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Verfahren zur Herstellung elektrischer Zündkapseln. Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Zündkapseln.
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Es sind bereits Zündkapseln bekannt, bei denen ein Funke zwischen
zwei Elektroden aus schwer oxvdierbarem Metall überspringt. Die Elektroden sind
durch eine oberflächlich, mit Graphit leitfähig gemachte Isolierung voneinander
getrennt.
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Es ist das Ziel der Erfindung, die Erzeugung von elektrischen Zündern
dieser Art zu ermöglichen, die bei sehr geringen elektrischen Energien arbeiten,
z. B. solchen, die geringer sind als die von einem bei 50Volt geladenen Kondensator
von 0,1 Mikrofarad freigegebenen Energien.
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Um eine elektrische Zündkapsel oder Zündmittel der obigen Art zu fertigen,
hat man z. B. mindestens eine der Elektroden mit einer festen Isoliermaterialschicht
umgeben und dann diese Elektroden aneinandergelegt. Man hat die Dicke dieser Isoliermaterialschicht
nicht wesentlich verringern können, ohne Gefahr zu laufen, daß ein zufälliges Auslösen
der Zündkapsel oder des Zündmittels oder ein Versagen derselben stattfindet, da
es unmöglich war, die beiden Elektroden in einem sehr geringen, aber unveränderlichen
Abstand anzuordnen.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, hat man gleichfalls vorgeschlagen,
die frei gemachten Enden der beiden gegeneinander isolierten Elektroden durch einen
Leiter zu verbinden, dessen Erwärmung unter dem Einfluß des Stromdurchganges das
Aufflammen einer mit ihm in Berührung stehenden pyrotechnischen Masse bewirken soll.
Zu diesem Zweck verwendet man als Wärmeelement entweder einen die beiden Elektroden
verbindenden leitenden Draht oder eine mit der pyrotechnischen Masse gemischte leitende
Masse oder eine leitende Schicht, die auf die freigelegten Enden der beiden Elektroden
und auf das sie trennende Isoliermittel aufgebracht ist. In dem speziellen Fall,
bei dem ein leitender Draht zwei koaxiale Elektroden verbindet, ist insbesondere
vorgeschlagen worden, eine zylindrische Stange mutig in einer Kapsel mit kegelförmigem
Boden anzuordnen, diese Stange durch ein rundes Loch am unteren Teil des Bodens
verlaufen zu lassen, das ungefähr den gleichen Durchmesser wie die Stange hat, die
Schale mit einer flüssigen Isoliermasse, wie z. B. in der Flamme geschmolzenem Emaillepuder,
zu füllen und nach dem Erhärten dieser Masse den Boden und die mittlere Stange so
weit zu befeilen, bis die Ringschicht aus Isoliermasse nvischen der Stange und dem
kegeligen Boden die gewünschte Stärke hat, und schließlich die beiden koaxialen
Elektroden durch den Leiter zu verbinden.
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Dieses Verfahren erlaubt es nicht, den isolierenden Ringschichten
einen konstanten elektrischen Widerstand in allen radialen Richtungen zu verleihen.
Dieses ist eine Folge der Notwendigkeit, die Isoliermasse aus geschmolzener Emaille
zwischen die mittlere Stange und die Wand des Loches, in der diese Stange eingesetzt
ist, wegen mangelnder Genauigkeit der Zentrierung der Stange in dem Loch einfließen
zu lassen und wegen des Mitführens metallischer Teilchen, etwa leichter Gratspäne,
in die Isolierschicht während des Befeilens des kegelförmigen Bodens zum Erzielen
der gewünschten Stärke dieser Isolierschicht.
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Diese Metallteilchen auf der Oberfläche der Isolierschicht und diese
Änderungen der Stärke dieser Schicht haben nur einen ganz geringen Einfluß, wenn
der Abstand zwischen den beiden Elektroden verhältnismäßig groß ist. Ihr Einfluß
ist jedoch unzulässig, wenn dieser Abstand derart gering sein soll, daß man mit
Sicherheit das Funktionieren der Zündkapsel bewirken will, wenn man die Energie
eines Kondensators von 0,1 Mikrofarad, der mit 50 Volt oder mit einer geringeren
Spannung als 50 Volt geladen ist, auslöst.
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Um eine unter diesen Bedingungen arbeitende Zündkapsel zu erzeugen,
wird erfindungsgemäß zwischen zwei Elektroden eine höchstens 50 Mikron, vorzugsweise
20 Mikron, starke Schicht zähflüssigen und aushärtbaren Harzes eingebracht, das
Harz ausgehärtet, und nach dem Einebenen der Enden der Elektroden
und
der isolierenden Schicht wird die so gebildete Funkenstrecke abgebeizt und mit einem
Film oder mit einem dünnen Überzug aus feinzerteiltem Graphit versehen. Die Funkenstrecke
wird hierbei chemisch oder elektrolytisch abgebeizt. Den leitfähigen Überzug aus
feinzerteiltem Graphit stellt man erfindungsgemäß mit einer durchschnittlichen Korngröße
von etwa 4Mikron her.
