DE69505654T2

DE69505654T2 - Plasma generator für elektrothermische patronenpfropfe

Info

Publication number: DE69505654T2
Application number: DE69505654T
Authority: DE
Inventors: Yeshayahu S. A. Gaithersburg Md 20878 Goldstein; Joseph R. Greenbelt Md 20770 Greig; Michael Alexandria Va 22308 Raleigh; Melvin M. Rochester Hills Mi 48306 Widner
Original assignee: GEN DYNAMICS LAND SYSTEMS Inc; General Dynamics Land Systems Inc
Current assignee: GEN DYNAMICS LAND SYSTEMS Inc; General Dynamics Land Systems Inc
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2015-03-09
Also published as: DE69505654D1; IL113035A0; EP0758441A1; KR100290556B1; US5549046A; AU682951B2; IL113035A; EP0758441A4; EP0758441B1; KR970702986A; WO1995030874A1; AU2117495A

Description

TECHNISCHES ANWENDUNGSGEBIET

Die Erfindung betrifft einen Plasmagenerator für eine elektrothermische Gewehrpatrone, wie durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.

STAND DER TECHNIK

Übliche Plasmageneratoren für elektrische Gewehrpatronen haben zwei axial beabstandete Elektroden, zwischen denen ein Kapillarrohr verläuft, um einen elektrischen Lichtbogen bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden zu erzeugen. Dieser elektrische Lichtbogen erzeugt ein Plasma, das eine Treibladung zündet, um erhitztes und mit Druck beaufschlagtes Gas zum Abschießen eines Geschosses der Patrone zu erzeugen. Solche früheren Plasmageneratoren sind in den US - Patenten 4 711 154 von Chryssomallis et al. 4 715 261 von Goldstein et al. 4 895 062 von Chryssomallis et al. 4 974 487 von Goldstein et al, 5 072 647 von Goldstein et al, und 5 171 932 (der Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs 1) von Mc Elroy offenbart, wobei letzteres Elektroden hat, die radial voneinander bezüglich der zentralen Achse der Patrone beabstandet sind, um die Zündung eines Ladungskörpers zu bewirken.
Bei diesen üblichen Patronenplasmageneratoren befinden sich der elektrische Lichtbogen, der erzeugt wird, und das resultierende Plasma nicht stets an der Sollstelle für eine richtige Treibladungszündung. Außerdem erzeugt die auftretende relativ große elektrische Spannung von einigen Kilovolt, die einen Strom von der Größenordnung von 10-100 Kilo Ampere bewirkt, relativ große elektromagnetische und hydrodynamische Kräfte infolge der geringen Volumina, in denen das Plasma erzeugt wird. Diese Kräfte können die Patronenkonstruktion und die Metallelektrodenkonstruktion für die Stromführung zerstören.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegende Erfindung besteht darin, einen verbesserten Plasmagenerator für eine elektrothermische Gewehrpatrone zu schaffen, um die Zeitsteuerung und die räumliche Verteilung des Plasmas genau zu kontrollieren und sicherzustellen, daß die Zündung der Treibladung wie beabsichtigt erfolgt. Die Erfindung wird durch den Wortlaut des Patentanspruchs definiert.
Aufgrund der Lösung es obigen und weiterer Aufgaben der Erfindung hat der Plasmagenerator für eine elektrothermische Gewehrpatrone, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, ein langgestrecktes Stabelement aus Metall, das längs einer zentralen Achse des Plasmagenerators verläuft sowie ein langgestrecktes Rohrelement aus Metall, welches sich um das Stabelement beabstandet und koaxial hierzu erstreckt. Das langgestreckte Rohrelement aus Metall besitzt wenigstens einen axialen Spalt über seine Länge. Ein langgestreckter ringförmiger Isolator aus synthetischem Harz befindet sich zwischen den beiden langgestreckten Elementen aus Metall und steht in Kontakt mit diesen, so daß eine längs des langgestreckten Rohrelement aus Metall angelegte elektrische Spannung einen elektrischen Lichtbogen am axialen Spalt bewirkt, um ein Plasma zu erzeugen, während der Isolator und das langgestreckte Stabelement aus Metall eine Abstützung für das langgestreckte Rohrelement aus Metall bilden.
Diese Konstruktion des Plasmagenerators erlaubt die Steuerung einer exakten örtlichen und zeitlichen Plasmageneration ohne jegliche relative Bewegung der einzelnen Elemente aufgrund der großen freigesetzten elektromagnetischen und hydrodynamischen Kräfte.
Beste Ergebnisse werden dadurch erzielt, daß der axiale Spalt eine Sicherung hat, die beim Anlegen der Spannung an das langgestreckte Rohrelement aus Metall abbrennt, um die Erzeugung des elektrischen Lichtbogens und damit des Plasmas zu erleichtern. Es ist auch möglich, den Lichtbogen durch Anlegen einer ausreichenden Spannung nur an einen Luftraum am axialen Spalt zu erzeugen, wobei eine Sicherung die Erzeugung des Lichtbogens genauer kontrolliert.
Bei unterschiedlichen Bauweisen des offenbarten Plasmagenerators ist das langgestreckte Rohrelement aus Metall mit mehreren axialen Spalten zur Erzeugung getrennter elektrischer Lichtbögen an axial beabstandeten Stellen versehen. Das langgestreckte Rohrelement aus Metall kann axiale Spalten haben, die so aufgebaut sind, daß getrennte elektrische Lichtbögen an ihnen gleichzeitig oder aufeinanderfolgend über dessen Länge erzeugt werden. Die aufeinanderfolgende Erzeugung voneinander getrennter elektrischer Lichtbögen kann durch eine vollständige Isolation der metallischen Elemente an den axialen Spalten erreicht werden, so daß keine elektrischen Lichtbögenbildung erfolgt, wenn die elektrischen Lichtbögen an den axialen Spalten gebildet werden.
Der Plasmagenerator kann auch so konstruiert sein, daß der elektrische Lichtbogen eine Drehbewegung ausführt, die das Plasma gleichmäßig verteilt und daher die Treibladung der zugehörigen Gewehrpatrone gleichmäßig zündet. Das Rohrelement mit dem axialen Spalt kann in etwa spiralförmig verlaufende Abschnitte mit entgegengesetzter Steigung an gegenüberliegenden Seiten des axialen Spaltes haben, um eine Drehbewegung des elektrischen Lichtbogens hervorzurufen. Es können mehrere axiale Spalten und zugehörige, spiralförmig verlaufende Abschnitte vorhanden sein, die wie zuvor beschrieben, entweder gleichzeitig oder nacheinander aktiviert werden können.
