DE3145059C1 - Piezoelectric generator for the ignition of a detonator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Generator für mit Sprengstoff geladene Projektile, der zur Zündung eines elektrischen Detonators bestimmt, der diesen Sprengstoff initiiert.The present invention relates to a piezoelectric Projectile for explosives loaded with explosives Ignition of an electrical detonator determines this Explosives initiated.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein mit Sprengstoff geladenes Projektil, das einen derartigen Generator enthält.The invention also relates to an explosive loaded projectile containing such a generator.

Bekannt ist eine piezoelektrische Vorrichtung zum Zünden eines elektrischen Detonators, der den in einem ballistischen Pro­ jektil oder gelenkten Flugkörper enthaltenen Sprengstoff ini­ tiiert. Diese Vorrichtung enthält ein ferroelektrisches Mate­ rial, das elektrisch mit dem Detonator verbunden ist. Dieses ferroelektrische Material ist derart in dem Projektil ange­ ordnet, daß es beim Geschoßaufschlag eine mechanische Be­ anspruchung erfährt. Diese mechanische Beanspruchung induziert eine Stoßwelle, die das ferroelektrische Material depolarisiert indem sie eine elektrische Spannung erzeugt, die die Zündung des Detonators auslöst.A piezoelectric device for igniting a electrical detonator, which is used in a ballistic pro jectile or guided missile containing explosives ini tied. This device contains a ferroelectric mate rial, which is electrically connected to the detonator. This ferroelectric material is so in the projectile orders that there is a mechanical loading at the storey experienced stress. This mechanical stress induces a shock wave that depolarizes the ferroelectric material by generating an electrical voltage that is the ignition of the detonator.

Die von einer piezoelektrischen Vorrichtung dieses Typs ge­ lieferte Spannung ist jedoch verhältnismäßig gering. Infolge­ dessen eignet sich eine derartige Vorrichtung nur für die Zündung sehr empfindlicher Initialsprengstoffe.The ge of a piezoelectric device of this type delivered voltage is however relatively low. As a result such a device is only suitable for Ignition of very sensitive initial explosives.

Nun ist es aus Gründen der Sicherheit und der Zuverlässigkeit vorteilhaft, wenn wenig empfindliche Initialsprengstoffe ge­ zündet oder Sekundärsprengstoffe, die eine elektrische Energie in der Größenordnung von 0,1 bis 0,5 J während einer Dauer von 0,5 bis 1 µs erfordern, direkt initiiert werden können.Now it is for security and reliability reasons advantageous if less sensitive initial explosives detonates or detonates an electrical energy on the order of 0.1 to 0.5 J over a period of time of 0.5 to 1 µs, can be initiated directly.

Gerade die erwähnte Zielsetzung ist Gegenstand der vorliegen­ den Erfindung.It is precisely the objective mentioned that is the subject of the present the invention.

Die piezoelektrische Vorrichtung, die die Erfindung beinhaltet, besteht aus einem elektrisch mit dem Detonator verbundenen ferroelektrischen Material, das derart in das Projektil ein­ gebaut ist, daß es beim Geschoßaufschlag eine mechanische Beanspruchung erfährt. The piezoelectric device incorporating the invention consists of one electrically connected to the detonator ferroelectric material that is so in the projectile is built that it is a mechanical Experienced stress.  

Erfindungsgemäß ist dieser piezoelektrische Generator dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Platten aus ferroelektrischem Ma­ terial, die elektrisch parallelgeschaltet und parallel zuein­ ander angeordnet sind, sowie Vorrichtungen enthält, die es ermöglichen, daß beide Platten beim Geschoßaufschlag gleich­ zeitig stoßbelastet werden.According to the invention, this is a piezoelectric generator characterized in that he had two sheets of ferroelectric Ma material that is electrically connected in parallel and parallel to each other are arranged differently, and contains devices that it allow both plates to be the same on the floor impact be subjected to shock loads at an early stage.

Auf Grund der Tatsache, daß beide Platten aus ferroelektrischem Material beim Aufschlag gleichzeitig eine Stoßbelastung erfah­ ren, werden die ferroelektrischen Materialien dieser beiden Platten gleichzeitig und nicht nacheinander depolarisiert. Diese Ferroelektrika setzen daher während einer sehr kurzen Zeit (< 1 µs) eine bedeutend höhere elektrische Energie frei, als dies bei Verwendung einer einzigen Platte aus ferroelektrischem Material gleichen Durchmessers und Volumens der Fall ist. Diese Energie reicht somit aus, um die Zündung eines Detonators für wenig empfindlichen Initialsprengstoff oder Sekundärsprengstoff zu gewährleisten.Due to the fact that both plates are made of ferroelectric Material also experienced a shock load during impact ren, the ferroelectric materials of these two Plates depolarized simultaneously and not in succession. These Ferroelectrics therefore set in for a very short time (<1 µs) a significantly higher electrical energy than this when using a single sheet of ferroelectric Material of the same diameter and volume is the case. These Energy is therefore sufficient to ignite a detonator less sensitive initial explosive or secondary explosive to guarantee.

Außerdem ist die Verwendung zweier parallel zueinander und senkrecht zur Projektilachse angeordneter Platten vorteilhaft im Hinblick auf die Baubreite des Generators.In addition, the use of two parallel to each other and Plates arranged perpendicular to the projectile axis are advantageous with regard to the width of the generator.

