DE2620826A1

DE2620826A1 - Elektrischer zuender

Info

Publication number: DE2620826A1
Application number: DE19762620826
Authority: DE
Inventors: William Bertram Scamaton
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-11
Publication date: 1976-11-25
Also published as: DE2620826C2; FR2311272A1; FR2311272B1; GB1507547A; US4070970A

Description

PATBNTAKTWAtT

. ing. K. BLOLZEB

PHIIiIPPINBi-WEI-SEB-STItASSB 1*

AUGSBURG

TEtEFOK 516475 TELEX 533 2 02 patol d

M.

Augsburg, den 10. Mai 1976

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern, Ireland, Whitehall, London S.W.I, England,

Elektrischer Zünder

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Zünder mit zwei Zündelektroden, zwischen denen sich ein pyrotechnisches Gemisch befindet.

Im Interesse der Sicherheit ist es wünschenswert, daß elektrische Zünder unempfindlich gegen zufällige Ströme

609848/0670

ORIGINAL INSPECTED

und folglich gegen unbeabsichtigte Auslösungen sind. Bekannte elektrische Zünder werden durch die Wärme gezündet, die von einem über eine Drahtbrücke mit niedrigem elektrischem Widerstand oder durch eine elektrisch leitfähige Zusammensetzung mit einem elektrischen Widerstand bis zu 2000Λ fließenden Strom erzeugt wird. Diese "Heißdraht"-Zündeinrichtungen werden im allgemeinen aus thermischen Batterien oder aufgeladenen Kondensatoren betrieben und können durchaus mit Spannungen von weniger als 100 V gezündet werden» Polglich sind diese Zünder gegen Spannungsimpulse einer Größenordnung empfindlich, wie sie auch zufällig auftreten können.

Es sind zwar in den letzten Jahren Brückenzünder-Sprengkapseln mit guter Unempfindlichkeit gegen niedrige Spannungsimpulse entwickelt worden, jedoch hat sich die Entwicklung einer gleichwertigen, langsam abbrennenden Zündeinrichtung für allgemeine Zündzwecke als schwieriger erwiesen, was seinen Grund hauptsächlich darin hat, daß sich die meisten langsam abbrennenden Zusammensetzungen nur allzu leicht wie Heißdraht-Zündeinrichtungen verhalten und in der oben genannten Weise durch niedrige Spannungen zündbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen universell

609848/0670

verwendbaren elektrischen Zünder mit größerer Sicherheit gegen unerwünschte Auslösung auszubilden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein elektrischer Zünder der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das pyrotechnische Gemisch innig und gleichförmig miteinander vermischte Metallteilchen, Teilchen eines dielektrischen Materials und Teilchen eines Oxydationsmittels zur Oxydation der Metallteilchen enthält und daß das Gemisch eine solche elektrische Widerstandscharakteristik aufweist, daß beim Auftreten einer Potentialdifferenz zwischen den beiden Zündelektroden erst dann eine zur Einleitung einer exothermen Reaktion zwischen den Metallteilchen und dem Oxydationsmittel ausreichende Stromdichte in dem Gemisch erreicht wird, wenn die Potentialdifferenz so groß ist, daß in dem dielektrischen Material des Gemisches ein Durchschlag erfolgt.

Die elektrischen Gesamteigenschaften des Gemisches sind so, daß der Stromfluß durch das Gemisch bei allen Spannungen vernachlässigbar ist, die unterhalb der Durchschlagspannung des in dem Gemisch enthaltenen dielektrischen Materials liegen. Wird diese Durchschlagspannung einmal überschritten, · so kann der Strom leicht über die Metallpartikelchen durch

- 3 609848/0670

das Gemisch fließen und diese Metallpartikelchen erwärmen, wobei einige der Metallpartikelchen bis zum Schmelzpunkt erwärmt werden und dadurch eine exotherme Reaktion zwischen den Metallpartikelchen und dem Oxydationsmittel des Gemisches einleiten. Diese Reaktion entwickelt schnell eine Treibkraft, die so heftig ist, daß anderes, in unmittelbarer Nähe befindliches pyrotechnisches Material gezündet wird.

Der erfindungsgemäße Zünder benötigt also einen Hochspann ungs -Zündimpuls und kann nicht auf zufällig auftretende Niederspannungsimpulse ansprechen. In Kombination mit einer daran befestigbaren Sprengkapselladung kann dieser Zünder als hochsichere, hochspannungsgezündete Sprengkapsel Anwendung finden.