Es ist ebenfalls möglich, daß der Plasmagenerator ein zweites langgestrecktes Rohrelement aus Metall hat, das das erste beabstandet aufnimmt und sich koaxial zu diesem und zum Stabelement erstreckt. Ein zweiter langgestreckter ringförmiger Isolator aus synthetischem Harz liegt dazwischen und berührt beide Rohrelemente aus Metall. Eines der langgestreckten Elemente aus Metall hat wenigstens einen axialen Spalt, um einen elektrischen Lichtbogen und ein Plasma zu erzeugen, wenn eine elektrische Spannung über seine Länge gelegt wird. Wie bereits offenbart, haben das erste und das zweite langgestreckte Rohrelement aus Metall die axialen Spalte und jedes hat mehrere axiale Spalte.
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung im Zusammenhang mit den beigelegten Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1a ist eine schematische Darstellung eines Gewehrs und einer elektrothermischen Gewehrpatrone, mit einem Plasmagenerator, der gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Stellen für eine gleichzeitige Plasmageneration entlang dessen Länge zur Zündung einer Treibladung der Patrone hat;
Fig. 1b ist eine schematische Darstellung des Gewehrs und der Patrone der Fig. 1a, jedoch in einem späteren Zustand, nachdem die Treibladung gezündet wurde, um ein erhitztes und unter Druck stehendes Gas für den Abschuß eines Geschosses der Patrone zu erzeugen;
Fig. 2a-2g sind schematische Darstellungen eines Gewehrs und einer elektrothermischen Gewehrpatrone mit einem Plasmagenerator, gemäß dieser Erfindung mit mehreren Stellen für eine aufeinanderfolgende Plasmageneration, die die Treibladung der Patrone zündet, um ein erhitztes und unter Druck stehendes Gas für den Abschuß des Geschosses zu erzeugen;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Plasmagenerators;
Fig. 4 ist Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3 des Plasmagenerators;
Fig. 5 ist ein vergrößerter Schnitt eines Teils der Fig. 4, um die Bauweise des Plasmagenerators darzustellen, und zeigt Drahtsicherungen, die gleiche Größe für den gleichzeitigen Betrieb oder unterschiedliche Größe, die durch eine strichpunktierte Linie gezeigt ist, für sequentiellen Betrieb haben können;
Fig. 6 ist ein Querschnitt des Plasmagenerators längs der Linie 6-6 in Fig. 5;
Fig. 7 ist eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform vergleichbar mit Fig. 5, bei der die Sicherungen durch einen Kohlenstoffüberzug, der durch Aufspritzen angebracht werden kann, gebildet sind;
Fig. 8 ist eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform des Plasmagenerators, der ein langgestrecktes Rohrelement aus Metall mit spiralförmig verlaufenden Abschnitten hat, so daß eine Drehbewegung des elektrischen Lichtbogens erzeugt wird, um das erzeugte Plasma zu verteilen;
Fig. 9 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Plasmagenerators;
Fig. 10 ist einen Schnitt in der gleichen Richtung wie in Fig. 9 durch den Plasmagenerator, um seine Bauweise aufzuzeigen;
Fig. 11 ist eine perspektivische Teilansicht des Plasmagenerators der Ausführungsform der Fig. 9 und 10;
Fig. 12 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Ausschnittes von Fig. 10, um die Bauweise des Plasmagenerators an einer Sicherungsstelle weiter aufzuzeigen, welche gleich große Sicherungen für den gleichzeitigen Betrieb haben kann, wie die durchgezogenen Liniendarstellung zeigt oder unterschiedliche Sicherungsgrößen für den sequentiellen Betrieb, wie die strichpunktierte Darstellung zeigt;
Fig. 13 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 12 einer weiteren Ausführungsform des Plasmagenerators, wobei die Sicherung mit einem Kohlenstoffüberzug versehen ist;
Fig. 14, 15 und 16 sind aufeinanderfolgende Darstellungen ähnlich zu Fig. 12 einer weiteren Ausführungsform, die einen Nebenschluß des elektrischen Lichtbogens zwischen einem langgestreckten Stabelement aus Metall und einem langgestreckten Rohrelement aus Metall zusätzlich zu einer achsialen Lichtbogenbildung erzeugt, nachdem die Sicherung abbrennt;
Fig. 17 ist eine Ansicht schnittlängs der Linie 17-17 in Fig. 14, um zu zeigen, wie die Sicherung durch Bohren runder Löcher von entgegengesetzten Seiten des Plasmagenerators ausgebildet werden können;
Fig. 18 ist eine Fig. 14 ähnliche Darstellung, die jedoch eine strichpunktierte Linie spiralförmig verlaufender Abschnitte des langgestreckten Stabelementes aus Metall zeigt, um eine Drehbewegung des Lichtbogens zu erzeugen und das Plasma zu verteilen;
Fig. 19 ist ein Schnitt einer weiteren Ausführungsform, die ein erstes und zweites langgestrecktes Rohrelement aus Metall hat, welche zueinander und zu einem langgestreckten Stabelement aus Metall koaxial sind und in Verbindung mit zwei Versorgungsspannungen benutzt werden;
Fig. 20 ist im Teilschnitt eine perspektivische Darstellung einer elektrothermischen Gewehrpatrone mit dem in seinem Gehäuse montierten Plasmagenerator der Erfindung;
Fig. 21 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Patronenbodens des Gehäuses in Fig. 20, um zu zeigen, in welcher Weise die Montage erfolgt;
Fig. 22 ist teilweise im Schnitt eine perspektivische Darstellung einer weiteren elektrothermischen Gewehrpatrone mit mehreren Plasmageneratoren, welche in dessen Gehäuse montiert sind und
Fig. 23 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Patronenbodens des Gehäuses in Fig. 22, um zu zeigen, in welcher Weise die Montage.