Andererseits ist es infolge der Freisetzung einer sehr hohen Energie innerhalb einer sehr kurzen Zeit nicht erforderlich in dem elektrischen Kreis zwischen den Platten aus ferroelek­ trischem Material und dem Detonator ein elektrisches Glied - wie z. B. einen Hochspannungsschalter, der anspricht, sobald die so gespeicherte Energie einen bestimmten Schwellenwert erreicht - oder einen Impedanzanpassungstransformator vorzu­ sehen.On the other hand, it is due to the release of a very high one Energy not required in a very short time in the electrical circuit between the ferroelek plates electrical material and the detonator an electrical link - such as B. a high voltage switch that responds as soon as the energy stored in this way has a certain threshold value reached - or an impedance matching transformer see.

Somit können die Platten aus ferroelektrischem Material direkt an die Baugruppe Detonator mit einer Impedanz von einigen Ohm angeschlossen werden. Thus, the plates made of ferroelectric material can be made directly to the detonator assembly with an impedance of some Ohm can be connected.  

Bei Verwendung von Ferroelektrika herkömmlicher Art vom Typ PZT "weich" erhält man eine Energie von mindestens 100 mJ.When using conventional type ferroelectrics PZT "soft" gives you an energy of at least 100 mJ.

Höhere Energien (über 200 mJ) kann man mit Materialien vom Typ PZT (hart) mit Phasenänderung erzielen, d. h. Materialien, die von einem ferroelektrischen in einen anti-ferroelektrischen Zustand übergehen können, wenn sie einer Stoßwelle ausgesetzt werden. Derartige Materialien bestehen aus Sinterkeramiken folgender Zusammensetzung:Higher energies (over 200 mJ) can be obtained with materials from Achieve type PZT (hard) with phase change, d. H. Materials, from a ferroelectric to an anti-ferroelectric Condition can pass if exposed to a shock wave will. Such materials consist of sintered ceramics of the following composition:

Pb (Zr_1-xTi_x) O₃ mit 0,03 < x < 0,08,
Pb (Zr, Sn, Ti) O₃,
Pb (Hf_1-yZr_y)_1-xTi_xO₃,
Pb_1-yLa_y (Zr_1-xTi_x) O₃.Pb (Zr _1-x Ti _x ) O₃ with 0.03 <x <0.08,
Pb (Zr, Sn, Ti) O₃,
Pb (Hf _1-y Zr _y ) _1-x Ti _x O₃,
Pb _1-y La _y (Zr _1-x Ti _x ) O₃.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein mit Sprengstoff geladenes Projektil, das eine Ogive aufweist, die innen eine Aussparung enthält, in der ein erfindungsgemäßer piezoelektrischer Gene­ rator eingebaut ist. Die Wandung der Ogive ist beim Geschoß­ aufschlag zusammendrückbar. Ein Stößel ist zwischen der Ogive und einem Träger angeordnet, auf dem eine der Platten aus ferroelektrischem Material befestigt ist, während die andere am Stößel angebracht ist.The invention also relates to one loaded with explosives Projectile that has an ogive that has a recess on the inside contains, in which a piezoelectric genes according to the invention rator is installed. The wall of the ogive is on the floor sash compressible. A pestle is between the ogive and a support arranged on which one of the plates ferroelectric material is attached while the other is attached to the plunger.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist dieses Projektil dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden der Aussparung und der gegenüberliegenden Fläche des Stößels ein vorgegebener Zwischenraum vorhanden ist, welcher ebenso wie derjenige zwischen den Platten aus ferroelektrischem Material so fest­ gelegt ist, daß der beim Geschoßaufschlag auf die Platten wirkende Stoßdruck zwischen 12 und 20 kbar liegt. According to a feature of the invention, this projectile is thereby characterized in that between the bottom of the recess and the opposite surface of the plunger a predetermined There is a gap, which is just like the one between the sheets of ferroelectric material so tight is placed that when the bullet hits the plates effective impact pressure is between 12 and 20 kbar.  

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich:Further features and advantages of the invention are known the following description shows:

In den beigefügten Zeichnungen, deren Beispiele nicht auf die angeführten beschränkt sind:In the accompanying drawings, the examples of which are not based the listed ones are limited:

• - stellt die Fig. 1 eine Ansicht im Längsschnitt eines ballistischen Projektils (ohne hinteren Teil) dar, das einen erfindungsgemäßen Generator enthält,-, Figure 1 is a view in longitudinal section of a ballistic projectile (without rear part) represents that contains a generator according to the invention.
• - stellt die Fig. 2 eine Teilansicht im Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Generator dar,-, Figure 2 is a partial view in longitudinal section of an embodiment of an inventive generator.
• - gibt die Fig. 3 die Kurven der von einem piezoelektrischen Generator freigesetzten Energie als Funktion der inneren Impedanz des Detonators wieder- shows the Fig 3 the curves of the released of a piezoelectric energy generator as a function of the internal impedance of the detonator again.
• - gibt die Fig. 4 die Kurven der an den Klemmen eines piezo­ elektrischen Generators in Abhängigkeit von der Zeit ge­ messenen Spannung wieder.- shows the Fig 4, the curves at the terminals of a piezoelectric generator as a function of time ge measured voltage again..

Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 enthält das ballistische Projektil eine Ogive 1, deren Boden 1a auf den Geschoß­ körper aufgeschraubt ist. Die Ogive 1 besitzt innen eine Aussparung 3, die längs der X-X′-Achse des Projektils ausge­ richtet ist. Der Boden 4 dieser Aussparung 3 ist annähernd kegelstumpfförmig. In der Nähe dieses Bodens 4 weist die Wandung 5 der Ogive 1 eine Verengung 6 auf, wodurch diese Wandung 5 beim Aufschlag der Ogive 1 in Richtung der X-X′- Achse zusammendrückbar wird. Im Innern der Aussparung 3 sind ein Stößel und zwei Platten in Form von Scheiben 8, 9 aus ferroelektrischem Materal angeordnet, die zueinander parallel und senkrecht zur X-X′-Achse des Projektils liegen. Diese ferroelektrischen Scheiben 8, 9 sind außerdem elektrisch parallel geschaltet.In the embodiment of Fig. 1, the ballistic projectile comprising a nose cone 1, the base 1 is a threaded body on the floor. The ogive 1 has a recess 3 inside, which is aligned along the XX'-axis of the projectile. The bottom 4 of this recess 3 is approximately frustoconical. In the vicinity of this bottom 4 , the wall 5 of the ogive 1 has a constriction 6 , as a result of which this wall 5 can be compressed when the ogive 1 strikes in the direction of the XX'-axis. Inside the recess 3 , a plunger and two plates in the form of disks 8 , 9 made of ferroelectric material are arranged, which are parallel to each other and perpendicular to the XX'-axis of the projectile. These ferroelectric disks 8 , 9 are also electrically connected in parallel.

Der Stößel 7 besitzt ein kegelstumpfförmiges Vorderteil 10, das vom Boden 4 der Aussparung 3 durch einen gewissen Abstand j₁ getrennt ist. Dieser Stößel 7 besitzt andererseits ein verbreitertes Unterteil 10a mit einer Aussparung 10b, in der die Scheibe 8 aus ferroelektrischem Material befestigt ist. The plunger 7 has a frustoconical front part 10 , which is separated from the bottom 4 of the recess 3 by a certain distance j ₁ . This plunger 7 , on the other hand, has a widened lower part 10 a with a recess 10 b, in which the disk 8 made of ferroelectric material is fastened.

Die andere Scheibe 9 aus ferroelektrischem Material ist in einer in einem Träger 11 vorgesehenen Aussparung 11a befestigt, der in den Körper 2 fest eingebaut ist.The other disk 9 made of ferroelectric material is fastened in a recess 11 a provided in a carrier 11 , which is firmly installed in the body 2 .

Die beiden Platten 8 und 9 sind in einem Abstand j₂ vonein­ ander angeordnet.The two plates 8 and 9 are arranged at a distance j _{2 from} one another.

Der Stößel 7, die ferroelektrischen Scheiben 8, 9 und der feste Träger 11 sind in einer Hülse 12 untergebracht, die selbst im Innern der Ogive 1 befestigt ist.The plunger 7 , the ferroelectric disks 8 , 9 and the fixed support 11 are accommodated in a sleeve 12 which is itself fastened inside the ogive 1 .

Man sieht aus Fig. 1 daß der Teil 12a dieser Hülse, in der der Stößel 7 eingebaut ist, keine Verbindung zu einem Teil der Wandung 5 der Ogive 1 in der Nähe der Einengung 6 hat.It is seen from Fig. 1 that the portion 12 a of the sleeve in which the plunger 7 is installed, no connection 5 of the ogive 1 in the vicinity of the constriction 6 has become a part of the wall.

Der Stößel 7 ist mit diesem Teil 12a der Hülse 12 über einen Ring 13 aus Plastik oder einem anderen geeigneten Material verbunden, das beim Aufschlag der Ogive 1 abgeschert werden kann.The plunger 7 is connected to this part 12 a of the sleeve 12 via a ring 13 made of plastic or another suitable material which can be sheared off when the ogive 1 is opened .

Die am Träger 11 befestigte Scheibe 9 weist eine zentrale Öffnung 9a auf, in die eine axiale Elektrode 14 ragt, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige dieser Öffnung 9a. Diese Elektrode 14 ist direkt mit einem nicht abgebildeten Detonator verbunden. Dieser Detonator ist z. B. vom Typ Detonator Draht, Schicht-, Brücken- oder Spaltdetonator. Dieser Detonator kann eine Initial- oder Sekundärspreng­ stoffladung besitzen, die direkt vom Generator gezündet werden kann. Die Elektrode 14 ist gegenüber dem Träger 11 und der Scheibe 9 mittels eines Kunstharzes 15 - wie z. B. Epoxyharz - elektrisch isoliert. Diese Elektrode 14 besitzt ein ebenes Ende 14a, das in der Verlängerung der Oberfläche 9b der ferroelektrischen Scheibe 9 liegt.The disk 9 attached to the carrier 11 has a central opening 9a into which an axial electrode 14 projects, the diameter of which is smaller than that of this opening 9a . This electrode 14 is connected directly to a detonator, not shown. This detonator is e.g. B. of the type detonator wire, layer, bridge or gap detonator. This detonator can have an initial or secondary explosive charge that can be ignited directly by the generator. The electrode 14 is opposite the carrier 11 and the disc 9 by means of a synthetic resin 15 - such as. B. epoxy resin - electrically insulated. This electrode 14 has a flat end 14 a, which lies in the extension of the surface 9 b of the ferroelectric disk 9 .

