DE4124112C2 - Elektromagnetische Projektil-Abschußvorrichtung - Google Patents
Elektromagnetische Projektil-AbschußvorrichtungInfo
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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.
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)
- 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.
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