweite (2) und vierte Eingangsklemme (4) an ein bei Koinzidenz seiner drei Eingangssignale die Impulszufuhr an den ersten (21) und an den voreingestellten zweiten Zähler (22) in Gang setzendes erste Gatter (11) mit drei Eingängen angeschlossen sind, daß der Eingang des ersten Zählers (21) an die miteinander verbundenen Ausgänge eines zweiten (12) und dritten Gatters (13) mit je drei Eingängen angeschlossen ist, daß der erste Eingang (121) des zweiten Gatters (12) mit einem Ausgang (229, 238) des zweiten Zählers (22), der zweite Eingang (122) des zweiten Gatters (12) mit der vierten Eingangsklemme (4), der dritte Eingang (123) des zweiten Gatters (12) mit dem Ausgang des ersten Gatters (11) und dem zweiten Eingang (142) eines dem zweiten Zähler (22) vorgeschalteten vierten Gatters (14) verbunden ist, dessen erster Eingang (141) an einen Ausgang (229, 23S) des zweiten Zählers (22) und dessen dritter Eingang (143) an die zweite Eingangsklemme (2) angeschlossen ist, daß der erste Eingang (131) des dritten Gatters (13) an einen zweiten komplementären Ausgang (239) des zweiten Zählers (22) und dieser Ausgang zugleich an den zweiten Eingang (152) eines fünften Gatters (15) angeschlossen ist, dessen erster Eingang (151) sowohl mit dem Ausgang (219) des ersten Zählers (21) als auch mit dem dritten Eingang (133) des dritten Gatters (13) verbunden ist und dessen dritter Eingang (153) ebenso wie der zweite Eingang (132) des dritten Gatters (13) an der zweiten Eingangsklemme (2) liegt, und daß der Ausgang (159) des fünften Gatters (15) an die Ausgangsklemme (5) der Schaltungsanordnung angeschlossen ist

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung von der vierten Eingangsklemme (4) zu den damit verbundenen Gattereingängen (111, 122) ein Impulsformer (24) eingeschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang (119) des ersten Gatters (11) und die Verbindungsstelle des dritten Eingangs (123) des zweiten Gatters (12) mit dem zweiten Eingang (142) des vierten Gatters (14) eine das Koinzidenz-Ausgangssignal des ersten Gatters (11) für die Dauer der Programmierung speichernde bistabile Kippschaltung (25) eingeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Zähler (22) eine das Überlaufsignal des zweiten Zählers um etwa eine halbe Periodendauer der Taktimpulse verzögernde monostabile Kippschaltung (23) mit zwei komplementären Ausgängen (238,239) nachgeschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gatter (11 und 15) als negierende UND-Gatter (NAND-Gatter) ausgebildet sind und dem Eingang (211) des ersten Zählers (21) ein Inverter (16) vorgeschaltet ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 in Anwendung auf einen elektronischen Laufzeitzünder, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil eines zugleich ballistische Werte, wie Seitenwind, Munitionsart, Rohrerhöhung sowie Zielart und Zielentfernung od. dgl. berücksichtigenden Rechners ist.

11. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, und mittels der Schaltungsanordnung nach einem

der Ansprüche 5 bis 10 programmierbarer Laufzeitzünder, dadurch gekennzeichnet, daß er als Impulsgenerator (52) einen in integrierter Schaltungstechnik aufgebauten Halbleiteroszillator, vorzugsweise Doppelbasisdioden-Oszillator, mit nachgeschaltetem Impulsfrequenzuntersetzer (53), einen Impulsformer (54), den Zähler (55) und einen Zündauslösekreis (56) enthält, wobei ein Ausgang (528) des Oszillators (52) an die vierte Eingangsk!emme(4) der Programmierschaltungsanordnung und ein Eingang (542) des Impulsformers (54) an die Ausgangsklemme (5) der Programmierschaltungsanordnung angeschlossen ist

12. Zünder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsfrequenzuntersetzer (53) beim Abschuß, z. B. durch Verschwinden einer aus der Programmierschaltungsanordnung entnommenen Betriebsspannung einschaltbar ist

13. Zünder nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß er vollständig in integrierter Schaltungstechnik aufgebaut ist.