BESTE MÖGLICHKEITEN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1a zeigt eine elektrothermische Gewehrpatrone 30, die innerhalb eines Gewehres 32 etwas schematisch dargestellt ist und ein Gehäuse 34 mit einem Patronenboden 36 und einem Geschoßende 38 besitzt, wobei letzteres das Geschoß 40 beim Abschuß durch den Lauf 42 des Gewehres unterstützt. Im Patronengehäuse 34 beinhaltet die Patrone einen Plasmagenerator 44, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist, um ein Plasma zu erzeugen und um eine Treibladung 46 zu zünden, die sich ebenfalls in der Patrone befindet. Im weiteren wird diese Plasmageneration ausführlich beschrieben. Die Plasmageneration wird durch das Anlegen eines elektrischen Stromstoßes aus einer Stromquelle 48 durch das Schließen eines Schalters 50 hervorgerufen. Die angelegte Spannung ist relativ hoch, in der Größenordnung von einigen Kilovolt und erzeugt einen durchgehenden Stromfluß von einigen zehn bis 100 Kiloampere. Dieser große Stromfluß erzeugt relativ große elektromagnetische Kräfte sowie beträchtliche Kräfte, die von einer elektrischen Lichtbogenbildung, die das Plasma erzeugt, herrühren. Der Aufbau des Plasmagenerators der im weiteren genauer beschrieben wird, ist imstande diesen Kräften zu widerstehen und trotzdem die Plasmageneration an der bezeichneten Stelle zu erzeugen. Die Treibladung 46 beinhaltet einen Treibstoff und ein Oxidationsmittel, z. B. eine Aufschlämmung aus Aluminiumpulver und Wasser und verbrennt in einer Zeit in der Größenordnung von einer bis einigen Millisekunden, im Gegensatz zu der viel schnelleren Verbrennung durch Explosion, verbunden mit einer Stoßausbreitung, die in Mikrosekunden stattfindet.
Wie in Fig. 1a dargestellt ist, gibt es mehrere Stellen 52 entlang des Plasmagenerators, an denen das Plasma erzeugt wird, um die Treibladung 46 zu zünden. Der Aufbau des Plasmagenerators 44 ist für nur eine einzige Stelle der Plasmaerzeugung ebenso geeignet wie für die Plasmaerzeugung an verschiedenen Stellen, die so genau plaziert sind, daß die Zündung der Treibladung eine effektive Arbeitsweise der Patrone bewirkt. Die Entzündung der Treibladung durch das Plasma, wie es Fig. 1a zeigt, erzeugt ein erhitztes und unter Druck stehendes Gas, welches schematisch bei 54 in Fig. 1b dargestellt ist und welches eine Expansion in die Richtung der Pfeile 56 bewirkt, um das Geschoß 40 abzuschießen.
Wie im weiteren noch näher beschrieben wird, ist es auch möglich, den Plasmagenerator 44 so zu bauen, daß eine aufeinanderfolgende Plasmaerzeugung an den einzelnen Stellen 52 möglich ist, wie es in den Fig. 2a-2g dargestellt ist. Genauer gesagt erfolgt der Beginn der Zündung der Stelle 52, die sich neben dem Geschoß 40 befindet, wie es Fig. 2a zeigt, um die angrenzende Treibladung 46 zu zünden und das Gas 54 zu erzeugen, wie in Fig. 2b gezeigt ist, so daß die Expansion, die durch Pfeile 56 markiert ist, die Geschoßbewegung startet. Nach der Initialzündung wird an der nächst folgenden Austrittsstelle 52 ein Plasma Fig. 2c erzeugt, um die angrenzende Treibladung 46 zu zünden und um ein zusätzliches erhitztes und unter Druck stehendes Gas 54 zu erzeugen, welches die Expansion, angezeigt durch Pfeile 56, und die weitere Bewegung des Geschosses 40 fortführt. Die nächste Zündung erfolgt an der am Patronenboden 36 des Gehäuses angrenzenden Austrittsstelle 52, wie Fig. 2a zeigt, um die angrenzende Treibladung 46 zu entzünden und um weiteres Gas zu erzeugen, welches die Expansion wie Fig. 2f zeigt, nachdem die gesamte Treibladung entzündet ist und erhitztes und unter Druck stehendes Gas für die Beendigung der Zündung wie Fig. 2g zeigt.
Für die gleichzeitige Zündung, dargestellt in Fig. 1a und 1b und die aufeinanderfolgende Zündung, dargestellt in Fig. 2a-2g gilt, daß abhängig von der entsprechend verwendeten Patrone zwei oder mehr als die drei dargestellten Stellen 52 zur Plasmaerzeugung verwendet werden können.
Mit Bezug auf Fig. 3-6 wird eine bevorzugte Form des Plasmagenerators 44 einer elektrothermischen Gewehrpatrone beschrieben, der ein langgestrecktes Stabelement 58 aus Metall beinhaltet, welches sich längs einer zentralen Achse A des Plasmagenerators erstreckt. Ein langgestrecktes Rohrelement 60 aus Metall des Plasmagenerators erstreckt sich im Abstand zu dem Stabelement 58 und koaxial zu diesem. Das Rohrelement 60 hat einen axialen Spalt 62 an jeder Stelle 52 des elektrischen Lichtbogens, der das Plasma erzeugt. Ein langgestreckter ringförmiger Isolator 64 aus synthetischem Harz befindet sich zwischen den beiden langgestreckten Elementen 58, 60 aus Metall und berührt diese derart, daß eine an dem einen Element 60 aus Metall angelegte elektrische Spannung einen elektrischen Lichtbogen an dessen axialem Spalt 62 bewirkt, um ein Plasma zu erzeugen, während der Isolator 64 und das andere Element 58 aus Metall das langgestreckte Element 60 aus Metall stützen.
