Wirkungsweise der Antennenzündung von Seeminen

[Schorsch]

Hallo zusammen!

Ich habe eine Frage, die mich bezüglich der Antennenzündung von Ankertauminen umtreibt. Bei dieser Zündart ist an der Mine ein Kupferkabel angebracht, das z.B. via Boje über dem Minengefäß emporragt bzw. isoliert am Ankertau nach unten gestreckt wird. Berührt jetzt ein Körper aus Eisen oder Stahl diese Antenne, bildet sich aus dem Kupfer der Antenne, dem eisernen Schiffskörper und dem salzigen Meerwasser als Elektrolyt eine elektrochemische Spannungsquelle, deren Spannung den Zerknall der Mine auslöst. Das funktioniert im Test alles auch wunderbar, es können damit problemlos Spannungen bis 0,2 V erzeugt werden. Dadurch, dass die Antennen bis zu 30 m unter/über der eigentlichen Mine reicht, vergrößert sich der Zündbereich entsprechend nach unten bzw. oben. Somit lassen sich z.B. Minensperren gegen U-Boote auch ohne aufwendige Tiefenstaffelungen der Minen und mit entsprechend weniger Minen realisieren.

Was mich nun aber verwirrt, ist, dass Schiffskörper in den wenigsten Fällen metallisch blank sind, sondern mit Farbe gegen Korrosion geschützt werden. Damit ist aber eine direkte, elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Material der Antenne und dem Material des Schiffskörpers eigentlich nicht möglich. Wie kann dann aber die Antennenzündung arbeiten bzw. die notwendige leitende Verbindung erzwungen werden?

Mit freundlichen Grüßen
Schorsch

[H.Bleichrodt]

Hallo Schorsch,

hilft dir vl. dies weiter?

http://www.minenjagd.de/minenjagd/minen/ankertauminen/dt_ankertauminen/emc.php

Beste Grüße

[Schorsch]

Hallo Alex,

leider hilft mir der Link von Dir nicht wirklich weiter. Das Funktionsprinzip der Antennenzündung ist mir klar, lediglich beim Verständnis der praktischen Umsetzung hapert es, da es für eine erfolgreiche Zündung einen direkten Kontakt zwischen dem Kupfer der Antenne und dem Metall des Schiffskörpers geben müsste. Das einzige blanke Metall, was derzeit ich bei einem Schiff vor meinem geistigen Auge habe, ist die Schiffsschraube (da aber dürfte bei einer Bronze- oder Messing-Legierung der erreichbare Potentialunterschied zum Kupfer der Antenne relativ gering ausfallen) und die Opferanoden im Heckbereich (mit dem verwendeten Zink sollte ein brauchbarer Potentialunterschied zustande kommen; aber die Dinger sind so klein und meines Wissens nach gab es die an U-Booten üblicherweise auch nicht).

Dennoch Danke für Deine Anwort.

Mit freundlichen Grüßen
Schorsch

[Elektroheizer]

@H. Bleichrodt, kannst Du bitte auch noch ergänzend noch mal den ersten link einstellen. Bin zwar kein Sperrwaffentechniker, aber ich denke damit kann ich das Rätsel für Schorsch lösen.

[Elektroheizer]

Ich bin da an anderer Stelle noch fündig geworden: http://www.minenjagd.de/minenjagd/minen/zuender/beruehrzuender.php

@Schorsch, Du mußt Dich von der Vorstellung lösen, durch den Schiffsrumpf selbst fließt zur Zündung ein Strom, so wie bei einem Klingeltaster der gedrückt wird. Aus dem link oben:

Eine Berührung der Antenne bewirkt die Auslösung, hierbei bilden die Kupferantenne und der stählernde Schiffsrumpf ein galvanisches Element der einen elektrischen Strom erzeugt, der wiederum über ein Relais die Zündung auslöst.

