DE4124112C2 - Elektromagnetische Projektil-Abschußvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschußvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer be­ kannten elektromagnetischen Abschußvorrichtung vom Schienentyp, die beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 43 055/1989 offenbart ist. Diese weist eine schienenförmige Elek­ trode 1a, eine parallel zu dieser verlaufende weitere schienenförmige Elektrode 1b, einen zwischen den Elektroden 1a und 1b angeordneten Anker 2, der diese elektrisch kurzschließt, und ein zwischen den Elek­ troden 1a und 1b und in der durch den Pfeil 5 ange­ zeigten Antriebsrichtung vor dem Anker 2 angeordnetes Projektil 3 auf. Eine Stromquelle 4 liefert elektri­ schen Strom zu einem durch die Elektroden 1a und 1b und den Anker 2 gebildeten Stromkreis. Der Anker 2 und das Projektil 3 können in einem Körper kombiniert sein oder gemeinsam den gleichen Körper bilden.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Vorrichtung erläutert. Wenn ein Strom von der Stromquelle 4 zur Elektrode 1a, zum Anker 2 und zur Elektrode 1b fließt, wird durch diesen ein magnetisches Feld zwi­ schen den Elektroden 1a und 1b erzeugt. Der Anker 2 wird in Richtung des Pfeils 5 getrieben aufgrund ei­ ner durch Zusammenwirken des Magnetfeldes und des durch den Anker 2 fließenden Stroms entstehenden Kraft. Da das Projektil 3 in Richtung des Pfeiles 5 vor dem Anker 2 angeordnet ist, wird es durch den Anker 2 geschoben und ebenfalls in Richtung des Pfeils 5 getrieben. Eine Antriebskraft wirkt während einer Zeitspanne, in der ein elektrischer Strom von der Stromquelle 4 geliefert wird, auf das Projektil 3 ein und beschleunigt dieses. Obgleich dies in Fig. 10 nicht dargestellt ist, sind Wände aus isolierendem Material vorgesehen, die die beiden Seiten der Elek­ troden 1a und 1b umgeben.

Da die bekannte elektromagnetische Abschußvorrichtung vom Schienentyp in dieser Weise aufgebaut ist, wird beim Beschleunigungsvorgang des Projektils und des Ankers an der Seite des Eintritts des elektrischen Stroms zwischen den schienenförmigen Elektroden in bezug auf den sich bewegenden Anker eine hohe elek­ trische Spannung erzeugt, die eine Zerstörung der Isolierung bewirkt und zu einer Bogenentladung führt. Daher fließt ein Teil der oder sogar der gesamte von der Stromquelle gelieferte elektrische Strom in die Bogenentladung, was eine Verringerung der auf das Projektil wirkenden Antriebskraft und damit eine Ab­ nahme von dessen Beschleunigung bedeutet.

Weiterhin ist aus der US 4,796,511 eine elektromagnetische Abschußvorrichtung bekannt, bei der zwei parallele Schienen mit zusätzlichen Leitern in einem Lauf aufgenommen sind. Die Leiter sind mit den Schienenleitern verbunden, umgeben diese außerhalb der Laufbohrung und dienen dazu, den Stromfluß in entgegengesetzter Richtung zu sichern. Dadurch wirkt nur kurze Zeit ein Magnetfeld innerhalb der Laufbohrung oder außerhalb der Leiter, wenn ein Strom durch die Leiter und die Schiene fließt.

Die Beschleunigung des Projektils erfolgt mittels eines zusätzlichen Magneten, der supraleitend als Di- Pol zur Spaltsicherung eines konstanten Magnetfeldes quer zur Laufrichtung des Projektils ausgebildet ist. Dadurch sollen die Verluste in den Schienen verringert werden und die Schienenkonstruktion einfacher und kleiner erfolgen können.

