DE2931765C2 - Detonator ohne Initialsprengstoff - Google Patents

Description

bei entsprechend steilem Spannungsanstieg außerordentlich schnell, so daß im die Keramik umgebenden Medium eine Stoßwelle initiiert wird, die sich wegen der Massenträgheit des Sprengstoffs, der während der Expansionszeit beschleunigt wird, ausbildet. '·

Nach dem Standardisierungsübereinkommen der Nato STANAG 3525 müssen alle Primärsprengstoffe (Initialsprengstoffe) sicherbar sein, d. h. aus der Zündlinie schwenkbar bzw. durch Scheiben von der Hauptladung des Sekundärsprengstoffs trennbar sein. Bei to Sekundäf-sprengstoffen ist dies nicht zwingend vorgeschrieben. Die Grenze der Empfindlichkeit liegt bei Tetryl. Die Verwendung von Tetryl bzw. von anderen Sekundärsprengstoffen von gleicher oder geringerer Empfindlichkeit führt daher zu einer erheblichen ΐί Vereinfachung beim Bau von Zündern, da die sonst notwendigen komplizierten mechanischen Sicherungsvorrichtungen überflüssig sind. Günstig ist bei der Erfindung weiterhin, daß handelsübliche Sekundärsprengstoffe ohne zusätzliches Mahlen verwendet werden können.

In bevorzugter Ausführung werden zwei oder mehr Piezoelemente verwendet, die elektrisch parallel und mechanisch in Serie geschaltet sind. Hierdurch kann bei vorgegebener Maximalspannung die insgesamt erreichbare Expansionsamplitude der Piezoelemente vergrößert werden.

Weiterbildungen der Erfindung beziehen sich darauf, daß die Sprengkapsel verdämmt oder unverdämmt ausgeführt sein kann, was je nach Anwendungsfall einen weiteren Vorteil darstellt.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht weiterhin vor, daß dem Sekundärsprengstoff ein Metallpulver und/oder andere Zusätze beigemischt sind, so daß die Dichte des Sekundärsprengstoffs erhöht wird. Durch diese Maßnahme wird die Ausbildung einer Stoßwelle erleichtert. Dem gleichen Ziel dient ein Schwermetalleinsatz, vorzugsweise aus Blei, der von Sekundärsprei.gstoff umgeben ist und der parallel dem Piezoelement gegenübersteht, wobei die Querschnittsfläche des Schwermetalleinsatzes kleiner ist als die Querschnittsfläche einer Ausnehmung des Detonators.

Günstig bei der Erfindung ibt weiterhin, die Querschnittsfläche des Piezoelements entsprechend der inneren Querschnittsfläche der Ausnehmung des Detonators auszubilden, so daß sich die Stoßwelle als ebene Fläche durch den Sekundärsprengstoff ausbreitet.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist das Piezoelement als rohrförmiger Körper ausgebildet, an dessen Außenumfang und Innenumfang Elektroden koaxial angebracht sind und der innen und/oder außen von Sekundärsprengstoff umgeben ist. Dieses Ausführungsbeispiel kann vor allem bei rotationssymmetrischen Körpern vorteilhaft verwendet werden. Bei schnell rotierenden Geschossen ist hierbei der steil ansteigende Spannungsimpuls so groß zu wählen, daß die Piezospannung, die von der Zentrifugalbeschleunigung hervorgerufen wird, kompensiert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Detonator in verdammter Ausführung mit einem dem Piezoelement gegenüberliegenden Schwermetalleinsatz,

F i g. 2 zwei Piezoelemente, die elektrisch parallel und mechanisch in Serie geschaltet sind,

F i g. 3 einen Detonator mii einem rohrförmigen Piezoelement, das an seinem Außenumfang versteift ist,

F i g. 4 eine elektronische Schaltung zur Zündung des Detonators.