[H.Bleichrodt]

Meine Vorstellung ging in dieselbe Richtung wie deine Antwort.
Ich hatte mehrere Tabs geöffnet und dann die falsche Seite verlinkt. Da meine Frau im
Hintergrund( Du wir wollen gehen  ) stand, habe ich schnell noch die letzte Seite verlinkt.
Sorry 

Trotzdem hier der erste Link nochmal:
http://www.marine-welt.com/index.php?option=com_content&view=article&id=96:kleine-minenkunde-ankertaumine&catid=33:minenkunde&Itemid=142

Alex

[halina]

Möchte mich der Meinung von Schorsch anschliessen : Der Zündvorgang wird eingeleitet durch das sich bildende Galvanische Element , bestehend aus der Kupfer-Halbzelle und der Eisenhalbzelle , wodurch ein max. Spannungspotenzial bis zu 0,79 V
je nach Leitfähigkeit der elektrolytischen Flüssigkeit entsteht , hier in dem Fall das gut leitende salzhaltige Meerwasser .
Der dann fliessende Strom erregt ein hochempfindliches Relais im Minenkörper , das dann den Zündmechanismus auslöst .
Was die Korrosions-Beschichtung anbetrifft ist diese auch mit Fe - Molekülen durchsetzt , somit würde auch die Spannung der
Eisen-Halbzelle an der Aussenhaut anstehen, unabhängig von evtl. blanken Metallteilen am Bug eines U-Bootes .
                                                                                                                                                                                        Halina

[olpe]

... Berührt jetzt ein Körper aus Eisen oder Stahl diese Antenne, bildet sich aus dem Kupfer der Antenne, dem eisernen Schiffskörper und dem salzigen Meerwasser als Elektrolyt eine elektrochemische Spannungsquelle, deren Spannung den Zerknall der Mine auslöst. Das funktioniert im Test alles auch wunderbar, es können damit problemlos Spannungen bis 0,2 V erzeugt werden...

Hallo @Schorsch,
ich habe mir im Zuge des threads mal die älteren russischen U-Boot-Abwehrminen vorgenommen, um mich der Fragestellung zu nähern. Ich glaube, dass die o.g. grundsätzliche Betrachtung der elektrischen Zündung einer Überprüfung bedarf.

Bei der Mine AG um 1940 sind - wie bereits beschrieben - jeweils eine Antenne nach oben und eine Antenne nach unten ausgefahren worden. Das ganze sieht dann ungefähr so aus    Skizze. Die Nr. 2 stellen die Antennen dar. Für diese wurden übrigens ca. 30 kg teures und rares Kupfer verwendet. Die Funktion wurde in "Waffen der vaterländischen Flotte. 1945-2000", A.B. Shirokorad, S. 336-337, dahingehend beschrieben, dass sich zwischen der oberen und der unteren Antenne ein "... ausgewogenes elektrisches Potenzial im Meerwasser... " einstellte. Berührte ein U-Boot eine der Antennen, ist die Balance (Anm. OLPE: des Potenzials) gestört worden,  so dass der Zündstromkreis der Mine ausgelöst wurde. 
Bei späteren Varianten wurde die kupfernen Antenne dann gegen stählerne ersetzt (Mine AGSB), was aber die Funktion nicht wesentlich beeinflusst hat, aber die Einsatzdauer in See verdoppelte.
Damit sich ein U-Boot nicht zwischen den Antennen hindurchbewegen konnte, gab es an der Mine noch die üblichen 'Hörner'.

Ich hoffe, dass ich etwas zur Beantwortung der Frage beitragen konnte.
Grüsse
OLPE

[Schorsch]

Hallo zusammen,

zunächst ein Dankeschön für die rege Beteiligung an unserer kleinen Diskussion. Leider konnte allerdings das eigentliche Problem, das mich dazu brachte, diesen Thread anzustoßen, noch nicht gelöst werden: Wie stellt man eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kupfer der Antenne und dem Metall des Schiffskörpers sicher, damit das galvanische Element, das die Zündung auslösen soll, überhaupt entstehen kann?