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In der Beschreibung bedeutet der Ausdruck »dünner Überzug oder Film
aus feinzerkleinertem Graphit« eine äußerst dünne Schicht, deren Graphitkörner sich
nicht sämtlich berühren, wobei diese Körner eine mittlere Abmessung von höchstens
10 .likron und vorzugsweise von ungefähr 4 Mikron haben.
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Die Verwendung von Elektroden aus nicht oxydierendem Metall ist unerläßlich,
weil, wenn diese Elektroden oxydieren könnten, beispielsweise wegen ihrer Berührung
mit der pyrotechnischen Masse, der Widerstand gegen den Funken, der zwischen den
beiden Elektroden überspringen soll, sich derart verändern könnte, daß sich Versager
bei der geringen zur Verfügung stehenden elektrischen Energie ergeben würden. Die
klaximaldicke von 50 Mikron für die Isolierschicht ist unerläßlich, um die Verwendung
einer derart schwachen Energiequelle zu ermöglichen. Das Abbeizen der den beiden
Elektroden und der Isolierschicht gemeinsam ebenen Oberfläche hat die Wirkung, daß
alle Metallteilchen entfernt werden, die auf die Isolierschicht aufgebracht sein
könnten und Vorsprünge längs der benachbarten Kanten der beiden Elektroden bilden
würden. Dieses Abbeizen hat außerdem die Wirkung, die Oberflächenstruktur der abgebeizten
Teile zu verändern und die Verankerung des Films aus feinzerkleinertem Graphit auf
den frei gemachten Teilen zu erleichtern. Dieser Graphitfilm erleichtert das Überspringen
des Funkens zwischen den Elektroden und ermöglicht das Funktionieren der Zündkapsel
unter einer geringeren Spannung, als es ohne diesen Film möglich wäre. Man kann
annehmen, daß dieser Lichtbogen durch eine Reihe kleinerer Lichtbogen zwischen den
gegeneinander isolierten Graphitkörpern gebildet ist.
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Der Film aus feinzerkleinertem Graphit kann auf die obige ebene Oberfläche
auf beliebige Weise aufgebracht werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich im Laufe der Beschreibung
der Zeichnungen, die schematisch und nur als Beispiel zwei Ausführungsformen des
erfindungsmäßigen elektrischen Zünders und eines mittels dieses Zünders hergestellten
Detonators darstellen.
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Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch einen erfindungsmäßigen Zünder mit
koaxialen Elektroden; Fig.2 ist ein Axialschnitt durch einen Detonator, der mittels
des Zünders nach Fig. 1 hergestellt ist; Fig. 3 ist ein Axialschnitt durch einen
erfindungsmäßigen Zünder mit parallelen Elektroden; Fig. -1 ist eine perspektivische
Ansicht zweier in dem Zünder nach Fig. 3 verwendeter Elektroden, und Fig. 5 ist
ein Axialschnitt durch einen mittels des Zünders nach Fig. 3 hergestellten Detonators.
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In den verschiedenen Figuren bedeuten die gleichen Bezugszeichen identische
Elemente.
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In Fig. 1 ist ein elektrischer Zünder dargestellt, der zwei Elektroden
2 und 3 aus schwer oxv Bierbarem Metall. z. B. einem Stahl mit einem Gehalt von
ungefähr 18°1o Nickel und 801o Chrom, umfaßt. Die Elektrode 2 bildet einen zylindrischen
Becher, dessen Boden 4 eben ist und der ein Loch 5 längs seiner Achse bildet. Die
Elektrode 3 ist in diesem Loch eingelassen, und ihr Ende 6 erreicht die gleiche
Ebene wie diejenige, in der sich :die äußere Oberfläche 7 des Bodens 4 befindet.
Die Elektrode 3 befindet sich genau in der Achse des Loches 5 und ist von der Wand
8 dieses Loches durch eine ringförmige Schicht isolierenden, ausgehärteten Harzes
9 getrennt, deren Stärke höchstens ungefähr 50 Mikron, vorzugsweise jedoch etwas
weniger als 20 Mikron, z. B. etwa 15 Mikron, beträgt. Diese Ringschicht aus Harz
ist viel zu dünn, als daß man sie unter Berücksichtigung der Ausmaße der anderen
Teile des Gerätes richtig darstellen könnte.