In der bevorzugt dargestellten Bauweise erstreckt sich über die Oberfläche des Rohrelements 60, außer an den Stellen 52 der Lichtbögen, ein isolierender Überzug 66, der aus einem passenden dielektrischen Klebeband, welches den Plasmagenerator 44 allgemein zwischen seinen gegenüberliegenden Enden überzieht, bestehen kann. Fig. 4 zeigt, daß das Stabelement 58 und das Rohrelement 60 am rechten Ende eine elektrische Verbindung 68 wie z. B. durch Verschrauben miteinander aufweisen. An seinem linken Ende ist der Plasmagenerator 44 mit einem elektrischen Anschluß 70 des Stabelements und einem Anschluß 72 des Rohrelements versehen. Ein elektrischer Fluß durch den Plasmagenerator findet entlang des Stabelementes 58 ebenso wie entlang des Rohrelementes 60 statt, welches mit axialen Spalten 62 an den Austrittsstellen 52 der elektrischen Lichtbögen ausgestattet ist. Während dies die bevorzugte Bauweise darstellt, soll darauf hingewiesen werden, daß der Weg des elektrischen Flusses entlang des Elementes aus Metall, welches die axialen Spalten für die Erzeugung der elektrischen Lichtbögen besitzt auch ohne elektrischen Fluß entlang des anderen Elementes aus Metall vervollständigt werden kann, allein durch ein metallisches Patronengehäuse oder durch einen anderen internen Leiter im Gehäuse. Darüber hinaus sind beide, das Stabelement 58 und das Rohrelement 60 bevorzugt aus einer extrem festen Kupferlegierung, wie Kupfer- und Aluminiumoxid aufgebaut, die unter dem Warennamen GlidCop von SCM Metal Products, Inc., Research Triangle Park, North Carolina, USA erhältlich sind.
Darüber hinaus wird der Isolator 64 bevorzugt durch Spritzgießen zwischen dem Stab- und dem Rohrelement 58 und 60 hergestellt, um damit zusätzliches Isoliermaterial an den Stellen 52 zu erzeugen. Dieser Gießvorgang kann am besten durch eine Aufrauhung der äußeren Oberfläche des Stabelementes 58 und der inneren Oberfläche des Rohrelementes 60 durchgeführt werden, um die Unterstützung durch den Isolator 64 zwischen den Stab- und dem Rohrelementen zu verstärken. Dies ist die bevorzugte Konstruktion für die Herstellung des Isolators 64, wobei ebenso andere Möglichkeiten bestehen, wie z. B. die Benutzung einer rohrförmigen Plastikmuffe, die zwischen das Stab- und das Rohrelement eingesetzt wird und dann mit diesen verbunden wird, ebenso wie eine passende Einspritzung von zusätzlichem Plastik an den Stellen 52. Es ist zu erwähnen, daß das bevorzugt zur Herstellung des Isolators 64 verwendete Material eine hochfeste thermoplastische Legierung ist, wie eine Legierung aus Polybutenterephthalat und Polycarbonat, wie sie bei General Electric Company, Pittsfield, Massachusetts, USA, unter dem Handelsnamen Xenoy mit der Produktbezeichnung 5220 Harz erhältlich ist.
Mit weiterem Bezug auf die Fig. 3-6 ist der axiale Spalt 62 des Plasmagenerators 44 mit einer Sicherung 74 ausgestattet, die als Drähten bestehend offenbart ist, welche an deren entgegengesetzten Enden am Rohrelement befestigt sind, um eine elektrische Verbindung, dazu zu schaffen, wie Fig. 5 und 6 am besten zeigen. Diese Sicherungen 74 vom Drahttyp müssen lediglich einen relativ kleinen Durchmesser haben, in der Größenordnung von etwa einem Inch oder dergleichen, um einen elektrischen Stromfluß zu ermöglichen, der beim Abbrennen der Sicherung den Lichtbogen einleitet und das Plasma, wie beschrieben, erzeugt. Obwohl der Lichtbogen in manchen Fällen durch einen Luftspalt erzeugt werden kann, wird bevorzugt eine Sicherung verwendet, um die Vereinbarkeit der Zeiteinstellung und der Erzeugung des Lichtbogens, welcher das Plasma erzeugt, sicher zustellen. Fig. 6 zeigt Sicherungen 74, die um den Plasmagenerator 44 an vier Stellen plaziert sind, um eine gute Verteilung des elektrischen Lichtbogens und damit die Erzeugung des Plasmas für die Zündung der Treibladung zu sichern. Wenn die Erzeugung der Lichtbögen an allen Stellen 52 gleichzeitig erfolgen soll, wie zuvor in Verbindung mit den Fig. 1a und 1b beschrieben, wie haben die Sicherungen 74 an jeder Stelle die gleiche Größe, so daß sie zur gleichen Zeit abbrennen. Erfolgt die initiale Lichtbogenerzeugung nacheinander, wie zuvor in Verbindung mit den Fig. 2a bis 2g beschrieben, so haben die Sicherungen 74 eine fortschreitend zunehmende Größe vom Geschoßende des Plasmagenerators zum Patronenboden, so daß sich die Lichtbogenerzeugung, wie beschrieben, fortsetzt. Fig. 5 zeigt genau, wie bereits in Verbindung mit Fig. 2a beschrieben, die initiale Lichtbogenerzeugung, welche dann stattfindet, wenn die gestrichelte Linie, die eine kleinere Sicherung 74a andeutet, zuerst abbrennt. Hiernach brennt die nächst größere, durch eine durchgehende Linie angegebene Sicherung 74c ab, wie zuvor in Verbindung mit Fig. 2c beschrieben wurde. Als nächstes brennt die durch eine gestrichelte Linie angegebene größte Sicherung 74e ab, wie zuvor in Verbindung mit Fig. 2e beschrieben wurde.