Die beiden ferroelektrischen Scheiben 8, 9 sind derart zu­ einander angeordnet, daß sie beim Geschoßaufschlag gleich­ zeitig einen mechanischen Stoß erfahren. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Boden 4 der Aussparung 3 der Ogive 1 und dem kegelstumpfförmigen Teil 10 des Stößels 7 ein bestimmter Abstand j₁ vorgesehen. Ein vorgegebener Abstand j₂ ist eben­ falls zwischen den beiden ferroelektrischen Scheiben 8 und 9 vorgesehen.The two ferroelectric disks 8 , 9 are arranged in such a way that they experience a mechanical shock at the same time when the projectile hits the floor. For this purpose, a certain distance j _{1 is} provided between the bottom 4 of the recess 3 of the ogive 1 and the frustoconical part 10 of the plunger 7 . A predetermined distance j ₂ is just provided between the two ferroelectric disks 8 and 9 .

Diese beiden Abstände j₁ und j₂ sind experimentell bestimmt, da sie von zahlreichen Parametern abhängen - wie der Stoß­ impedanz des die Scheiben 8 und 9 bildenden ferroelektrischen Materials, der Auftreffgeschwindigkeit des Geschosses und dem optimalen Druck, dem diese Scheiben beim Aufschlag ausgesetzt werden müssen.These two distances j ₁ and j ₂ are determined experimentally, since they depend on numerous parameters - such as the impact impedance of the ferroelectric material forming disks 8 and 9 , the impact velocity of the projectile and the optimal pressure to which these disks have to be subjected on impact .

Dadurch, daß sichergestellt ist, daß die ferroelektrischen Scheiben 8 und 9 beim Aufschlag gleichzeitig einem Stoß unterliegen, werden diese Scheiben gleichzeitig und nicht nacheinander depolarisiert wie es der Fall wäre, wenn sich diese beiden Scheiben einfach berührten. Die ferroelektrischen Scheiben 8 und 9 setzen so während einer sehr kurzen Zeit eine hohe elektrische Energie frei, die ausreicht um einen Detonator für wenig empfindlichen Initialsprengstoff oder direkt einen Sekundärsprengstoff zu zünden.By ensuring that the ferroelectric disks 8 and 9 are simultaneously subjected to an impact upon impact, these disks are depolarized simultaneously and not in succession as would be the case if these two disks simply touched. The ferroelectric disks 8 and 9 thus release a high electrical energy for a very short time, which is sufficient to detonate a detonator for less sensitive initial explosive or directly detonate a secondary explosive.

Die besten Ergebnisse erhält man, wenn der auf die ferro­ elektrischen Scheiben 8, 9 beim Geschoßaufschlag wirkende Druck auf einen Wert von 12 bis 20 kbar bei Auftreffgeschwin­ digkeiten von 500 bis 800 m/s begrenzt wird.The best results are obtained if the pressure acting on the ferro-electric disks 8 , 9 when the bullet is hit is limited to a value of 12 to 20 kbar at impact speeds of 500 to 800 m / s.

Die besten Ergebnisse erhält man ebenfalls, wenn man für die Scheiben 8, 9 ein Ferroelektrikum verwendet, das unter der Einwirkung eines Stoßes von einem ferroelektrischen in einen anti-ferroelektrischen Zustand übergehen kann. Zu dieser Materialart zählen die durch Synthese erhaltenen Sinterke­ ramiken mit folgenden Formeln:The best results are also obtained if a ferroelectric is used for the disks 8 , 9 , which can change from a ferroelectric to an anti-ferroelectric state under the action of an impact. This type of material includes the sintered ceramics obtained by synthesis with the following formulas:

• a) die Materialien vom Typ Pb (Zr_1-x Ti_x) O₃ mit 0,03 < x < 0,08, die bei Temperaturanstieg folgende Phasenänderungen aufweisen: AF (anti-ferroelektrisch) → F (ferroelektrisch) → P (paraelektrisch).
  Beispiel:
  Pb (Zr_0,965Ti_0,035) O₃ + 1% Nb₂O₅;
  Pb (Zr_0,95Ti_0,05) O₃ + 0,8% WO₃;a) the materials of the type Pb (Zr _1-x Ti _x ) O ₃ with 0.03 <x <0.08, which have the following phase changes when the temperature rises: AF (anti-ferroelectric) → F (ferroelectric) → P (paraelectric ).
  Example:
  Pb (Zr _0.965 Ti _0.035 ) O₃ + 1% Nb₂O₅;
  Pb (Zr _0.95 Ti _0.05 ) O₃ + 0.8% WO₃;
• b) die ternären Verbindungen Pb (Zr, Sn, Ti) O₃, die bei Temperaturanstieg die Phasenfolge F → AF → P aufweisen.
  Beispiel:
  Pb_0,99Nb_0,02 [(Zr_0,73Sn_0,27)_0,93Ti_0,07]_0,98O₃b) the ternary compounds Pb (Zr, Sn, Ti) O₃, which have the phase sequence F → AF → P when the temperature rises.
  Example:
  Pb _0.99 Nb _0.02 [(Zr _0.73 Sn _0.27 ) _0.93 Ti _0.07 ] _0.98 O₃
• c) die Verbindungen der allgemeinen Formel Pb (Hf_1-y)_1-xTi_xO₃
  Beispiel:
  Pb (Hf_0,3Zr_0,7)_0,915Ti_0,085O₃ + 1% La₂O₃c) the compounds of the general formula Pb (Hf _1-y ) _1-x Ti _x O₃
  Example:
  Pb (Hf _0.3 Zr _0.7 ) _0.915 Ti _0.085 O₃ + 1% La₂O₃
• d) die Verbindungen der allgemeinen Formel Pb_1-yLa_y (Zr_1-xTi_x) O₃.d) the compounds of the general formula Pb _1-y La _y (Zr _1-x Ti _x ) O₃.