F i g. 1 zeigt einen Detonator i, bestehend aus einem topfförmigen Behälter 2, vorzugsweise aus Stahl, der eine Ausnehmung 3 aufweist, deren Querschnittsfläche4 größer oder gleich der Auflageflächen 6 eines plättchenförmigen Piezoelements 5 ist, das auf der Querschnittsfläche 4 der Ausnehmung 3 angebracht ist. In üblicher Weise sind auf beiden Seiten des plättchenförmigen Piezoelements 5 flächenhaft ausgebildete gegebenenfalls isoliert ausgeführte Elektroden 7 angebracht, die über nicht näher dargestellte Elektrodenzuleitungen die zur Zündung notwendige Energie d°m Piezoelement 5 zuführen. Sekundärsprengstoff 8 ist z. B. unmittelbar auf einer Seite des mit Elektroden 7 versehenen Piezoelements 5 aufgepreßt und damit der Behälter 2 gefüllt. Zum Zwecke der Verdammung ist die Ausnehmung 3 durch eine Oberwurfscheibe 9 und eine Ausgleichscheibe 10, die z. B. aus Metall bestehen, verschlossen. Die Überwurfscheibe 9 wird z. B. mit einem Gewinde 11, das sich entsprechend auch am oberen äußeren Rand 12 des runden topfförmigen Behälters 2 befindet, angeschraubt. Die Überwurfscheibe 9 drückt hierbei mit ihrer planen Innenseite auf die ebenfalls plane, kreisrunde Ausgleichsscheibe 10, die in die Ausnehmung 3 eingepaßt ist und ihrerseits auf dem Sekundärsprengstoff 8 aufliegt. Zur Verbesserung der Sprengwirkung kann erfindungsgemäß eine Schwermeiaüeinläge 13 als Widerlager, vorzugsweise aus Blei bestehend, dem Piezoelement 5 gegenüberstehen, wobei die Schwermetalleinlage 13 allseitig mit Sekundärsprengstoff 8 umgeben ist. Bei einem kreisrunden Behälter 2 kann diese Schwermetalleinlage 13 als kreisrunde zylindrische Scheibe ausgeführt sein, deren Querschnittsfläche 14 kleiner als die Querschnittsfläche

4 der Ausnehmung 3 ist und die koaxial in der Ausnehmung 3 angeordnet ist. Im Sinne dieser Erfindung können auch andere Behälter 2 verwendet werden, die nicht rotationssymmetrisch sind und deren Ausnehmungen 3 und Schwermetalleinlagen 13 keine kreisrunden Querschnitte aufweisen. Erfindungsgemäß ist es weiterhin denkbar, daß der Sekundärsprengstoff 8 direkt auf dem Boden aufliegt und daß das Piezoelsment

5 zwischen Sekundärsprengstoff 8 und Ausgleichsscheibe 10 angebracht ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden in F i g. 2 zwei Piezoelemente 5 verwendet, die über eine dünne flächenhaft ausgebildete und mit einer Elektrodenzuleitung 16' versehenen Mittelelektrode T aufeinanderliegen, wobei die äußeren Elektroden 7 über Elektrodenzuleitungen 16 miteinander verbindbar sind. Da lange Elektrodenzuleitungen 16 und 16' mit entsprechend hohen Induktivitäten behaftet sind, verwendet man, wegen des zur Zündung notwendigen steil ansteigenden Spannungsimpulses, bevorzugt kurze Elektrodenzuleitungen 16 und 16'.

Von Vorteil kann auch die Verwendung eines unverdämmten Detonators 1 sein. Für diesen Fall sind die Überwurfscheibe 9 und die Ausgleichsscheibe 10 abnehmbar angebracht.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann in dem Behälter 2 ein rohrförmiges Piezoelement 15 verwendet werden, an dessen lnnen- und Außenumfang jetzt ringförmige Elektroden 17 sowie innen Sekundärsprengstoff 8 koaxial angeordnet sind. Die Elektroden 17 sind in nicht näher dargestellter

Weise mit Zuleitungen verbunden. Beim Anlegen eines steil ansteigenden Spannungsimpulses an die beiden Elektroden 17 wird eine radiale nach innen laufende Stoßwelle im Sekundärsprengstoff 8 erzeugt.