Die Erfindung bringt also den technischen Fortschritt, daß der Zünder durch Ausnützung der dielektrischen Eigenschaften einer Komponente eines pyrotechnisehen Gemisches gegen zufällig auftretende Niederspannungsimpulse unempfindlich ist. Das pyrotechnische Gemisch des erfindungsgemäßen Zünders weist infolge der dielektrischen Komponente einen hohen Gleichstromwiderstand auf, der sich erst beim Anlegen einer hohen, einen Durchschlag der dielektrischen Komponente bewirkenden Spannung auf einen so niedrigen Wert verkleinert,

- 4 609848/0670

daß ein ausreichender Zündstrom durch das Gemisch fließt.

Vorzugsweise weist das in dem pyrotechnisehen Gemisch des erfindungsgemäßen Zünders verwendete Oxydationsmittel selbst so gute dielektrische Eigenschaften auf, daß es nach inniger Vermischung mit den Metallpartikelchen bei geeigneter Teilchengröße, richtigem Mischungsverhältnis und geeigneter Packungsdichte die erforderliche Durchschlagfestigkeit aufweist. Die Oxydationskomponente des pyrotechnisehen Gemisches wirkt dann gleichzeitig als dielektrische Komponente, so daß das Gemisch aus nur zwei Bestandteilen besteht, was den Vorteil hat, daß, da nach dem einmal erfolgten Zusammenbruch der dielektrischen Festigkeit beide Komponenten vollständig an der exothermen Reaktion teilnehmen, die gesamte erzeugte Wärme vollständig vom Zünder abgegeben wird, ohne daß die inneren Verluste auftreten, die sonst durch die Erhitzung der Masse einer dritten, nicht an der Reaktion teilnehmenden Komponente bedingt sind.

Ein bevorzugtes, aus zwei Komponenten bestehendes pyrotechnisches Gemisch ist ein Thermitgemisch, das aus pulverisiertem Aluminium und fein zerteiltem Kupferoxyd besteht, wobei die beiden Komponenten mit geeigneten Anteilen und Teilchengrößen innig miteinander vermischt und dicht

6098A8/0670

gepackt sind, so daß das Gemisch vor einem Durchschlag einen Glexchstromwiderstand zwischen den beiden Zündelektroden von mindestens 1 MJfI und vorzugsweise mehreren MXl. aufweist.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform bxldet der Zünder eine konzentrische zylindrische Anordnung, bei welcher eine Elektrode in Form eines Stiftes mittels einer elektrisch isolierenden Endbuchse zentrisch innerhalb einer zylindrischen zweiten Elektrode gehalten wird und der Ringraum zwischen den beiden Elektroden mit einem Thermitgemisch mit geeignet hohem Glexchstromwiderstand ausgefüllt ist. In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine solche zylindrische Anordnung in geringerem Maße den Einflüssen tiefer Temperaturen und Schwingungen als andere untersuchte Bauformen unterworfen ist.

Beim Zünden tritt, obwohl der thermische Vorgang heftig ist, kein Zersprengen auf und das Abbrennen des Zünders erfolgt relativ langsam. Folglich ist der erfindungsgemäße Zünder besonders für Anwendungsgebiete geeignet, bei denen eine nichtbrisante Zündung erforderlich ist.

Der erfindungsgemäße Zünder kann auch vorteilhaft zur

- 6 609848/0670

Zündung einer daran befestigbaren Sprengladung benützt werden, wenn eine brisante Zündung erforderlich ist, beispielsweise beim Sprengen oder im Bergbau. Herkömmliche Brückensprengzünder mit guter Unempfindlichkeit gegen niedrige Spannungen werden normalerweise mittels des Entladestromes eines aufgeladenen Kondensators gezündet, indem der Stromkreis der Drahtbrücke über den Kondensatoranschlussen geschlossen wird. Falls der Blindwiderstand des Brückendrahtes und seiner Anschlußdrähte nicht klein im Verhältnis zu demjenigen des Kondensators gehalten wird, so reicht der Entladestrom nicht aus, um eine Sprengung herbeizuführen, weshalb es notwendig ist, die Länge der den Zündschalter mit dem Sprengzünder verbindenden Doppelleitung zu beschränken.

Im Gegensatz dazu kann bei dem erfindungsgemäßen Zünder, wenn dieser über einen aufgeladenen Kondensator gezündet wird, der Entladestrom erst dann fließen, wenn der Durchschlag in dem pyrotechnisehen Gemisch erfolgt ist, was erst dann eintreten kann, wenn die Ladung der Zündkondensatorelektroden die Zündelektroden des Zünders erreicht hat. Polglich wird bei dem erfindungsgemäßen Zünder der Schaltvorgang praktisch vom Zündschalter weg zum Zünder selbst verlagert und die Notwendigkeit der Begrenzung des Blindwiderstands der Verbindungsleitungen entfällt. Polglich können in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Zünder viel

60984870670

■*.

längere Zündleitungen als bei bekannten Zündern Anwendung finden.