Diese Materialien haben die Eigenschaft, daß sie unter Ein­ wirkung eines elektrischen Feldes durch die Phasenänderung AF → F polarisiert werden. Das elektrische Übergangsfeld AF → F (3,5 kV/mm und mehr) liegt weit über dem Wert der Koerzitiv­ kraft. Das polarisierte Material bleibt in einem weiten Tempe­ raturbereich ferroelektrisch. Die Depolarisation erfolgt unter Stoßeinwirkung durch die Phasenänderung F → AF, die selbst unter Einwirkung eines elektrischen Feldes (Fall des Stapels) irreversibel ist.These materials have the property that they are under one effect of an electric field due to the phase change AF → F can be polarized. The electrical transition field AF → F (3.5 kV / mm and more) is far above the value of the coercive force. The polarized material remains in a wide tempe temperature range ferroelectric. Depolarization takes place under Impact caused by the phase change F → AF, which itself under the influence of an electric field (case of the stack) is irreversible.

Schließlich weisen sämtliche Materialien einen hohen Wert für Pr²/2E auf (P_r remanente Polarisation, E Dielektrizitätskonstante), der theoretisch die gespeicherte elektrische Energie darstellt.Finally, all materials have a high value for Pr² / 2E (P _r remanent polarization, E dielectric constant), which theoretically represents the stored electrical energy.

Die Dicke der ferroelektrischen Platten 8 und 9 wird unter Be­ rücksichtigung des Wertes der elektrischen Impedanz des Detona­ tors und des Wertes der an dessen Klemmen zu erzielenden Maxi­ malspannung gewählt. Jede der Platten 8 und 9 kann beispiels­ weise einen Durchmesser von 14 mm und eine Dicke von 0,5 mm aufweisen.The thickness of the ferroelectric plates 8 and 9 is selected taking into account the value of the electrical impedance of the detonator and the value of the maximum voltage to be achieved at its terminals. Each of the plates 8 and 9 can, for example, have a diameter of 14 mm and a thickness of 0.5 mm.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt: The device according to the invention works as follows:  

Beim Aufschlag der Ogive 1 wird deren Wandung 5 zusammengedrückt. Der Boden 4 dieser Ogive 1 stützt sich auf den Stößel 7, wo­ durch die Abscherung des Ringes 16 bewirkt wird. Der Stößel 7 gleitet dann in Richtung der X-X′-Achse gegen den Träger 11, der die ferroelektrische Scheibe 9 trägt. Auf diese Weise wird in den beiden ferroelektrischen Scheiben 8 und 9 gleichzeitig eine Stoßwelle induziert.When the ogive 1 hits its wall 5 is compressed. The bottom 4 of this ogive 1 is supported on the plunger 7 , where the ring 16 is sheared off. The plunger 7 then slides in the direction of the XX'-axis against the carrier 11 which carries the ferroelectric disk 9 . In this way, a shock wave is simultaneously induced in the two ferroelectric disks 8 and 9 .

Dank den Abständen j₁ und j₂ beträgt der Stoßdruck zwischen 12 und 20 kbar bei einer üblicherweise zwischen 500 und 800 m/s liegenden Auftreffgeschwindigkeit.Thanks to the distances j ₁ and j ₂ , the impact pressure is between 12 and 20 kbar at an impact speed that is usually between 500 and 800 m / s.

Dank der Kegelstumpfform des Bodens 4 der Ogive 1 und des vor­ deren Teils 10 des Stößels 7, wird eine einwandfreie Funktion bei Auftreffwinkeln zwischen 0° und 60° bezogen auf die X-X′- Achse gewährleistet.Thanks to the truncated cone shape of the bottom 4 of the ogive 1 and the part 10 of the plunger 7 in front of it, a faultless function is guaranteed at angles of incidence between 0 ° and 60 ° with respect to the XX'-axis.

Die beim Aufschlag erzeugte Stoßwelle bewirkt die gleichzeitige Depolarisation der die Scheiben 8, 9 bildenden ferroelektrischen Materialien, wodurch Energie freigesetzt und sofort über die Elektrode 14 an den Detonator weitergeleitet wird.The shock wave generated on impact causes the simultaneous depolarization of the ferroelectric materials forming the disks 8 , 9 , as a result of which energy is released and is immediately passed on to the detonator via the electrode 14 .

Bei Verwendung von Ferroelektrika vom Typ PZT "weich" wird so eine Energie von mindestens 100 mJ erreicht. Diese sehr kurz­ zeitig freigesetzte Energie ist mit der schwachen Impedanz (3 Ohm) des Bauteils Detonator verträglich. Der Detonator kann daher elektrisch direkt mit den ferroelektrischen Scheiben 8, 9 ohne elektrisches Zwischenglied verbunden werden.When using ferroelectrics of the PZT "soft" type, an energy of at least 100 mJ is achieved. This very briefly released energy is compatible with the weak impedance ( 3 ohms) of the detonator component. The detonator can therefore be electrically connected directly to the ferroelectric disks 8, 9 without an electrical intermediate element.