Mit Bezug auf Fig. 7 kann die Sicherung 74 mit einem Überzug 76 aus einem elektrisch leitenden Material, wie aufgespritztem Kohlenstoff, versehen sein, um sich zwischen den Teilen des Rohrelements nahe dem axialen Spalt 62 zu erstrecken. Diese Sicherungskonstruktion mit Überzug eignet sich nicht so leicht zu der sequentiellen Arbeitsweise, wie bereits in Verbindung mit den Fig. 2a-2g beschrieben wurde, im Vergleich zur Drahtsicherungskonstruktion da es nicht leicht ist, die Querschnittsfläche zu regulieren wie im Falle, wenn die Drähte mit einem bestimmten Durchmesser verwendet werden. Trotzdem eignet sich die Überzugskonstruktion zum einfachen Anordnen einer Sicherung für die gleichzeitige Erzeugung des elektrischen Lichtbogens und des sich ergebenden Plasmas und durch eine geeignete Kontrolle kann diese Konstruktion in der Tat verwendet werden, um die sequentielle Lichtbogenerzeugung zu bewirken.
Fig. 8 zeigt eine weitere Darstellung des Plasmagenerators, bei dem das Rohrelement 60 in etwa spiralförmig verlaufende Abschnitte 78 mit entgegengesetzter Steigung an gegenüberliegenden Stellen des axialen Spaltes 62 hat. Der elektrische Stromfluß entlang dieser spiralförmig verlaufenden Abschnitte 78 hat eine azimutale Komponente zur zentralen Achse A und produziert dabei ein radial magnetisches Feld bezüglich der zentralen Achse A, welches sich aufgrund der entgegengesetzten Steigungen an gegenüberliegenden Stellen des axialen Spaltes 62 verstärkt anstatt sich gegenseitig abzuschwächen. Der axiale Stromfluß über dem axialen Spalt 62, hervorgerufen durch das radial magnetische Feld, unterliegt einer azimutalen Kraft, wie durch die Pfeile 80 angezeigt wird, um eine Drehbewegung des elektrischen Lichtbogens, was schematisch durch 82 dargestellt ist, hervorzurufen. Eine solche Drehbewegung des elektrischen Lichtbogens verteilt das so erzeugte Plasma, um eine einheitliche Verteilung bei der Zündung der Treibladung zu erhalten.
Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Form des Plasmagenerators 44, der eine sich auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beziehende, aber unterschiedliche Bauweise aufweist, so daß ein Teil der vorherigen Beschreibung anwendbar ist, und daher nicht wiederholt wird. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch das langgestreckte Stabelement 58, das langgestreckte Element aus Metall, das den axialen Spalt 62 hat, an dem der elektrische Lichtbogen erzeugt wird, im Gegensatz zum Rohrelement 60 wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Der Stromfluß entlang des Stabelementes 58 erzeugt, im Gegensatz zum Stromfluß entlang des Rohrelementes, den elektrischen Lichtbogen an jedem axialen Spalt 62 der zugehörigen Stelle 52. Diese, wie die zuvor beschriebene Ausführungsform, hat bevorzugt eine Sicherung 74 an jeder seiner Stellen 52, um eine exakt kontrollierte Zeitabstimmung der Lichtbogenzündung zu sichern. Wie zuvor beschrieben, haben diese Sicherungen 74 die gleiche Querschnittsfläche, um eine gleichzeitige Zündung des elektrischen Lichtbogens zu erzeugen oder sie haben eine fortschreitend zunehmende Querschnittsfläche von rechts nach links, um die aufeinanderfolgende Zündung des elektrischen Lichtbogens, wie ebenfalls erwähnt, zu bewirken. Eine Möglichkeit zur Regulierung der Größe der Sicherungen 74 besteht darin, Bohrlöcher 84 an gegenüberliegenden Stellen anzubringen, während der zentrale Abschnitt des Stabelementes 58 ausgelassen wird, um die Sicherung 74 zu erzeugen. Für die gleichzeitige Zündung des elektrischen Lichtbogens enden die Löcher 84 alle in der gleichen Tiefe, um die gleiche Menge an Material für jede Sicherung 74 bereitzustellen, wobei für die sequentielle Arbeitsweise die Löcher 84 von rechts nach links zunehmend flacher werden, um eine größere Querschnittsfläche zu erhalten. Die Anordnung der Löcher 84 erzeugt ebenso Öffnungen im langgestreckten Rohrelement 60 aus Metall und auch im langgestreckten ringförmigen Isolator 64, durch die das Plasma, welches mittels des elektrischen Lichtbogens erzeugt wird, nach außen strömen kann, wie es Fig. 11 zeigt, wobei die Löcher 84 etwas abgeändert sind und eher quadratisch als rund ausgebildet gezeigt sind, wie es Fig. 10 zeigt.