Ferner weist ein mit einer Sprengkapsel kombinierter Zünder nach der Erfindung das sehr wünschenswerte Sieherheitsmerkmal auf, daß die Sprengladung gesondert vom Zünder transportiert werden kann und Sprengladung und Zünder erst unmittelbar vor Gebrauch zusammengesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispxel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen

elektrischen Zünder nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen

Zünder nach Fig. 1 in Verbindung mit einer daran befestigten Sprengkapsel.

Der in Fig. 1 gezeigte Zünder weist eine zylindrische Metallhülse 1 auf, die ein dichtgepacktes Thermitgemisch 2 enthält, in welche ein zentrisch in einer Keramikbuchse

609843/

i?8~7G

gehaltener Metallstift 3 hineinragt. Die Keramikbuchse ist so geformt, daß sie in das erweiterte offene Ende 5 der Hülse 1 hineinpaßt. Die Keramikbuchse wird durch Lötnähte 6 bzw. 7 in ihrer relativen Lage zur Hülse 1 und zum Stift 3 gehalten. Die Eindringtiefe des Stiftes 3 in die Hülse 1 ist so gewählt, daß der axiale Abstand vom Ende des Stiftes zum geschlossenen Hülsenende nicht kleiner als der Radialabstand zwischen dem Stiftumfang und der Hülsen— wand ist. Die Stirnwand 8 der Hülse 1 ist dünner als die Zylinderwand der Hülse ausgebildet, so daß sie beim Ablauf der Thermitreaktion bevorzugt bricht. An der Hülse 1 und am Stift 3 sind nicht dargestellte elektrische Anschlüsse vorgesehen.

Das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete bevorzugte Thermitgemisch 2 besteht aus innig miteinander vermischtem Aluminiumpulver und Kupferoxydpulver in einem Gewichtsverhältnis von 1 zu 2, wobei keiner der beiden Bestandteile des Gemisches eine Korngröße von mehr als einem Zehntel des RadialabStandes der beiden Elektroden aufweist. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel, bei welchem der Radialabstand zwischen der inneren Elektrode und der zylindrischen Außenelektrode etwa 1 mm beträgt, ist die Korngröße der Bestandteile nicht größer als 63/ttm.

- 9 609848/0870

Eine sorgfältig gesteuerte Herstellung des Gemisches ist zur Erzielung reproduzierbarer Ergebnisse wesentlich und das hierzu angewendete Verfahren wird nachstehend beschrieben.

Aluminiumpulver mit einer iSiennkorngröße von ΙΟ/im wird zunächst durch ein 63-/xm-Sieb passiert, sodann bei 15O⁰C während einer Stunde getrocknet und dann während 30 Minuten in einem Glasbehälter mit großer Halböffnung unter Kühlung trommelgedreht. Das Kupferoxyd wird zuerst während einer Stunde bei 150⁰C getrocknet und dann durch ein 63-/*.ni-Sieb passiert«, Die erforderlichen Gewichtsanteile jedes Gemischbestandteils werden dann dünn auf Tabletts aus rostfreiem Stahl ausgebreitet und während drei Stunden einer weiteren Wärmebehandlung bei 150 C unterworfen. Nachdem die Tabletts so weit abgekühlt sind, daß sie gehandhabt werden können, werden die darauf befindlichen Komponenten in einen eine weite Halsöffnung aufweisenden Glasbehälter gegeben, in welchem sie während 30 Minuten trommelgemischt werden. Eine abgewogene Menge des so erhaltenen Gemisches wird sodann in eine Zündhülse gepreßt, wobei das Pressen so gesteuert wird, daß das Gemisch ein genau vorbestimmtes Volumen einnimmt, so daß die gewünschte Packungsdichte sichergestellt wird.

Wenn die Hülse mit dem auf eine Dichte von etwa

609848"/6%70

1,4 g/cm^ verdichteten Gemisch gefüllt wird, so liegen die Zündeigenschaften so, daß im Bereich von 500 V noch keine Zündung und bei einem Zündstrom von etwa 250 mA bei 1700 V eine vollständige Zündung auftritt. Die Ansprechzeit beträgt etwa 1 ms und der Zünder ist unempfindlich gegen Hochfrequenzstreusignale bis zu einer Leistung von 4 W,