Höhere elektrische Energien (über 200 mJ) können erzielt werden, wenn man für die Scheiben 8, 9 Ferroelektrika vom Typ PZT "hart" verwendet, wie die vorstehend erwähnten Keramiken oder piezoelektrischen Polymere, z. B. Vinylidenpolyfluorid. Higher electrical energies (over 200 mJ) can be achieved if "hard" ferroelectrics of the PZT type are used for the disks 8, 9 , such as the aforementioned ceramics or piezoelectric polymers, e.g. B. vinylidene polyfluoride.

Die gemäß der Erfindung erzielten Leistungsverbesserungen sind aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich.The performance improvements achieved according to the invention can be seen in FIGS. 3 and 4.

In Fig. 3 zeigt die Kurve a, daß, verwendet man zwei ferro­ elektrische Scheiben, die so im Generator untergebracht sind, daß ihre Depolarisation gleichzeitig erfolgt, der einer opti­ malen Energieübertragung entsprechende Impedanzwert um die Hälfte verringert wird, wobei sich dieser Wert dann den gängigen Impedanzwerten der elektrischen Detonatoren (siehe Kurve b) nähert, bei denen nur eine ferroelektrische Scheibe verwendet wird.In Fig. 3, curve a shows that, if two ferro-electric disks are used, which are accommodated in the generator so that their depolarization takes place simultaneously, the impedance value corresponding to optimum energy transmission is reduced by half, this value then changing to approaches the usual impedance values of the electrical detonators (see curve b), in which only one ferroelectric disk is used.

Andererseits ist aus dieser Fig. 3 ersichtlich, daß im Falle der Erfindung (Kurve a) die freigesetzte Energiedichte ver­ doppelt wird.On the other hand, it can be seen from this Fig. 3 that in the case of the invention (curve a) the energy density released is doubled ver.

In Fig. 4 stellt die Kurve c die beim Aufschlag an den Klemmen der ferroelektrischen Platten 8, 9 in dem Fall gemessene Spannung dar, in dem die interne Impedanz des piezoelektrischen Generators gleich 3,5 Ohm ist.In Fig. 4, curve c represents the voltage measured at the terminals of the ferroelectric plates 8, 9 in the case where the internal impedance of the piezoelectric generator is 3.5 ohms.

Die Kurve d bezieht sich auf den Fall, in dem der Generator nur eine einzige Scheibe enthält.The curve d relates to the case in which the generator contains only one disc.

Die Kurven c und d zeigen, daß im Falle der Erfindung (Kurve c) die gelieferte elektrische Leistung mehr als doppelt so hoch ist wie diejenige, die man bei Verwendung einer einzigen ferroelektrischen Scheibe erhält.Curves c and d show that in the case of the invention (curve c) the electrical power supplied is more than twice as high is like the one you use when using a single one receives ferroelectric disc.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die mit dem Stößel 16 bzw. dem Träger 11 in Kontakt stehenden ferroelektrischen Scheiben 17, 18 jeweils mit einer Metallscheibe 19, 20 belegt. Jede dieser Metallscheiben 19, 20 besitzt eine zentrale kegel­ stumpfförmige Öffnung, in die der Kopf 21a, 22a einer axialen Elektrode 21, 22 ragt. Die ebene Fläche dieser Köpfe 21a, 22a liegt in der Verlängerung der Oberfläche der entsprechenden Metallscheibe 19, 20.In the exemplary embodiment in FIG. 2, the ferroelectric disks 17 , 18 that are in contact with the tappet 16 or the carrier 11 are each covered with a metal disk 19 , 20 . Each of these metal disks 19 , 20 has a central frustoconical opening into which the head 21 a, 22 a of an axial electrode 21 , 22 protrudes. The flat surface of these heads 21 a, 22 a lies in the extension of the surface of the corresponding metal disk 19 , 20 .

Die beiden axialen Elektroden 21, 22 sind elektrisch vom Träger 11, dem Stößel 16 und den ferroelektrischen Scheiben 17, 18 durch ein Kunstharz 23, 24 getrennt. The two axial electrodes 21 , 22 are electrically separated from the carrier 11 , the plunger 16 and the ferroelectric disks 17 , 18 by a synthetic resin 23 , 24 .

Zwischen den Metallscheiben 19, 20 besteht ein Abstand j₃, der, wie im Falle der Ausführung gemäß Fig. 1, so festgelegt ist, daß die beim Aufschlag erzeugte Stoßwelle gleichzeitig in den ferroelektrischen Scheiben 17 und 18 induziert wird. Die so freigesetzte elektrische Energie wird über die Elektrode 21 direkt an den Detonator übertragen, während die andere Elek­ trode 22 an Masse liegt.Between the metal disks 19 , 20 there is a distance j ₃ , which, as in the case of the embodiment according to FIG. 1, is determined such that the shock wave generated during the impact is simultaneously induced in the ferroelectric disks 17 and 18 . The electrical energy released in this way is transferred directly to the detonator via the electrode 21 , while the other electrode 22 is connected to ground.

Die Metallscheiben 19, 20 können als Stoßdämpfer für die ferroelektrischen Scheiben 17, 18 dienen, wenn das die Me­ tallscheiben 19, 20 bildende Material eine höhere Stoßimpedanz aufweist als die ferroelektrischen Scheiben 17, 18. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Metallscheiben 19, 20 aus Kupfer hergestellt sind.The metal disks 19 , 20 can serve as shock absorbers for the ferroelectric disks 17 , 18 if the material forming the metal disks 19 , 20 has a higher shock impedance than the ferroelectric disks 17 , 18 . This is the case, for example, if the metal disks 19 , 20 are made of copper.