In Weiterbildung dieses Beispiels sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen sich der Sekundärsprengstoff 8 sowohl innerhalb als auch außerhalb des Piezoelements 5 befindet. Weiter können erfindungsgemäß auch zwei oder mehr konzentrische gegenläufig sich bewegende rohrförmige Piezoelemente 15 verwendet werden, die den dazwischenliegenden Sprengstoff zusammenpressen.

Diese Weiterbildung der Erfindung kann auch auf plättchenförmige Piezoelemente 5 der F i g. 1 und 2 übertragen werden, wobei zwischen sich gegenläufig bewegende Piezoelemente 5 der Sekundärsprengstoff 8 angeordnet ist.

Die Erzeugung des zur Zündung erforderlichen

Spannungsimpulses kann erfindungsgemäß durch eine elektronische Schaltung nach Fig.4 erfolgen, die nachstehend beschrieben ist. Ein Piezogenerator 20 erzeugt in bereits bekannter Weise elektrische Energie, die bei Erreichen einer ausreichend hohen Spannung von beispielsweise 2 kV über eine Funkenstrecke 21 auf die Kapazität des Piezoelements 5 bzw. 15 umgeladen wird und damit den Sekundärsprengstoff 8 zündet. Hierbei sind der Piezogenerator 20, die Funkenstrecke 21 und das Piezoelement 5 bzw. 15 elektrisch in Serie geschaltet. In bevorzugter Ausführung liegt parallel zum Piezogenerator 20 ein Sicherungsschalter 22, der beispielsweise bis zum Abschuß des Geschosses kurzgeschlossen ist. Weiter ist es vorteilhaft, parallel zum Piezoelement 5 bzw. 15 einen relativ hochohmigen Widerstand 23 zu schalten, der Ladungen, diez. B. durch Ionisation vergleichsweise langsam an dem Piezoelement 5 bzw. 15 entstehen, abbaut.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Detonator ohne Initialsprengstoff zum elektrischen Zünden von Explosivstoffen, insbesondere Sprengstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Detonator (1) mindestens ein Piezoelement (5) aufweist, das teilweise oder ganz von Sekundärsprengstoff (8) umgeben ist und das beim Zuführen eines steil ansteigenden Spannungsimpulses außerordentlich schnell expandiert und durch die entstehende Stoßwelle den anliegenden Sekundärsprengstoff (8) zündet

2. Detonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Piezoelemente verwendet werden und daß die Piezoelemente (5) elektrisch parallel und mechanisch in Serie geschaltet sind.

3. Detonator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das Piezoelement (5) und den Sprengstoff (8) enthaltende Detonator (1) mit einer Verdammung (9, 10) versehen ist.

4. Detonator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detonator (1) unverdämmt ausgeführt ist.

5. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sekundärsprengstoff (8) ein Metallpulver und/oder andere Zusätze beigemischt sind, so daß die Dichte des Sekundärsprengstoffs erhöht wird.

6. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiger Schwermetalleinsatz (13), vorzugsweise aus Blei, der von Sekundärsprengstoff (8) umgeben ist, parallel dem Piezoelement (5) gegenüber steht, wobei die Querschnittsfläche (14) des Schwermetalleinsatzes (13) kleiner ist als die Querschnittsfläche (4) einer Ausnehmung (3) des Detonators (1), die den Sekundärsprengstoff (8) enthält.

7. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen (6) des plättchenförmigen Piezoelements (5) der Querschnittsfläche (4) der Ausnehmung (3) des Detonators (1) entsprechen.

8. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement als rohrförmiger Körper (15) ausgebildet ist, an dessen Außenumfang und Innenumfang ringförmige Elektroden (17) koaxial angebracht sind und der innen und/oder außen von Sekundärsprengstoff (8) umgeben ist.

9. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des steil ansteigenden Spannungsimpulses ein an sich bekannter Piezogenerator (20) verwendbar ist, der über eine Funkenstrecke (2ί) mit dem Piezoelement (5) verbindbar ist, wobei parallel zum Piezogenerator (20) ein Kurzschlußschalter (22) geschaltet ist.

10. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Piezoelement (5) ein Widerstand (23) geschaltet ist.

Die Erfindung betrifft einen Detonator zum elektrischen Zünden von Explosivstoffen, insbesondere Sprengstoffen.

Ein Detonator zum unmittelbaren elektrischen Zünden von Sekundärsprengstoffen ist bereits aus der DE-PS 16 46 337 bekannt. Bei diesem Detonator handelt es sich um einen Spaltpolkörper, dessen Spalt von einer dünnen, zumindest halbleitenden Schicht überbrückt wird. Zur Erzielung einer hohen Zündwilligkeit des Sekundärsprengstoffs wird dessen Korngrößenverteilung so gewählt, daß zumindest der an der halbleitenden Schicht anliegende Teil des Sekundärsprengstoffes spezifische Oberflächen im Bereich zwischen 300 und 10 000 cm²/g aufweist

Nachteilig bei dieser vorbekannten Erfindung ist einmal die recht komplizierte Herstellung des Spaltpolkörpers mit einer Spaltbreite des Polkörpers zwischen 20 und einigen 100 μ, was hohe feinmechanische Anforderungen an die Fertigungseinrichtung stellt und entsprechend den Detonator verteuert Zum anderen setzt das Aufbringen und Kontaktieren der Halbleiterschicht einen zusätzlichen aufwendigen Herstellungsprozeß voraus. Weiter erfordert ein sicheres Funktionieren dieses vorbekannten Detonators eine genaue Kenntnis der Korngrößenverteilung des verwendeten Sekundärsprengstoffes, dessen erwünschte Feinkörnigkeit bzw. spezifische Oberfläche durch Mahlen des handelsüblichen Sekundärsprengstoffes erreicht werden muß.

Aus Philips' Technische Rundschau 11, 1949, Nr. 5, Seite 145—151 ist der umgekehrte piezoelektrische Effekt (mechanische Deformation von Kristallen in einem elektrischen Feld) in allgemeiner Form bekannt Auch die Anwendung dieses Effekts zur Abstrahlung von Luftschall im Ultraschallbereich ist aus dieser Schrift zu entnehmen. Aus Wehrtechnische Monatshefte, 1966, Nr.

11, Seite 489—497, sind verschiedene elektrische Detonatoren ohne Initialsprengstoff bekannt Aus den beiden vorgenannten Literaturstellen ergeben sich jedoch keine Hinweise für eine Anwendung von Piezokristall in elektrischen Detonatoren ohne Initialsprengstoff.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Detonator ohne Initialsprengstoff der eingangs besprochenen Art in einfacher Weise herzustellen, ohne daß die kostenintensiven und aufwendigen Herstellungsschritte der oben erwähnten Patentaschrift erforderlich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der Detonator erfindungsgemäß mindestens ein Piezoelement auf, das zumindest teilweise von Sekundärsprengstoff umgeben ist und das beim Zuführen eines steil ansteigenden Spannungsimpulses außerordentlich schnell expandiert und durch die entstehende Stoßwelle den anliegenden Sekundärsprengstoff zündet.

Bei dieser Erfindung wird die Eigenschaft von Sprengstoffen ausgenutzt, durch Stoßdruck initiierbar zu sein. So ist z. B. Tetryl ab etwa 10 kbar Stoßdruck initiierbar.

Neu ist hierbei das Prinzip, zur Erzeugung einer Stoßwelle im Sekundärsprengstoff, die zur Initiierung des Sprengstoffs führt, den piezoelektrischen Effekt auszunutzen. Man kann mit einer Scheibe aus einer bestimmten Piezokeramik bei einer Kompression um 1 μηι eine Spannung von 2 kV an den gegenüberliegenden Flächen abnehmen. Umgekehrt tritt beim Anlegen einer entgegengesetzt gepolten Spannung von 2 kV eine Expansion um 1 μίτι auf. Diese Expansion verläuft