Mit Bezug auf Fig. 12 ist der Plasmagenerator 44 längs der Löcher 84 gesehen gezeigt und hat die gleiche Bauweise, wie bereits beschrieben, außer daß die Sicherung 74 ebenso als verschiedene Größen 74a, 74c und 74e aufweisend gezeigt ist, um eine sequentielle Schmelzung der Sicherungen und eine sequentielle Zündung der Lichtbögen zu erzeugen. Die Sicherung ist außerdem so dargestellt, als ob sich ihre netzartige Struktur eher parallel zu der Richtung der Löcher 84 erstreckt als quer über die Richtung der Löcher 84.
Mit Bezug auf Fig. 13 ist der Plasmagenerator 44 längs der Richtung des Loches 84 gesehen gezeigt und hat die gleiche Bauweise wie allgemein bereits in Verbindung mit den Fig. 9-12 beschrieben wurde, außer daß seine Sicherung 74 mit einem elektrisch leitenden Überzug 76, z. B. aus Kohlenstoff, wie bereits in Verbindung mit der Ausführungsform der Fig. 7 beschrieben wurde, versehen ist. Dieser elektrisch leitende Kohlenstoffüberzug 76 erstreckt sich zwischen den Teilen des Stabelementes 58 an seinem axialen Spalt 62, um die Sicherung 74 zu bilden, die beim Anlegen der elektrische Spannung abbrennt, um den Lichtbogen zu erzeugen, der das Plasma bewirkt.
Jedes der Bauteile von Fig. 9-13, wie am besten in Fig. 10 dargestellt ist, hat ihren Isolator 64, welcher vollständig die Stab- und Rohrelemente 58 und 60 voneinander isoliert, und ist nahe den Stellen 52 mit einem ringförmigen Isolator 86 versehen ist, so daß keine elektrische Lichtbogenbildung in radialer Richtung bezüglich der Achse A erfolgen kann. Auch ist es am günstigsten, die Löcher 84 mit einer geeigneten Füllmasse 88, wie Schaum oder einem anderen Plastik auszufüllen, das zerplatzt, wenn sich der elektrische Lichtbogen zur Plasmaerzeugung aufbaut.
Fig. 14-17 zeigen eine weitere Form des Plasmagenerators 44a, der in etwa die gleiche Bauweise aufweist, wie in Verbindung mit Fig. 9-13 beschrieben wurde, mit Ausnahme dessen, was im folgenden erwähnt wird. Bei dieser Ausführungsform muß der Strom längs des Stabelements 58 und des Rohrelements 60 fließen, jedoch werden bei dieser Bauweise die Elemente, nachdem die Füllmasse 88 zerplatzt ist, wenn die Sicherung 74 schmilzt, nicht vollständig voneinander elektrisch isoliert. Der elektrische Strom fließt dann, wie Fig. 16 zeigt, zwischen dem Stabelement 58 und dem Rohrelement 60, um einen Kurzschluß zusätzlich zu einem geringen ständigen axialen Stromfluß längs der ganzen Länge des Plasmagenerators durch beide Elemente, das Stab- und das Rohrelement, aufgrund der axialen Lichtbogenbildung zu erzeugen. Mit anderen Worten besteht dann beides, eine axiale und eine radiale Lichtbogenbildung für die Plasmaerzeugung. Die radiale Lichtbogenbildung erfolgt somit quer zur zentralen Achse A des Plasmagenerators zwischen den langgestreckten Stab- und Rohrelementen 58 und 60 aus Metall, wenn sich der elektrische Lichtbogen am axialen Spalt 62 des Stabelementes bildet.
Wie Fig. 18 zeigt, kann die Stelle 52 des elektrischen Lichtbogens des Plasmagenerator 44a auch so ausgebildet sein, daß spiralförmig verlaufende Abschnitte 90 (das langgestreckte Rohrelement 60 aus Metall) aufweist, die durch spiralförmig verlaufende Spalten 92 gebildet sind, um den elektrischen Stromfluß mit einer azimutalen Komponente entlang der spiralförmigen Abschnitte, die ein axial verlaufendes Magnetfeld aufbaut, zu erzeugen. Der radiale Stromfluß zwischen den Stab- und dem Rohrelementen 58 und 60 durch das axial verlaufende Magnetfeld ist abhängig von einer azimutalen Kraft um die Achse A, so daß der elektrische Lichtbogen rotiert und dabei das erzeugte Plasma verteilt. Bei dieser Bauweise ist es ebenfalls notwendig, daß die Spalte 92 den Isolator 64 durchdringen, damit der Lichtbogen und das erzeugte Plasma aus dem Plasmagenerator austreten können.
Wie Fig. 19 zeigt, hat eine weitere Ausführungsform des Plasmagenerators 44 die gleiche Bauweise wie die Ausführungsform der Fig. 3-6, jedoch ein zweites langgestrecktes Rohrelement 94 aus Metall, welches das erste Rohrelement 60 beabstandet und koaxial zu diesem aufnimmt. Ein zweiter langgestreckter ringförmiger Isolator 96 aus synthetischem Harz ist dazwischen angeordnet und greift an beiden langgestreckten Rohrelementen 60 und 94 aus Metall in der gleichen Weise an, wie bereits in Verbindung mit dem ersten Isolator 64 beschrieben wurde. Das zweite langgestreckte Rohrelement 94 aus Metall hat zwei Stellen 52, an denen die axiale Spalte 62 des zweiten Rohrelementes 94 mit den zugehörigen Sicherungen 74 für die Lichtbogenzündung in der gleichen Weise angeordnet sind, wie bereits beschrieben wurde. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Sicherungsstellen 52 längs des ersten Rohrelements 60 und ebenso zwei längs des zweiten Rohrelements 94 vorhanden. Neben der elektrischen Verbindung 68 zwischen dem Stabelement 58 und dem ersten Rohrelement 60 besteht ebenso eine elektrische Verbindung 98 zwischen den Enden des ersten Rohrelements 60 und dem rechten Ende des zweiten Rohrelementes 94. Darüber hinaus hat das linke Ende des zweiten Rohrelementes 94 eine weitere elektrische Verbindung 100. Die elektrische Spannungsquelle 48 ist, wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform zwischen dem elektrischen Anschluß 70 und dem elektrischen Anschluß 72 angeordnet, um die elektrischen Lichtbögen und das Plasma an den beiden Stellen 52 zu erzeugen, die dem Stabelement 58 und dem ersten Rohrelement 60 zugeordnet sind, während sich eine weitere elektrische Spannungsquelle 102, die einen zugeordneten Schalter 104 hat, zwischen den elektrischen Anschluß 72 und dem elektrischen Anschluß 100 am linken Ende des zweiten Rohrelementes 94 geschaltet ist. Diese Konstruktion des Plasmagenerators 44 erhöht die Möglichkeit der Zeitsteuerung der Zündung des elektrischen Lichtbogens und damit der Erzeugung des Plasmas und dessen Zündung. Es ist zu beachten, daß jede der Stellen 52, die jeder elektrischen Spannungsquelle zugeordnet ist, ihre eigene Sicherung 74 haben kann, die so bemessen ist, daß sie gleichzeitig miteinander oder nacheinander abbrennen, zusätzlich zur Flexibilität der Zeitsteuerung und des Leistungspegels durch die Nutzung der beiden elektrischen Spannungsquellen 48 und 102.
Fig. 20 und 21 zeigen die Patrone 30 als einen einzigen Plasmagenerator 44 aufweisend, der jede der bereits beschriebenen Bauweisen haben kann und auf dem Patronenboden 36 der Patronenhülse befestigt ist, welche aus einem hochfesten, elektrisch leitenden Metall hergestellt ist und mit einem elektrischen Anschluß der zugehörigen elektrischen Spannungsquelle über einen geeigneten Kontakt für die Zündung verbunden ist. Eine elektrisch leitende Bodenplatte 106 aus Metall ist mit einem geeigneten Isolator überzogen, so daß sie vom Patronenboden 36, der ebenfalls an der Grenzfläche einen isolierenden Überzug hat, elektrisch isoliert ist. Eine Isolierplatte 108 aus hochfestem Metall hat einen isolierenden Überzug, der ihn von allen anderen Komponenten isoliert und einen elektrischen Kontakt zwischen den Anschlüssen 70 und 72 des Plasmagenerators 44 verhindert. Eine Befestigungsplatte 110 hat einen elektrisch isolierenden Überzug, ist aber elektrisch mit dem Patronenboden 36 über Sätze Bolzen 112 und Hülsen 114 verbunden, wobei nur jeweils einer bzw. eine davon gezeigt ist. Insbesondere besteht die Hülse 114 aus einem weichen, elektrisch leitendem Metall, z. B. Kupfer und hat einen äußeren elektrisch isolierenden Überzug, so daß sie von der Isolierplatte 108 und dem Patronenboden 36 isoliert ist, durch deren zugehörige Löcher 116 und 118 sie verläuft. Die gegenüberliegenden Enden der Hülsen 114 bestehen aus reinem Metall, welches mit der Befestigungsplatte 110 und der Bodenplatte 106 elektrisch verbunden ist, wobei die zugehörige Schraube 112 durch ein Loch 120 in der Befestigungsplatte 110 verläuft und in ein Loch 122 in der Bodenplatte 106 geschraubt ist, so daß die Drehung des Bolzens effektiv den elektrischen Kontakt herstellt. Der Plasmagenerator 44 verläuft durch die Löcher 124 und 126 der Isolierung und der Befestigungsplatten 108 bzw. 110 und hat einen mit einem Gewinde versehene Anschluß 70, der ein Gewinde hat, das in einer Gewindebohrung 124 der Mitte des Patronenbodens 36 aufgenommen ist, um so einen elektrischen Kontakt herzustellen. Zudem ist der elektrische Anschluß 72 elektrisch mit der Befestigungsplatte 110 am Loch 126 durch einen Presssitz verbunden. Die elektrischen Anschlüsse 70 und 72 können die elektrische Verbindung entweder über Schraubverbindungen oder Presssitze herstellen oder über jede andere geeignete elektrische Verbindung, welche die Fähigkeit besitzt, den hohen elektrischen Strömen und Stößen standzuhalten, die bei der Abfeuerung der Patrone auftreten.
Fig. 22 und 23 zeigen, daß es auch möglich ist, daß die Patrone 30 mehrere Plasmageneratoren 44 wie die drei gezeigten hat, wobei jeder am Patronenboden in der gleichen Art wie bereits in Verbindung mit Fig. 20 und 21 beschrieben wurde, befestigt ist, mit Ausnahme der Befestigungsstelle, die sich an drei in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen befindet, im Gegensatz zur einzelnen zentralen Stelle, wie bereits beschrieben wurde.
Während die besten Methoden zur Durchführung der Erfindung im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht verschiedene, alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Durchführung der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen beschrieben ist.

