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Die Erfindung betrifft magnetische Minenräumsysteme, die die
Zerstörung von Unterwasserminen ermöglichen, bei denen die
Auslösung durch die vom zu versenkenden Schiff
hervorgerufenen Veränderungen des magnetischen Feldes erfolgt. Der
Großteil der Schiffe ist nämlich aus Eisen hergestellt und
enthält außerdem große ferromagnetische Massen. Selbst wenn es
gelungen ist, diese zu entmagnetisieren, verursachen sie eine
erhebliche Störung des Erdmagnetfeldes. Es ist daher
vergleichsweise leicht, diese Störungen zu entdecken, um eine
Mine zur Explosion zu bringen.
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Um solche Minen zu räumen, d.h. sie explodieren zu lassen,
ohne daß sie Schäden verursachen, ist es aus der europäischen
Patentanmeldung 0 130 767 bekannt, hinter einem
Minenräumboot, das selbst so ausgelegt ist, daß es ein Minimum an
magnetischer Störung verursacht, eine Anzahl an einem Tau
befestigter Magneten zu schleppen. Die Magnetisierung dieser
Magnete kann durch eine Folge von Stufen variiert werden, die
es ermöglicht, ziemlich grob längs dieser Vorrichtung die
räumliche Verteilung des Magnetfeldes eines Schiffes mit
großen Abmessungen zu simulieren, da diese Verteilung unter dem
Namen magnetische Kennung bekannt ist.
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Außer der Tatsache, daß die Simulation weit davon entfernt
ist, perfekt zu sein, macht dieses Verfahren ein voluminöses
und schwer zu schleppendes Material nötig, um schließlich nur
eine ziemlich kleine Fläche abzudecken. Denn während die
Längsverteilung des Magnetfeldes derjenigen eines Schiffes
geläufiger Art entsprechen soll, besteht ein Interesse, daß
die Verteilung in der Breite so groß wie möglich ist, weil
die Mine die Verteilung des Magnetfeldes nur längs des für
das Schiff angenommenen Weges erkennt, nicht jedoch diese
Breitenverteilung, die unter der Bezeichnung Abfangbreite
bekannt ist. Diese Abfangbreite sollte so groß wie möglich
sein, damit jede Vorbeifahrt des Minenräumbootes die Minen in
einer Fahrrinne zerstört, die so breit wie möglich ist.
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Bei dem in der als Referenz zitierten Patentanmeldung
beschriebenen Beispiel ist jeder Magnet in einem Tank mit einer
Abmessung von 0,9 m 5 m Länge bei einem Gesamtgewicht von 3
Tonnen enthalten, was es indessen nur erlaubt, ein ziemlich
schwaches magnetisches Moment von 90 000 A/m² zu erhalten.
Andererseits erfolgen die Veränderungen in der Magnetisierung
in Stufen von 10 000 A/m², was es nur eine ziemlich grobe
Näherung der zu simulierenden Magnetfeldverteilung
ermöglicht.
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Um diese Unzulänglichkeiten zu beseitigen, wird in der
europäischen Patentanmeldung 0 366 522 vorgeschlagen, eine Anzahl
von Solenoiden zu verwenden, die über die gewünschten
Abfangbreite verteilt sind und von dem Minenräumboot in einem
ausreichenden Abstand geschleppt werden. Diese Solenoiden sind
in als Tanks bezeichneten Behältern enthalten und werden mit
einem variablen elektrischen Strom versorgt, derart, daß die
durch die Stromänderungen erhaltenen Magnetfeldänderungen die
Vorbeifahrt eines Schiffes der gewünschten Größe simulieren,
während die Verteilung der Solenoiden in Fahrtrichtung des
Minenräumboots praktisch punktförmig ist.
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Die Entfernung zwischen dem Minenräumboot und den Kanistern
beträgt ca. 400 m, um jede Verwirrung zwischen dem
Restmagnetfeld des Minenräumbootes und dem Magnetfeld der Solenoide
zu vermeiden und zu verhindern, daß das Minenräumboot durch
die Explosion der durch die Solenoide ausgelösten Minen
beschädigt wird.