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die soeben beschriebenen Beispiele, und es können an diesen zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne daß der Rahmen dieser Erfindung überschritten würde.The invention is of course not limited to the examples just described, and you can use them numerous changes are made without changing the frame this invention would be exceeded.

So kann der erfindungsgemäße piezoelektrische Generator eben­ falls für Hohlladungsgeschosse verwendet werden. Im Falle der Anwendung auf Hohlladungsgeschosse kann man dann aus Gründen der Optimierung eine Variante vorsehen, bei der die ferroelek­ trischen Scheiben axiale Öffnungen aufweisen, um den Durch­ gang des Hohlladungsstrahls zu erleichtern.So the piezoelectric generator according to the invention can if used for shaped charge bullets. In case of Application to shaped charge projectiles can then be done for reasons the optimization provide a variant in which the ferroelek trical discs have axial openings to the through to facilitate passage of the shaped charge beam.

Claims (12)

1. Piezoelektrischer Generator für mit Sprengstoff geladene Projektile, der zur Zündung eines elektrischen Detonators dient, der diesen Sprengstoff initiiert, wobei dieser Ge­ nerator ein ferroelektrisches Material enthält, das elektrisch mit dem Detonator verbunden und so in das Projektil ein­ gebaut ist, daß es beim Geschoßaufschlag eine mechanische Beanspruchung erfährt, wobei dieser Generator dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß er zwei Platten (8, 9), (17, 18) aus ferroelektrischem Material, die elektrisch parallel­ geschaltet und parallel zueinander angeordnet sind, sowie Vorrichtungen enthält, um diese beiden Platten (8, 9), (17, 18) beim Geschoßaufschlag gleichzeitig einem Stoß­ druck auszusetzen.1. Piezoelectric generator for explosives charged projectiles, which is used to ignite an electrical detonator that initiates this explosive, said generator containing a ferroelectric material which is electrically connected to the detonator and is built into the projectile so that it is at Projectile impact is subjected to mechanical stress, this generator being characterized in that it contains two plates ( 8 , 9 ), ( 17 , 18 ) made of ferroelectric material, which are electrically connected in parallel and arranged in parallel to one another, and devices for these two Plates ( 8 , 9 ), ( 17 , 18 ) at the same time subject to impact impact on the projectile impact. 2. Generator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (8, 9), (17, 18) aus ferroelektrischem Material elektrisch direkt mit dem Detonator verbunden sind.2. Generator according to claim 1, characterized in that the plates ( 8 , 9 ), ( 17 , 18 ) made of ferroelectric material are electrically connected directly to the detonator. 3. Generator gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 für Geschosse, deren Geschwindigkeit über 500 m/s beträgt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand j₂ zwischen den beiden Platten (8, 9) so festgelegt ist, daß der auf die Platten beim Aufschlag wirkende Stoßdruck zwischen 12 und 20 kbar liegt.3. Generator according to one of claims 1 or 2 for storeys, the speed of which is above 500 m / s, characterized in that the distance j ₂ between the two plates ( 8 , 9 ) is set so that the on the plates at Impact impact pressure is between 12 and 20 kbar. 4. Generator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das ferroelektrische Material der Platten (8, 9), (17, 18) aus den Sinterkeramiken mit folgenden Formeln gewählt wird. Pb (Zr_1-xTi_x) O₃,
Pb (Zr, Sn, Ti) O₃,
Pb (Hf_1-yZr_y)_1-xTi_xO₃,
Pb_1-yLa_y (Zr_1-xTi_x) O₃,
und Vinylidenpolyfluorid.4. Generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ferroelectric material of the plates ( 8 , 9 ), ( 17 , 18 ) is selected from the sintered ceramics with the following formulas. Pb (Zr _1-x Ti _x ) O₃,
Pb (Zr, Sn, Ti) O₃,
Pb (Hf _1-y Zr _y ) _1-x Ti _x O₃,
Pb _1-y La _y (Zr _1-x Ti _x ) O₃,
and vinylidene polyfluoride. 5. Generator gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ferroelektrikum Pb (Zr_1-x Ti_x)O₃ mit 0,03 < x < 0,08 gewählt wird.5. Generator according to claim 4, characterized in that the ferroelectric Pb (Zr _1-x Ti _x ) O _{3 is} chosen with 0.03 <x <0.08. 6. Generator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine der Platten eine Scheibe (9, 18) ist, die auf einem Träger (11) befestigt ist, der fest in das Geschoß eingebaut ist, während die andere Platte eine Scheibe (8, 17) ist, die an einem Stößel (7, 17) angebracht ist, der in eine Hülse (12) eingebaut ist, um beim Geschoß­ aufschlag gegen den festeingebauten Träger (11) gleiten zu können.6. Generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that one of the plates is a disc ( 9 , 18 ) which is fixed on a carrier ( 11 ) which is fixedly installed in the floor, while the other plate a disc ( 8 , 17 ) which is attached to a plunger ( 7 , 17 ) which is installed in a sleeve ( 12 ) in order to be able to slide against the fixed support ( 11 ) when the projectile hits the floor. 