t>er in Fig. 1 gezeigte Zünder kann für sich alleine als nichtbrisanter Zünder oder in Kombination mit einer daran befestigbaren Sprengladung nach Fig» 2 als sicherer elektrischer Sprengzünder mit langer Zündleitung Anwendung finden. Die am Zünder nach Fig. 1 befestigbare Sprengkapsel 9 weist eine Metallhülse 10 auf, die ein erweitertes offenes Ende 11 aufweist, in welches die Stirnwand 8 der Zünderhülse 1 einsetzbar ist. Die Sprengkapselhülse 10 ist mit einem geeigneten Sprengstoff gefüllt, wobei es sich im vorliegenden Falle um Pentaerythrit-Tetranitrat (PETN) handelt. Dabei ist der weiter vom Zünder entfernte Teil 12 der Sprengkapselhülse mit hochdichtem PETN und der übrige, an den Zünder angrenzende Teil 13 des Hülseninneren mit eine geringere Dichte aufweisenden PETN gefüllt. Das innenliegende Ende der Sprengkapselhülsenöffnung 11 ist von einer dünnen Metallmembran 14 abgeschlossen, welche den Sprengstoff in der Kapsel hält.

- 11 609848/0670

Da die anzulegende Zündspannung einen ziemlich hohen Wert überschreiten muß, bevor die dielektrische Festigkeit einer der Komponenten des Thermitgemisches zusammenbricht, damit eine exotherme Reaktion stattfinden kann, ist der erfindungsgemäße Zünder sowohl als nicht sprengkräftiger Zünder als auch als Sprengzünder in hohem Maße gegen unbeabsichtigte Auslösung unempfindlich.

Die glühenden geschmolzenen Kupferteilchen, die während des Ablaufs der Thermitreaktion aus dem Ende des Zünders herausgeschleudert werden, schießen über eine ziemlich große Distanz und können daher zur Einleitung nahezu jedes beliebigen Brennvorgangs verwendet werden.

In Verbindung mit der daran befestigten Sprengladung stellt der erfindungsgemäße Zünder einen elektrischen Sprengzünder dar, der mit langen Zündleitungen betrieben werden kann und eine große Handhabungssicherheit aufweist, da Zünder und Sprengkapsel gesonderte Teile darstellen.

- 12 -

609848/0670

Claims

Patentansprüche

1. Elektrischer Zünder mit zwei Zündelektroden, zwischen denen sich ein pyrotechnisches Gemisch befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das pyrotechnische Gemisch (2) innig und gleichförmig miteinander vermischte Metallteilchen, Teilchen eines dielektrischen Materials und Teilchen eines Oxydationsmittels zur Oxydation der Metallteilchen enthält und daß das Gemisch eine solche elektrische Widerstandscharakteristik aufweist, daß beim Auftreten einer Potentialdifferenz zwischen den beiden Zündelektroden erst dann eine zur Einleitung'einer exothermen Reaktion zwischen den Metallteilchen und dem Oxydationsmittel ausreichende Stromdichte in dem Gemisch erreicht wird, wenn die Potentialdifferenz so groß ist, daß in dem dielektrischen Material des Gemisches ein Durchschlag erfolgt.

2β Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material selbst das Oxydationsmittel bildet.

3. Zünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material ein Metalloxyd ist.

- 13 609848/0670

4. Zünder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallteilchen Aluminiumpulver und als dielektrisches Material Kupferoxyd dient und daß Aluminium und Kupferoxyd in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : vorhanden sind.

5. Zünder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das pyrotechnische Gemisch (2) zwischen den beiden Zündelektroden (1, 3) einen elektrischen Gleichstromwiderstand von mindestens 1 MΛ aufweist.

6. Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zündelektrode als zylindrische Metallhülse (1) und die andere Elektrode als koaxial darin angeordneter Metallstift (3) ausgebildet ist und daß der Ringraum zwischen den beiden Elektroden mit dem pyrotechnischen Gemisch (2) gefüllt ist.

7u Zünder nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bestandteile des Gemisches eine Teilchengröße von weniger als einem Zehntel des RadialabStandes zwischen den beiden Elektroden (1, 3) aufweisen.

8. Zünder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

- 14 609848/0670

das Gemisch zwischen den beiden Zündelektroden (1, 3) eine Durchbruchspannung im Bereich von 500 V bis 1700 V aufweist, daß weiter der Radialabstand der Elektroden etwa 1 mm beträgt, und daß die Teilchengröße der Gemischbestandteile nicht größer als 63 jUm ist und die Packungsdichte im Bereich von 1,3 g/cm bis 1,5 g/cnr liegt.

9. Zünder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine angrenzend an den Bereich des pyrotechnischen Gemisches (2) am Zünder (Fig. 1) befestigbare, mit Sprengstoff (12, 13) gefüllte Sprengkapsel (10).

609848/0670

- 15 -

Leerseite