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Die Tanks werden voneinander durch eine Querstange im Abstand
gehalten, die sie um eine Breite 1 getrennt hält, die der
Abfangbreite eines jeden der Tanks entspricht. Es wird so
eine Abfangbreite von 3 l erhalten, die proportional zur
Masse des Solenoiden und zur darin verbrauchten Stromstärke
beträchtlich höher ist als jene, die von einem einzelnen
Solenoiden erhalten würde.
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Durch die Verwendung eines Aluminiumleiters mit einem
Querschnitt von 5 x 10 mm² wurde ein Solenoid mit 3960 Windungen
hergestellt, dessen Durchmesser 0,9 m und dessen Gesamtlänge
4,38 m ist. Der Widerstand dieses Solenoiden beträgt 5,70 Ohm
und seine Induktivität 4,5 H. Die Verwendung von Aluminium
ermöglichte es, für diese Vorrichtung ein Gewicht von weniger
als 1700 kg zu erhalten, was einem Gewinn an Masse gegenüber
Kupfer bei demselben magnetischen Moment um einen Faktor 1,77
entspricht.
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Durch die Versorgung dieses Solenoids mit einem 40
kW-Verstärker, der 80 A/500V liefert, wird ein magnetisches Moment
von 167 000 A/m² erhalten, das es ermöglicht, mit einem
einzigen Solenoiden eine Abfangbreite von mehr als 100 m zu
erhalten. Bei dem hier zitierten Beispiel ist die gesamte
Abfangbreite 3 l zum Minenräumen folglich wenigstens gleich 300
m. Die Verwendung von N parallel angeordneten Solenoiden
ermöglicht es, unter dem Energiegesichtspunkt eine
Leistungsverminderung um einen Faktor 1/N² zu erreichen, d.h. im
beschriebenen Beispiel um einen Faktor 9. Weiterhin sind die
Größe und die Masse von N Solenoiden insgesamt wesentlich
geringer als die Größe und die Masse eines einzelnen
Solenoiden mit der gleichen Abfangbreite. Tatsächlich haben
Berechnungen und Versuche in bezug auf die Verwendung eines
einzelnen Solenoiden unter Berücksichtigung der Nebeneffekte
gezeigt, daß eine voluminöse, sehr schwere und ungefähr 1
Megawatt Energie verbrauchende Vorrichtung hergestellt werden
müßte, um dieselben Resultate wie mit den drei oben
beschriebenen Solenoiden zu erreichen.
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Eine solche Vorrichtung ermöglicht es darüber hinaus,
wechselnde Magnetfelder zu simulieren, die in jedem Schiff
bestehen, welche Vorsichtsmaßnahmen auch immer getroffen werden.
So erzeugt z.B. die einfache Bewegung der Schiffsschrauben im
Meerwasser, das leitend ist, wechselnde Magnetfelder mit
Frequenzen in der Größenordnung von einem Hertz, die obgleich
schwach, als Eigenschaften eines Schiffes genau bestimmbar
sind, um eine magnetische Mine, die die Bestimmung solcher
Magnetfelder erlaubt, zu zünden.
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Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht es, neben dem
Hauptsolenoid ein sekundäres Solenoid zu wickeln, das für eine
Versorgung mit einem Wechselstrom bestimmt ist, um diese
wechselnden Magnetfelder zu simulieren. Ein solches Solenoid
kann z.B. aus einem Draht mit 2 mm² Querschmitt, gewickelt in
158 Windungen, mit einem Durchmesser von 0,90 m und einer
Länge von 0,35 m hergestellt werden. Der Widerstand eines
solchen Solenoids ist 3 Ohm und seine Induktivität 0,09 H.