Ich habe noch einmal mögliche Szenarios und deren (vermeintliche?) Schwachpunkte, die sichere Zündung betreffend, zusammengestellt:

a) blanker Schiffskörper - d.h. das entsprechende Fahrzeug würde ohne Korrosionsschutz unterwegs sein; u.U. aber bedeutsam, wenn Minen mit Antennenzündung mittels Räumgeschirren, die aus unbeschichteten Stahlseilen aufgebaut sind, beseitigt werden sollen
b) elektrisch leitfähige Farbe am Unterwasserschiff - Gibt es so etwas überhaupt? Wie ist die Gefährdung durch elektrochemische Kontaktkorrosion am Schiffskörper an Stellen, an denen unterschiedliche Metalle aufeinandertreffen und u.U. die Farbe beschädigt ist?
c) blanke Schiffsschraube - zu geringer erreichbarer Potentialunterschied zwischen Schraubenmaterial und Kupferantenne
d) Kontakt über Opferanoden - nur kleine Trefferfläche bzw. evtl. gar nicht an U-Booten vorhanden

Dann ist mir noch ein interessanter Hinweis in der M.Dv. 13 ,,Seekriegsanleitung", Teil III, Heft c ,,Sperrwaffen", auf Seite 41 bei der Beschreibung der Funktionsweise der Antennenzündung untergekommen:

...die Antennenboje aus Kunstharzpressstoff besitzt Stacheln aus Hartkupfer, die mit der oberen Antenne leitend verbunden sind...

Ist der Sinn der erwähnten Spitzen, durch einen Farbauftrag oder einen eventuellen Bewuchs am Schiffsrumpf bis aufs blanke Metall durchstoßen zu können?

Olpes Fund ist ebenfalls ausnehmend interessant, nur versagt in dem geschilderten Falle meine Vorstellung, wie mit Antennen aus Stahlseil und dem stählernen Rumpf eines U-Bootes elektrochemisch eine Spannung erzeugt werden soll, welche die Mine schlussendlich zündet. Ist es möglich, dass die modifizierten Minen eventuell einen ähnlichen Zündmechanismus wie die deutschen Reißleinenzündungen oder die Kontaktauslöse-Einrichtungen aufwiesen?

Tja, irgendwie ist das alles noch ziemlich unbefriedigend; aber wenigstens weiß ich jetzt, wozu der Kupferteller am Minengefäß bei der Antennenzündung wichtig ist. Diesbezüglich hatte ich einen kleinen Denkfehler, den ich für mich inzwischen berichtigen konnte.

Mit freundlichen Grüßen
Schorsch

[olpe]

Hallo,
ich versuche, das Thema anhand der elektochemischen Vorgänge zu betrachten:

• Mine wurde in See gelegt, die Kupferantennen sind ausgefahren. Elektrochemisch gesehen, ist hier zusammen mit dem Seewasser ein s.g. Halbelement entstanden


• das salzhaltige Seewasser (Elektrolyt) führt zu einem negativen Aufladen des Kupferdrahtes (Elektrode). Metallionen gehen in die Lösung, die frei werdenen Elektronen bleiben im Metall
• neben weiteren chemischen Vorgängen stellt sich ein Gleichgewicht (Balance) ein
• nähert sich eine ,unedlere Elektrode' in Form eines stählernen U-Bootes ... ..., entsteht durch die beiden Halbelemente ein galvanisches Element mit einer Summenspannung entsprechend der Spannungsreihe. Ein Strom fließt aber noch nicht (!). Dieser kann erst bei direktem Kontakt zustande kommen (bei manchen Minen mit Antennenzündern sind in der Tat Metallspitzen vorhanden, siehe: Minen mit 'Spike Horns').
• meine Vermutung: der entstehende Stromfluss (analog Kurzschluss) wirkt auf die Kupferantenne (nun als Leiter), der letztlich das Zündrelais in der Mine anzieht (das kann bei 0,6V bis 0,2V – je nach Einstellung der Empfindlichkeit – erfolgen)

Wichtig nach meinem Dafürhalten ist die direkte Berührung Kupfer-Eisen, welches den Stromfluss in Gang setzt.
Grüsse
OLPE

Aussehen der U.S.-Antennenminen siehe auch: Mines Type MK-6 und Prinzipskizze

[Schorsch]

Hallo nocheinmal,

(...)
Wichtig nach meinem Dafürhalten ist die direkte Berührung Kupfer-Eisen, welches den Stromfluss in Gang setzt.
(...)

..und genau das ist der Kasus knaxus, um den es mir geht: Wie wird diese direkte Berührung erreicht? Die Stacheln am Auftriebskörper (und eventuell am Minengefäß) allein können es ja nicht sein, denn da sind ja noch die ca. 60 m Antenne, die man dafür gegebenenfalls auch nutzen möchte.