Um zu sichern, daß der Strom nur in den Leitern und nicht in den Schienen auf der gesamten Länge des Laufes fließt, sind die Schienen mit Isoliermaterial in Segmente unterteilt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Abschußvorrichtung vom Schie­ nentyp zu schaffen, bei der die Erzeugung der hohen elektrischen Spannung zwischen den schienenförmigen Elektroden an der Seite des Eintritts des elektri­ schen Stroms in bezug auf den sich bewegenden Anker und die Zerstörung der Isolierung zwischen den Elek­ troden vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist eine elektromagnetische Abschußvorrichtung vom Schienentyp vorgesehen, die ein Projektil mittels einer elektro­ magnetischen Kraft beschleunigt und die umfaßt:
eine Mehrzahl von schienenförmigen Elektroden und
einen Anker, der so installiert ist, daß er die Mehr­ zahl von schienenförmigen Elektroden kurzschließt,
wobei wenigstens eine der Mehrzahl von Elektroden aus einem ersten leitenden Teil, der in Kontakt mit dem Anker steht, und einem zweiten, vom ersten leitenden Teil elektrisch isolierten leitenden Teil besteht, und der erste leitende Teil in eine Mehrzahl von lei­ tenden, gegeneinander isolierten Segmenten in der Beschleunigungsrichtung des Projektils unterteilt ist, derart, daß jedes der Mehrzahl von leitenden Segmenten mindestens ein Loch aufweist, durch welches der erste leitende Teil und der zweite leitende Teil durch einen Bogen überbrückt sind, wenn ein Strom durch den zweiten leitenden Teil fließt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B eine Seitenansicht und eine Schnitt­ darstellung einer Abschußvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Perspektivdarstellung eines ver­ größerten Teils der Abschußvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel,

Fig. 3A bis 3D erläuternde Darstellung einer zeitli­ chen Veränderung des elektrischen Stromflusses,

Fig. 4A bis 4D erläuternde Detaildarstellungen einer zeitlichen Veränderung der Bewegung des Bogens und des elektrischen Strom­ flusses,

Fig. 5A und 5B eine Draufsicht und eine Schnittdar­ stellung eines wesentlichen Teils ei­ ner Abschußvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung,

Fig. 6A und 6B und Fig. 7A und 7B jeweils Draufsichten und Schnittdar­ stellungen wesentlicher Teile anderer Ausführungsbeispiele der Erfindung,

Fig. 8 eine Perspektivdarstellung eines we­ sentlichen Teils des anderen Ausfüh­ rungsbeispiels,

Fig. 9 eine Schnittdarstellung des anderen Ausführungsbeispiels, und

Fig. 10 eine Darstellung einer bekannten elek­ tromagnetischen Abschußvorrichtung vom Schienentyp.

Fig. 1A zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungs­ beispiels einer elektromagnetischen Abschußvorrich­ tung vom Schienentyp nach der Erfindung, und Fig. 1B eine Schnittdarstellung entlang der Linie I-I in Fig. 1A. Hierin ist eine schienenförmige Elektrode 1 so angeordnet, daß sie mit dem Projektil 3 und dem Anker 2 in Kontakt steht. Ein erster leitender Teil, der beispielsweise aus den Oberflächenelektroden 6a, 6b und 6c besteht, ist parallel zur schienenförmigen Elektrode 1 ausgebildet, um ebenfalls in Kontakt mit dem Projektil 3 und dem Anker 2 zu stehen. Die Ober­ flächenelektroden 6a, 6b und 6c sind durch eine Iso­ lationsschicht 8 gegeneinander isoliert. Der erste leitende Teil ist in Richtung der Beschleunigung des Projektils 3 dreigeteilt, d. h. in die Oberflächen­ elektroden 6a, 6b und 6c. Der Anker 2 besteht aus einem Bogen. Das Projektil 3 wird in Richtung des Pfeils 5 beschleunigt. Das Projektil 3 tritt am Ab­ schnitt 12 ein und am Abschnitt 13 aus. Der zweite leitende Teil, zum Beispiel die rückseitige Elektrode 7, liegt auf der gegenüberliegenden Seite der leitenden Segmente 6a, 6b und 6c von der schienenför­ migen Elektrode 1, und ist gegenüber den Oberflächen­ elektroden durch die Isolationsschicht 8 isoliert. Die Durchbrechungen 9a, 9b und 9c sind jeweils bei den Segmenten 6a, 6b und 6c vorgesehen. Die Durchbrüche 10a, 10b und 10c sind in der Isolationsschicht 8 angeordnet. Wenn elektrischer Strom durch die rückseitige Elektrode 7 fließt, tritt der Bogen 2 auf den Segmenten 6a, 6b und 6c in die Bohrungen 9a, 9b und 9c und die Durchbrüche 10a, 10b und 10c ein, wodurch eine der Segmente 6a, 6b oder 6c und die rückseitige Elektrode 7 sich im leitenden Zustand befindet. Die Teile 14a und 14b sind Seitenwände.