Durch die Versorgung mit einem Wechselstrom von 10 A wird ein
magnetisches Moment von etwa gleich 1000 A/m² erhalten, was
eine Stärke ist, die gänzlich ausreicht, um die wechselnden
Magnetfeldern eines Schiffs geeigneter Größe zu simulieren.
Die weiter oben angeführte Zahl von 1700 kg enthält das
Gewicht dieses für die Erzeugung eines wechselnden Magnetfeldes
bestimmten Solenoiden.
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Die magnetische Kennung eines Schiffes oder eines
Unterseebootes ist jedoch in der Zeit langsam veränderlich und zeigt
Nulldurchgänge. Die Solenoiden der weiter oben beschriebenen
Anordnungen werden daher mit Wechsel strömen sehr niedriger
Frequenz in der Größenordnung von 1/10 Hertz versorgt, die
nicht mit den Strömen verwechselt werden dürfen, die zur
Simulation der parasitären wechselnden Magnetfelder bestimmt
sind, die z.B. durch Schiffsschrauben, wie weiter oben
beschrieben, erzeugt werden.
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Wenn der von dem Generator zu den Solenoiden gelieferte Strom
durch Null geht, werden alle Komponenten des magnetischen
Feldes zu Null.
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Dies ist ein wesentlicher Nachteil, denn moderne Minen können
mit einem Magnetometer mit drei rechtwinkligen Achsen
ausgerüstet sein, das so verdrahtet ist, daß es die
Gleichzeitigkeit des Verschwindens der Änderung in den drei Komponenten
mißt.
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Diese Messung ermöglicht es, die Anwesenheit eines
Minenräumbootes zu erkennen und die Zündung zu überwachen.
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Um diese Detektionsmaßnahme zu kontern, schlägt die Erfindung
ein System nach Anspruch 1 vor.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich klar aus der folgenden Beschreibung, die als nicht
einschränkendes Beispiel anhand der beigefügten Figur gemacht
wird, die schematisch einen Tank gemäß der Erfindung zeigt,
der mit einer Stromerzeugungsvorrichtung zur Versorgung der
Solenoiden in diesem Tank verbunden ist.
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Jeder von dem Minenräumboot geschleppte Tank 103 ist
zusätzlich zu einem bekannten longitudinalen Solenoid 201 mit einer
horizontalen Flachspule 221 ausgerüstet.
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Die beiden Spulen werden mit demselben Strom I(t) versorgt,
der von einem Generator 204 über zwei Verstärker 205 und 215
kommt.
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Ein π/2-Phasenschieber 222 ist zwischen dem Generator 204 und
dem Verstärker 215 eingefügt.
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Die beiden so versorgten Spulen liefern ein Magnetfeld, das
sich in einer vertikalen Ebene dreht, die parallel zu der
Achse der Bewegung des Tanks und des Schleppschiffes ist.
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Unter Berücksichtigung der jeweiligen Oberflächen der zwei
Spulen wird die Zahl der Windungen so angepaßt, daß die
Magnetfeldkomponenten gleich sind, um einen konstanten Betrag
des erzeugten Magnetfeldes zu erzeugen, das dann zirkular
ist.
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Als Zahlenbeispiel wird angegeben:
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- Größe des Solenoids:
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Durchmesser ≈ 1,2 m
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Länge: 3,5 in
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- Abmessungen der horizontalen Spule:
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Länge: 3,5 m
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Breite: 1,2 m
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Höhe: 0,15 m
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Neben der Tatsache, daß die drei Simulationskomponenten des
Magnetfeldes nicht mehr gleichzeitig zu Null werden, ergibt
diese Vorrichtung die weiteren nachfolgenden Vorteile:
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- permanente Abgabe einer optiinierten Spitzenleistung;
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- Gleichförmigkeit des Einflusses in Längsrichtung;
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- sehr gute Verteilung der vertikalen und longitudinalen
Komponenten.
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Dadurch wird eine viel bessere Simulation der magnetischen
Kennung eines Schiffes aufgrund einer stärkeren Annäherung an
die Wirklichkeit erreicht.