7. Generator gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Träger (11) befestigte Scheibe (9) aus ferroelektrischem Material eine Öffnung (9a) aufweist, daß in der Achse dieser Öffnung (9a) eine mit dem Detonator verbundene Elektrode (14) eingebaut ist, wobei diese Elektrode elektrisch gegenüber dem Träger (11) isoliert ist und ein ebenes Ende (14a) aufweist, das in der Verlängerung der Fläche (9b) dieser Scheibe (9) liegt.7. Generator according to claim 6, characterized in that on the carrier ( 11 ) attached disc ( 9 ) made of ferroelectric material has an opening ( 9 a) that in the axis of this opening ( 9 a) has an electrode connected to the detonator ( 14 ) is installed, this electrode being electrically insulated from the carrier ( 11 ) and having a flat end ( 14 a) which lies in the extension of the surface ( 9 b) of this disc ( 9 ). 8. Generator gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Flächen der Scheiben (17, 18) aus ferroelektrischem Material jeweils von einer Metall­ scheibe (19, 20) bedeckt sind, von denen jede eine Elektrode bildet, wobei eine Elektrode elektrisch mit dem Detonator verbunden ist und beide Metallscheiben (19, 20) durch den Abstand (j₃) voneinander getrennt sind, der derart vor­ gegeben wurde, daß beide Scheiben beim Geschoßaufschlag gleichzeitig eine Stoßbeanspruchung erfahren.8. Generator according to claim 6, characterized in that the opposite surfaces of the disks ( 17 , 18 ) made of ferroelectric material are each covered by a metal disk ( 19 , 20 ), each of which forms an electrode, an electrode being electrically connected the detonator is connected and the two metal disks ( 19 , 20 ) are separated from each other by the distance (j ₃ ), which was given in such a way that both disks experience an impact stress at the same time as the projectile hits. 9. Generator gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheiben (19, 20) eine derartige Stoßimpedanz aufweisen, daß der in den ferroelektrischen Scheiben indu­ zierte Druck optimal ist.9. Generator according to claim 8, characterized in that the metal disks ( 19 , 20 ) have such a shock impedance that the induced pressure in the ferroelectric disks is optimal. 10. Generator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 für Hohlladungs­ geschosse, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Platten oder Scheiben aus ferroelektrischem Material eine Öffnung aufweist, die auf die Geschoßachse zentriert ist.10. Generator according to one of claims 1 to 5 for shaped charge projectiles, characterized in that each of the plates or discs made of ferroelectric material an opening  has, which is centered on the projectile axis. 11. Mit Sprengstoff geladenes Projektil, das eine Ogive (1) be­ sitzt, die eine innere Aussparung (3) aufweist, in die ein piezoelektrischer Generator gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10 eingebaut ist, wobei diese Ogive (1) eine beim Ge­ schoßaufschlag verformbare Wandung (5) besitzt und ein Stößel (7) zwischen dem Boden (4) der Ogive und einem Träger (11) vorgesehen ist, auf dem die eine (9) der Platten aus ferroelektrischem Material befestigt ist, während die andere Platte (8) am Stößel (7) befestigt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Boden (4) der Aussparung (3) und der gegenüberliegenden Fläche des Stößels (7) ein vor­ gegebener Abstand (j₁) vorhanden ist, wobei dieser Abstand sowie der Abstand (j₂), (j₃) zwischen den Platten (8, 9) aus ferroelektrischem Material oder Metallscheiben (19, 20), die die Platten aus ferroelektrischem Material (17, 18) bedecken, so festgelegt sind, daß der auf die Platten aus ferroelektrischem Material beim Geschoßaufschlag wirkende Stoßdruck zwischen 12 und 20 kbar beträgt.11. With explosive-loaded projectile, which has an ogive ( 1 ), which has an inner recess ( 3 ) into which a piezoelectric generator according to one of claims 4 to 10 is installed, said ogive ( 1 ) having a lap impact has deformable wall ( 5 ) and a plunger ( 7 ) is provided between the bottom ( 4 ) of the ogive and a support ( 11 ) on which one ( 9 ) of the plates made of ferroelectric material is fastened, while the other plate ( 8 ) is attached to the plunger ( 7 ), characterized in that between the bottom ( 4 ) of the recess ( 3 ) and the opposite surface of the plunger ( 7 ) there is a given distance (j ₁ ), this distance and the Distance (j ₂ ), (j ₃ ) between the plates ( 8 , 9 ) made of ferroelectric material or metal disks ( 19 , 20 ), which cover the plates made of ferroelectric material ( 17 , 18 ), are set so that the on Ferroelectric panels chem material impact impact on the projectile is between 12 and 20 kbar. 12. Projektil gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (8, 9) aus ferroelektrischem Material und der Stößel (7) axial in eine Hülse (12) eingebaut sind, die in der Aussparung (3) der Ogive (1) untergebracht ist, wobei der der verformbaren Wandung (5) der Ogive gegenüberliegende Teil (12a) dieser Hülse gegenüber der Ogive frei und der Stößel (7) mit dem genannten Teil (12a) der Hülse durch eine mechanische Verbindung (13) fest verbunden ist, die beim Geschoßaufschlag unter der Einwirkung des vom Boden (4) der Ogive gegen den Stößel (7) ausgeübten Schubes zerstört wird.12. Projectile according to claim 11, characterized in that the plates ( 8 , 9 ) made of ferroelectric material and the plunger ( 7 ) are installed axially in a sleeve ( 12 ) which is accommodated in the recess ( 3 ) of the ogive ( 1 ) the part ( 12 a) of this sleeve opposite the deformable wall ( 5 ) of the ogive is free relative to the ogive and the plunger ( 7 ) is firmly connected to said part ( 12 a) of the sleeve by a mechanical connection ( 13 ) , which is destroyed during the impact of the projectile under the action of the thrust exerted by the base ( 4 ) of the ogive against the plunger ( 7 ).