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Dieses Harz ist beispielsweise das unter der Handelsbezeichnung »Araldite
Ciba type 121 N « bekannte Epoxydharz. Es wird in Mischung mit einem Härtemittel
verwendet, das mit Nummer 951 von der gleichen Firma Ciba bezeichnet wird. Die Mischung
besteht aus 100 Gewichtsteilen Harz auf 4,5 Gewichtsteile Härtemittel. Für die Zentrierung
einer Elektrode 3, die einen Zwischenraum von ungefähr 15 Mikron zwischen sich und
der Wand des Rohres 5 bestehen läßt, dessen Höhe ungefähr 2 mm beträgt, ist es ratsam,
nach der weiter unten angegebenen Weise zu verfahren.
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Man gießt zunächst die obige Mischung in den Becher 2. Die Zähflüssigkeit
dieser Mischung reicht dazu aus, daß das Loch 5 sich nicht füllt. Darauf läßt man
die Stange 3 unter der Einwirkung ihres Gewichtes in das Loch absinken. Die Zähflüssigkeit
des Harzes ist derart, daß sich die Stange selbsttätig in die Achse des Loches einstellt.
Außerdem wird dieses Harz über die ganze Höhe des Loches mit einer Schicht gleichmäßiger
Stärke von ungefähr 15 Mikron mitgeführt.
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,Nach dem Aushärten des Harzes führt man das Einebnen des Bodens 4
des Endes der Stange 3 und des isolierenden, gehärteten Harzringes 9 durch. Die
Oberflächen 6 und 7 befinden sich also in der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche
des isolierenden gehärteten Harzringes.
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Darauf beizt man chemisch oder elektrolytisch die auf diese Weise
erzeugte ebene Oberfläche, um sie von jedem Schmutz und jedem Metallteilchen zu
befreien, die im Laufe der Bearbeitung sich daran abgesetzt haben könnten. Dieses
Beizen muß vor allem allen Metallgrat verschwinden lassen, der im Kontakt mit dem
Harzring mitgetragen sein kann.
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Schließlich bringt man auf die derart erzielte gebeizte Oberfläche
einen Film 10 aus feinzerkleinertem Graphit vorzugsweise durch Aufspritzen einer
kolloidalen Suspension dieses Graphits einer mittleren Stärke von ungefähr 4 Mikron
in Methanol auf. Das Aufspritzen dieser kolloidalen Suspension wird durchgeführt,
bis die ebene Oberfläche vollständig und gleichmäßig mit Graphit bedeckt zu sein
scheint. In diesem Augenblick bestehen noch Zwischenräume zwischen einer Anzahl
von Körnern des feinzerkleinerten Graphits. Dieser Film 10 hat ja eine solch geringe
Dicke, daß man sie nicht in der Zeichnung darstellen könnte, falls man das Verhältnis
zwischen seiner Stärke und den Abmessungen der anderen Teile des Zünders berücksichtigen
müßte.
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Der auf diese Weise erhaltene Film haftet am Boden des Zünders nach
dem Verdampfen der flüchtigen Flüssigkeit, in der der feinzerteilte Graphit suspendiert
war. Dieses Haften wird durch das Abbeizen erleichtert, das nach dem Planieren erfolgte.
Das Haften kann auch durch die Beimischung eines Bindemittels verstärkt «-erden,
das durch die flüchtige Flüssigkeit ausgehärtet wird, in dem der feinzerkleiiierte
Graphit suspendiert wird.
Um einen Detonator oder eine Zündkapsel
auf Grund eines elektrischen Zünders, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, herzustellen,
ordnet man den Zünder an einem Innenrand 11 (Fig. 2) an, der von einer Hülse 12
gebildet wird. Die äußere Elektrode 2 ist in Berührung mit der Wand der Hülse, während
die mittlere Elektrode 3 demgegenüber isoliert ist. Man legt die pyrotechnische
Masse 13 des Detonators auf den ebenen Boden des Zünders, bedeckt sie mit einer
Scheibe 14, die man in der Hülse 12 dadurch festlegt, daß man den oberen Rand 15
gegen die Scheibe umbiegt. Als pyrotechnisches Material verwendet man z. B. Bleitrinitroresorcinat.