Fig. 2 ist eine teilweise weggeschnittene Perspektiv­ darstellung, die den Durchbruch 9b und den Hohlraum 10b zeigt. Der Raum, in dem der Bogen 2 zwischen der schienenförmigen Elektrode 1 und den leitenden Segmenten 6a, 6b und 6c sich ausbildet, wird von den Seitenwänden 14a und 14b aus Isolations­ material begrenzt. In diesem Ausführungsbeispiel um­ geben die Seitenwände 14a, 14b die rückseitige Elek­ trode 7, können sich aber auch bis zu den Segmenten 6a, 6b und 6c erstrecken.

Im folgenden wird die Arbeitsweise beschrieben. Die Fig. 3A bis 3D sind erläuternde Darstellungen, die nacheinander den Ablauf in der elektromagnetischen Abschußvorrichtung vom Schienentyp zeigen. Ein Strom­ kreis wird gebildet, in welchem die Stromquelle 4 am Eintritts-Abschnitt 12 mit der schienenförmigen Elek­ trode 1 und der rückseitigen Elektrode 7 verbunden ist. Wenn zuerst ein elektrischer Strom zwischen die­ sen Elektroden 1 und 7 fließt, wie in Fig. 3A gezeigt ist, tritt ein Teil 2a des Lichtbogens 2 an der Rückseite des Projektils 3 in die Durchbrechung 9a und den Durchbruch 10a und der elektrische Strom fließt von der schienenförmigen Elektrode 1 zum Bogen 2, zum Lichtbogen 2a des Bogens, zur rückseitigen Elektrode 7 und zurück zur Stromquelle 4. Durch das Zusammenwir­ ken zwischen dem elektrischen Strom und dem von die­ sem erzeugten Magnetfeld wird das Projektil 3 in Richtung des Pfeiles 5 beschleunigt. Wenn als näch­ stes das Projektil 3 und der Bogen 2 zur in Fig. 3B gezeigten Stellung vorgerückt sind, wird der Lichtbo­ gen 2a noch in der Durchbrechung 9a und dem Hohlraum 10a zurückgehalten, und der elektrische Strom, wie durch die Pfeilrichtungen in Fig. 3B angedeutet ist, fließt von der Elektrode 1 zum Bogen 2, zum Segment 6a, zum Lichtbogen 2a des Bogens und zur rückseitigen Elektrode 7. Wenn das Projektil 3 und der Bogen 2 zum leitenden Segment 6b bewegt worden sind, wie in Fig. 3C gezeigt ist, er­ lischt der Lichtbogen 2a automatisch, da die Segmente 6a und 6b durch die Isolationsschicht 8 gegeneinander isoliert sind, und der Bogen 2 tritt in die Bohrung 9b und den Hohlraum 10b ein, so daß sich ein Lichtbogen 2b bildet. Als Ergeb­ nis fließt der elektrische Strom, wie die Pfeilrich­ tungen in Fig. 3C zeigen, von der Elektrode 1 zum Bogen 2, zum Lichtbogen 2b und zur rückseitigen Elek­ trode 7. Wenn das Projektil 3 und der Bogen 2 auf das Segment 6b vorrücken, wie in Fig. 3D dargestellt ist, fließt der Strom von der Elektrode 1 zum Bogen 2, zum Segment 6b, zum Lichtbo­ gen 2b und zur rückseitigen Elektrode 7. Der gleiche Vorgang findet statt, wenn das Projektil 3 und der Bogen 2 zum Segment 6c bewegt werden.

Die Fig. 4A bis 4D enthalten vergrößerte Darstellun­ gen, die in Einzelheiten den Vorgang wiedergeben, in welchem ein Teil des Bogens 2 in den Hohlraum 10b eintritt, wobei ein Durchgang für den elektri­ schen Strom geschaffen wird, während der Bogen 2 vor­ rückt. Wenn der Bogen 2 aus der Position in Fig. 4A zu der in Fig. 4D bewegt wird, tritt ein Teil des Bogens aus der Bohrung 9b in den Hohlraum 10b. In Fig. 4C befinden sich das Segment 6b und die rückseitige Elektrode 7 durch den Licht­ bogen 2b im leitenden Zustand. Wenn der Bogen 2 das Segment 6a verläßt, fließt der elektri­ sche Strom wie in Fig. 4C durch die Pfeilrichtungen angezeigt. Wenn der Bogen 2 weiter fortschreitet, wie Fig. 4D zeigt, wird der Lichtbogen 2b zwischen dem Segment 6b und der rückseitigen Elektro­ de 7 zurückgehalten, und der elektrische Strom I fließt wie durch die Pfeile in Fig. 4D angedeutet.

Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel dargestellt wurde, ist eine der nebeneinanderliegenden schienen­ förmigen Elektroden in drei leitende Segmente 6a, 6b und 6c unterteilt, die durch die Isolationsschicht 8 gegeneinander isoliert sind. In den Segmenten 6a, 6b und 6c sowie in der Isolations­ schicht 8 sind Löcher vorgesehen. Ein Teil des Bogens 2, der durch die Segmente 6a, 6b und 6c hindurchgeht, wird aus diesen Löchern herausgeblasen. Durch diesen Teil des Bogens gelangen die rückseitige Elektrode 7 und die Segmente 6a, 6b und 6c, die durch die Isolationsschicht 8 gegenüber der rückseitigen Elektrode 7 isoliert sind, in den lei­ tenden Zustand. Daher liegt zum Beispiel in Fig. 3D keine elektrische Spannung zwischen der schienenför­ migen Elektrode 1 und den Segmenten 6a und 6c, mit Ausnahme des Segmentes 6b, das in Kontakt mit dem Bogen 2 steht. Daher wird bei den Segmenten mit Ausnahme des Segmentes 6b, das mit dem Bogen 2 in Berührung steht, keine Zerstörung der Isolation bewirkt, wird kein Bogen erzeugt und wird kein elektrischer Strom abge­ zweigt. Daher werden der Antrieb des Bogens 2 und des Projektils 3 wirkungsvoll durchgeführt. Da weiterhin für die elektrische Leitung zwischen dem Segment 6b und der rückseitigen Elektrode 7 der Lichtbogen 2b des Bogens 2 verwendet wird, muß kein besonderer Schalter zwischen den leitenden Segmenten 6a, 6b und 6c und der rückseitigen Elektrode 7 installiert werden.

Wenn weiterhin die Querschnittsflächen der Hohlräume 10a, 10b und 10c in der Isolationsschicht 8 größer ausgebildet sind als die der anliegenden Durchbrechungen 9a, 9b und 9c, dann wird der elektri­ sche Widerstand der Segmente 6a, 6b und 6c und des in den Löchern gebildeten Bogens kleiner, was die Wirksamkeit erhöht.

Wenn die Intervalle zwischen den leitenden Segmenten 6a, 6b und 6c in der Beschleuni­ gungsrichtung des Projektils 3 verkürzt werden in bezug auf die ausgedehnte Länge in der Laufrichtung des Bogens 2, dann kann der Bogen glatt zwischen den Segmenten 6a, 6b und 6c verschoben werden. Die ausgedehnte Länge in der Lauf­ richtung des Bogens 2 kann durch den elektrischen Strom und die Geschwindigkeit bestimmt werden.

Im vorangehenden Ausführungsbeispiel wurde der Fall beschrieben, in dem die Anzahl der Segmente drei beträgt. Jedoch ist die Erfindung in gleicher Weise wirksam bei zwei, vier oder mehr Segmenten.

Die Fig. 5A und 5B zeigen ein anderes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung anhand eines vergrößert darge­ stellten Teils der elektromagnetischen Abschußvor­ richtung. Fig. 5A zeigt eine Draufsicht ohne die schienenförmige Elektrode 1 und Fig. 5B ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 5A. Im vorhergehenden Ausführungsbeispiel wurde eine Durchbrechung in einem Segment vorgesehen. Wie jedoch in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, können in dieser auch zwei oder mehr Durchbrechungen angeordnet sein. Die Anzahl der Hohlräume kann eins für eine Durchbrechung betragen, oder es können auch ein oder mehrere Hohlräume für mehrere Durchbrechungen vorgesehen sein, wie in Fig. 5A und 5B gezeigt ist. Die Gestalt der Durchbrechungen und Hohlräume muß nicht notwendig kreisförmig sein, sie kann auch vierseitig, rinnenförmig sowie anderweitig ausgebildet sein.