Claims

1. Plasmagenerator (44) für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30), bestehend aus

- einem langgestreckten Stabelement (58) aus Metall, das sich längs einer zentralen Achse (A) des Plasmagenerators (44) erstreckt;

- einem langgestreckten Rohrelement (50) aus Metall, das sich um das Stabelement (58) beabstandet und koaxial hierzu erstreckt;

dadurch gekennzeichnet, daß

das Rohrelement (60) wenigstens einen axialen Spalt (62) über dessen Länge hat; und ein langgestreckter ringförmiger Isolator (64) aus synthetischem Harz zwischen beiden langgestreckten Elementen (58, 60) aus Metall derart angeordnet ist und an diesen angreift, daß eine längs des Rohrelements (60) angelegte elektrische Spannung einen elektrischen Lichtbogen an dessen axialem Spalt (52) bewirkt, um ein Plasma zu erzeugen, während der Isolator (64) und das Stabelement (58) eine Unterstützung für das Rohrelement (60) bilden.

2. Plasmagenerator (44) für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 1, bei dem der axiale Spalt (62) eine Sicherung (74) hat, die abbrennt, wenn die Spannung an das Rohrelement (50) angelegt wird, um die Erzeugung des elektrischen Lichtbogens und damit des Plasmas zu erleichtern.

3. Plasmagenerator (44) für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 1 oder 2, der wenigstens mehrere axiale Spalte (62) zur Erzeugung getrennter elektrischer Lichtbögen an von einander axial beabstandeten Steilen aufweist.

4. Plasmagenerator (44) für eine elektrotermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 3, bei dem die axialen Spalte (62) so aufgebaut sind, daß getrennte elektrische Lichtbögen an den axialen Spalten (62) gleichzeitig erzeugt werden.

5. Plasmagenerator (44) für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 3, bei dem die axialen Spalte (62) so aufgebaut sind, daß die getrennten elektrischen Lichtbögen an den axialen Spalten (62) aufeinanderfolgend erzeugt werden.

6. Plasmagenerator (44) für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 3, bei dem der Isolator (62) die langgestreckten Elemente (58, 60) aus Metall an den axialen Spalten (62) vollständig voneinander isoliert, so daß keine elektrische Lichtbogenbildung dazwischen erfolgt, wenn die elektrischen Lichtbögen an den axialen Spalten (62) erzeugt werden.

7. Plasmagenerator (44) für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Rohrelement (60) etwa spiralförmig verlaufende Abschnitte (78) mit entgegengesetzter Steigung an gegenüberliegenden Seiten des axialen Spalts (62) hat, um eine Drehbewegung des elektrischen Lichtbogens hervorzurufen.

8. Plasmagenerator (44) für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 7, der mehrere axiale Spalte (62) und zugehörige spiralförmig verlaufende Abschnitte (78) aufweist.

9. Plasmagenerator (44') für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend ein zweites langgestrecktes Rohrelement (94) aus Metall, das das erst erwähnte langgestreckte Rohrelement (60) aus Metall beabstandet und koaxial dazu aufnimmt, einen zweiten langgestreckten ringförmigen Isolator (96) aus synthetischem Harz, der sich zwischen den langgestreckten Rohrelementen (60, 94) aus Metall befindet und an diesem angreift, wobei das zweite langgestreckte Rohrelement (94) aus Metall wenigstens einen axialen Spalt (62)zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens hat, um ein Plasma zu erzeugen, wenn eine elektrische Spannung über seine Länge angelegt wird.

10. Plasmagenerator für eine elektrothermische Gewehrpatrone (30) nach Anspruch 9, bei dem das erste und zweite langgestreckte Rohrelement (60, 94) aus Metall jeweils mehrere axiale Spalte (62) aufweist.