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Wenn die Schicht aus pyrotechnischer Masse verhältnismäßig dick ist,
ist es ratsam, nacheinander mehrere Teilschichten einzudrücken, bevor die Scheibe
14 eingesetzt wird.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsmäßigen
Zünders dargestellt, der zwei Elektroden 16 und 17 umfaßt, die zwei einander zugekehrte
parallele ebene Flächen 18 und 19 (Fig. 4) mit einem Maximalabstand von ungefähr
50 Mikron darbieten. Diese beiden Flächen 18 und 19 sind gleichfalls voneinander
durch eine dünne Schicht 9 aus isolierendem, ausgehärtetem Harz getrennt. Die Stirnflächen
6 und 7 dieser Elektroden liegen in der gleichen Ebene mit der Stirnfläche des Endes
20 der Isolierschicht 9 und des Stirnendes 21 eines Isolierblocks 22, in den die
Elektroden 16 und 17 nach dem Aushärten der Schicht 9 getaucht worden sind. Dieser
Block ist z. B. zylindrisch, wenn der Zünder in die Hülse eines zylindrischen Detonators
eingesetzt werden soll, und ist normalerweise aus einem Material hergestellt, das
thermoplastisch ist oder durch die Einwirkung eines geeigneten Katalysators ausgehärtet
werden kann. Man kann z. B. ein Phenoplast, ein Polyester oder ein Polystyren verwenden.
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Die Flächen 6, 7, 20, 21 sind mit einem Film 10 aus feinzerkleinertem
Graphit überdeckt.
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Zum Erzielen eines Zünders dieser Art nimmt man zwei nichtrostende
Elektroden 16 und 17, die beispielsweise die gleiche Zusammensetzung wie die Elektroden
2 und 3 nach Fig. 1 haben; man führt das Ebnen der beiden Flächen 18 und 19 durch,
die einander zugekehrt werden sollen. Man wählt für die Elektroden 16 und 17 vorzugsweise
Abmessungen, die den Flächen 18 und 19 die größte Oberfläche ermöglichen, die mit
der Einführung des Isolierblocks 22 zu vereinigen ist, der sie in der auf Grund
des Zünders herzustellenden Hülse des Detonators umringt. Man beizt die Oberflächen
18 und 19 chemisch oder elektrolytisch, um sie von jedem Schmutz oder Grat zu befreien.
Man überzieht sie alsdann mit einer Harzschicht, die beispielsweise die gleiche
Zusammensetzung wie im Falle des Zünders nach Fig. 1 hat. Man setzt die beiden Elektroden
waagerecht eine auf die andere, wobei ihre mit Harz überzogenen Flächen 18 und 19
einander zugekehrt sind. Man übt darauf einen Druck von oben nach unten auf die
obere Elektrode so aus, daß die Flächen 18 und 19 sich bis zu dem gewünschten Abstand
nähern. Beim Ausweichen zum Umfang dieser Fläche sorgt das zähflüssige Harz gleichzeitig
für die parallele Lage derselben, wenn der auf die obere Elektrode ausgeübte Druck
durch die Mitte der Flächen 18 und 19 verläuft. Wenn diese Abmessungen von 1,5 -
2 mm haben, muß man bei dem verwendeten Harz eine Kraft von 25 g ausüben, um die
Flächen 18 und 19 auf 15 Mikron voneinander zu bringen.
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Mit ein paar schnell durchgeführten Versuchen kann man auch für ein
Harz mit einer gegebenen Zähflüssigkeit und für von diesem Harz mit bekanntem Wert
überzogene Oberflächen leicht feststellen, welche Kraft ausgeübt werden muß, um
die beiden mit Harz überzogenen Elektroden auf den zwischen ihnen erwünschten Abstand
selbsttätig zu bringen.
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Wenn man die Zähflüssigkeit des Harzes verändern will, kann man dieses
so behandeln, wie es oben in bezug auf den Zünder nach Fig. 1 erwähnt worden ist.
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Nach dem Aushärten des Harzes werden die Stirnflächen 6, 7, 20 und
21 planiert, die derart erzielte ebene Oberfläche wird chemisch oder elektrolytisch
gebeizt, und eine Suspension feinzerteilten Graphits wird aufgespritzt.
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In Fig.5 ist ein Detonator dargestellt, der auf Grund eines Zünders
nach Fig. 3 aufgebaut ist. Dieser Detonator ist in analoger Weise hergestellt worden,
wie sie oben in bezug auf den Detonator der Fig. 3 beschrieben worden ist. Es muß
lediglich bemerkt werden, daß die Hülse 12 mit keiner der Elektroden 16 und 17 in
Berührung ist, weil diese von dem Isolierblock 22 vollkommen umgeben sind.
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Welche auch die verwendete Ausführungsform sein mag, Versuche haben
gezeigt, daß bei einer regulären Stärke des isolierenden ausgehärteten Harzes von
ungefähr 15 Mikron zwischen den beiden Elektroden, deren vorher abgebeizten Stirnflächen
in der gleichen Ebene von einem Film aus feinzerkleinertem Graphit überzogen sind,
der erfindungsmäßige Zünder regelmäßig unter der Einwirkung eines Funkens zündet,
der durch die Entladung eines auf 30 Volt geladenen Kondensators von 0,1 Mikrofarad
bewirkt worden ist.