Mit freundlichen Grüße
Schorsch

[Elektroheizer]

Wichtig nach meinem Dafürhalten ist die direkte Berührung Kupfer-Eisen, welches den Stromfluss in Gang setzt.

Meiner Ansicht nach nicht, ganz im Gegenteil: Wenn man bei einem galvanischen Element beide Metalle direkt verbindet, hat man einen inneren Kurzschluß  der die Spannung zusammen brechen lässt. Der Strom fließt außen zwischen den Halbzellen. Im klassichen Schulversuch bringt der ein Glühlämpchen zum Leuchten, bei einer Seemine soll es BUMM machen. Die Frage wie ist aber tatsächlich vertrackt, wenn man wie Schorsch das näher betrachtet.

Bei dem ursprünglichen und von Alex wieder nachgereichten link dachte ich, es liegt an dem isolierten Kupferkabel. Das hat keinen Kontakt zum Seewaser, also kein Elektrolyt, keine galvanische Zelle, und es passiert nichts. Wird die Isolierung durch ein vorbei fahrendes Schiff beschädigt, entsteht durch das Seewasser ein Potential, das man zur Zündung nutzen kann. Wie bei dem Säurezünder von Alex link, oder im ersten Bild (Figure 17) hier: http://www.navweaps.com/Weapons/WAMUS_Mines.htm Keine Ahnung ob das tatsächlich so ausgeführt wurde, aber es gab offenbar noch andere Antennenzünder wie bei Figure 19 direkt darunter. Und deren Funktionsweise kann ich so unmittelbar nicht wirklich nachvollziehen.

Ich probier mal was...
@Olpe, kannst Du mir die erwähnte M.Dv zukommen lassen?

[olpe]

@Olpe, kannst Du mir die erwähnte M.Dv zukommen lassen?

Hallo,
ich gebe die Frage gern an @Schorsch weiter ...  sein post 
Grüsse
OLPE

[Schorsch]

Hallo Elektroheizer!

Ich hatte die vorgeschlagenen Materialkombinationen tatsächlich einfach in eine Salzlösung getunkt und gemessen, was sich für Spannungen ergeben, getreu dem Motto: ,,Probieren geht über Studieren!"

Hier die Eckdaten:

• 6 l Wasser, in dem 180 g Kochsalz aufgelöst wurden (Meerwasser hat durchschnittlich einen Salzgehalt von 3,5%)
• zwei Stücke halbzölliges Kupferrohr im Abstand von 35 cm in den diagonal gegenüberliegenden Ecken eines kleinen Aquariums, jeweils verbunden mit den Kontakten eines Vielfachmessgerätes

Folgende Materialien habe ich dann mit jeweils einer der beiden Kupferelektroden in Kontakt gebracht. Es ergaben sich dabei die nachstehend aufgeführten Spannungen zwischen den beiden Kupferelektroden:

• 0,19 V bei einem Nagel aus Stahl,
• 0,5 V bei dem Aluminium eines Sparschälers,
• 0,75 V mit einer verzinkten Schraube,
• 1,2 V mit dem Magnesium eines Feuerstarters (mit beeindruckender Gasbildung um das Magnesium herum).

Die Spannung trat immer erst auf, wenn sich die beiden verschiedenen Materialien direkt berührten, das bloße Eintauchen in die Salzlösung zog keine messbare Spannung nach sich.

Die erwähnte M.Dv. ist auf der ersten Daten-DVD von BigA zu finden ( Klick!). Solltest Du damals nicht mit im Verteiler gewesen sein, lass' es mich wissen.

Mit freundlichen Grüßen
Schorsch

[Elektroheizer]

Das mit der DVD von BigA hatte ich mitgekriegt, aber die Chance nicht wahrgenommen weil das nicht mein spezielles Interessengebiet ist.

Bei ,,Probieren geht über Studieren!" war ich auch schon  Mit etwa ähnlichen Ergebnissen wie bei Dir. Allerdings etwas anders: je ein Stück Blumendraht und Kupferkabel an das DMM angeschlossen und eingetaucht. Weder von der Leerlaufspannung noch vom Kurzschlußstrom hab ich da was verwertbares gefunden.

In diesem Zusammenhang würde mich näheres zu dem von Dir erwähnten Kupferteller interessieren.