Die Fig. 6A und 6B geben ein Beispiel wieder, in wel­ chem den Hohlraum 10b eine rinnenförmige Ge­ stalt aufweist, dessen Länge der Breite des Segmentes 6b entspricht. Fig. 6A zeigt die Drauf­ sicht ohne die schienenförmige Elektrode 1, und Fig. 6B enthält eine Schnittansicht entlang der Linie VI- VI in Fig. 6A. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die gleiche Wirkung erzielt wie bei den vorhergehen­ den Ausführungsbeispielen. Weiterhin kann mit der gleichen Wirkung die Durchbrechung 9b so gestaltet sein, daß ein Ende des Segmentes ausge­ schnitten wird, wie Fig. 7A und 7B zeigen.

Weiterhin kann, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, die Durchbrechung zur Erzielung der gleichen Wirkung so ausgebildet sein, daß ein Raum zwischen einem Segment und einem die benachbarten Segmente isolierenden Teil vorgesehen ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind, obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, die Seitenwän­ de so angeordnet, daß sie die schienenförmige Elek­ trode und die leitenden Segmente umgeben.

Im vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird der Quer­ schnitt senkrecht zur Laufrichtung durch den Raum zwischen der schienenförmigen Elektrode, den Segmenten und den Seitenwänden gebildet. Jedoch kann, wie in Fig. 9 dargestellt ist, dieser Quer­ schnitt auch kreisförmig sein. Die Erfindung bezieht sich auf entsprechende Querschnitte jeglicher Ge­ stalt, durch den ein Projektil bestimmter Form unge­ hindert hindurchtreten kann.

Wie beschrieben wurde, umfaßt die elektromagnetische Abschußvorrichtung vom Schienentyp mit einer Mehrzahl paralleler, schienenförmiger Elektroden und einem diese Elektroden kurzschließenden Anker, in der ein Projektil aufgrund elektromagnetischer Kräfte be­ schleunigt wird, einen ersten leitenden Teil wenig­ stens einer der Elektroden, der mit dem Anker in Kon­ takt steht, und einen zweiten leitenden Teil, der gegenüber dem ersten leitenden Teil isoliert ist. Der erste leitende Teil ist in Beschleunigungsrichtung des Projektils in mehrere Segmente unterteilt, die elektrisch gegeneinander isoliert sind. Wenigstens ein Loch ist für jedes der Segmente des ersten lei­ tenden Teils vorgesehen. Wenn ein elektrischer Strom in den zweiten leitenden Teil fließt, werden der er­ ste leitende Teil und der zweite leitende Teil durch das Loch hindurch mittels eines Lichtbogens überbrückt. Hierdurch kann die Vorrichtung beim Beschleunigungs­ prozeß des Projektils und des Ankers die Erzeugung einer hohen elektrischen Spannung zwischen den schie­ nenförmigen Elektroden auf der Eintrittsseite des elektrischen Stroms in bezug auf den bewegten Anker verhindern und kann eine Zerstörung der Isolation zwischen den schienenförmigen Elektroden unterbinden.

Claims (1)

1. Elektromagnetische Projektil-Abschußvorrichtung mit schienenförmigen Elektroden als Beschleunigungsstrecke und einem die Elektroden überbrückenden Kurzschlußanker, wobei wenigstens eine der Elektroden eine Mehrzahl von Segmenten aufweist, dadurch gekennzeichnet,
   daß mindestens eine der Elektroden (1, 6, 7) aus zwei Teilanordnungen (6, 7) besteht, wobei die erste Teilanordnung aus in Beschleunigungsrichtung des Projektils (3) aufeinanderfolgenden leitenden Segmenten (6a, 6b, 6c) im Kontakt mit dem Anker (2) steht, und der zweite leitende Teil (7) wie die Segmente (6a, 6b, 6c) untereinander von diesen mittels einer Durchbrüche (10a, 10b, 10c) aufweisenden Isolierung (8) elektrisch isoliert ist, und
   daß jedes der Segmente (6a, 6b, 6c) mit mindestens einer Durchbrechung/Bohrung (9a, 9b, 9c) versehen ist, die mit wenigstens einem Durchbruch/Hohlraum (10a, 10b, 10c) in der Isolierung (8) in Verbindung steht, so daß die erste und zweite Teilanordnung durch elektrische Bogenentladung (2a, 2b, 2c) überbrückbar sind.