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Elektromechanischer Schalter, insbesondere für eine elektrische Zündeinrichtung
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Die Erfindung betrifft einen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Bei einem solchen elektromechanischen oder ohmschen Schalter kann
es sich insbesondere um die Kontaktpaarung eines Aufschlagschalters mit Verformung
aufgrund Auftreffens auf ein hartes Ziel oder um die Kontaktpaarung eines auf positive
oder negative Beschleunigung ansprechenden Trägheitsschalters, etwa zur Abgabe einer
Abschuß-Information oder zur Auslösung einer Selbstzerlegung bei Verfehlen eines
harten Zieles,handeln. Ein Fall der erstgenannten Art ist aus der DE-OS 19 48 381,
ein Selbstzerlegungs-Schalter beispielsweise aus dem DE-GM 83 22 610 bekannt. In
der DE-OS 19 48 381 ist die direkte Entladung eines elektrischen Speicherelementes
(insbesondere in der Realisierungsform eines Kondensators) über die ohmsche Schalter-Kontaktpaarung
in das elektrische Zündelement vorgesehen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine
solche direkte Serienschaltung in aller Regel nicht mit der notwendigen Zuverlässigkeit
zur Detonation des Zündelementes führt, weil das unvermeidliche Kontaktprellen beim
Verlagern der Kontakte gegeneinander den Übergangswiderstand der Kontakt strecke
relativ lange mit hoher Amplitude und Frequenz oszillieren läßt. Das bedeutet aber
sehr hohe und sehr stark schwankende Entladezeitkonstanten aus dem Speicherelement
in das Zündelement; mit der Folge, daß dessen Glühbrücke mit einem im nur relativ
langsam ansteigenden und tatsächlich sogar oszillierenden Strom gespeist wird. Ein
solches Zündelement detoniert aber nur dann mit dem spezifizierten Zeitverhalten
ab Durchschalten des Zündstromkreises, wenn es von einem steil ansteigenden Strom
durchflossen wird, also insbesondere nicht infolge oszillierenden Stromes periodische
Abkühlphasen erfährt; und wenn der Mindeststrom für das Verdampfen der Glühbrücke
auch über eine Mindestzeitspanne ansteht (auf die die elektrische Entladezeitkonstante
des Speicherelementes dimensioniert ist).
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Weil diese Kriterien aufgrund des unvermeidlichen Kontaktprellens
mechanischer (ohmscher) Kontaktpaarungen nicht mit der notwendigen Sicherheit gewährleistbar
sind, ist es üblich, aus dem Schalter lediglich eine elektronische Relais- oder
Kippschaltung (etwa in der Bauform einer Vierschichtdiode und eines Thyristors)
zu triggern, über die dann das elektrische Speicherelement in das elektrische Zündelement
entladen wird - also schaltungsmäßig in gleicher Weise vorzugehen, wie es (parallel
zur Funktion beispielsweise eines Trägheits-Selbstzerlegungsschalters) für die Entlade-Ansteuerung
aus einem elektronischen Zündschalter (vgl. DE-PS 22 55 547) erforderlich ist. Daraus
resultiert aber, daß der für den Zündauslösekreis erforderliche schaltungstechnische
Aufwand praktisch noch einmal für den Sicherheitskreis (Selbstzerlegungs-Trägheitsschalter)
erforderlich ist und dementsprechend die Gefahr von Funktionsstörungen insbesondere
aufgrund elektromagnetischer Störeinflüsse im (Thyristor-)Triggerkreis spürbar vergrößert
wird.
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In Erkenntnis dieser Gegebenheiten und Zusammenhänge liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Schalter derart auszulegen, daß ein
reproduzierbar-sicheres elektrisches Durchschalten unmittelbar über diesen Schalter
sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Schalter erfindungsgemäß
im wesentlichen dadurch gelöst, daO er gemaß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches
1 ausgestaltet ist.
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Nach dieser Lösung, mit geometrisch sich stark verformender Kontaktfläche
selbst, ist eine mechanisch (federelastisch) "weiche" Kontaktgabe, und damit hinsichtlich
des Leitwertes beim Schließen der Kontaktpaarung ein steil-progressives Schaltverhalten,
erzielt, das praktisch jegliches Kontaktprellen vermeidet und dadurch z.B. wegen
raschen, stetigen Anstiegs des Entladestromes aus dem Speicherelement in das Zündelement
zur sicheren Detonation dessen Glühbrücke führt.
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Denn zwischen den Kontakten vergrößert sich der wirksame Kontaktquerschnitt
zunehmend, was mit einer Impulsabsorption und daher mit einer Vermeidung von Rückpralleffekten
einhergeht, also zu einer wesentlichen Verlängerung der ununterbrochen wirksamen
Kontakt gabe insbesondere bei Beschleunigungsschaltern führt.
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Besonders günstig gestalten sich die elektrischen Übergangsgegebenheiten
wie auch die Kontaktkinematik, wenn zwischen massiven, realtiv zueinander beweglichen
Kontakten eine hoch-leitfähige Schicht (Matte) aus Leitgummi eingefügt ist. Diese
nimmt den Aufprall des beweglichen Kontaktes elastisch (also Rückprallerscheinungen
unterbindend) auf, wobei sie eine Stauchung und damit eine Verringerung ihres Übergangswiderstandes
erfährt. Vorzugsweise findet ein Leitgummi mit hohem Leitstoffanteil (Silberanteil)
- wie er unter der Bezeichnung CHO-SEA oder CHO-SIL von der Firma CHOMERICS abgeboten
wird - Anwendung.
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So findet z.B. der Entladestrom in ein zur Detonation zu bringendes
Zündelement schon bei geringer Stauchung zwischen den Kontakten einen hohen und
dann noch steil ansteigenden Leitwert vor. Es handelt sich dabei um Leitwerte, die
um Größenordnungen höher liegen als im Falle von Tastschaltern z.B. der Datenverarbeitungstechnik,
wo im wesentlichen nur Potentiale durchzuschalten sind.
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Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung z.B. eine elektrische
Ansteuerung der Glühbrücke eines Zündelementes unmittelbar über den ohmschen Ansteuerschalter,
wodurch der Aufwand und die Störanfälligkeit zusätzlicher elektronischer Schaltungskomponenten
für solchen Zündansteuerkreis vollständig vermieden sind.
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Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender
Beschreibung zweier in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark
abstrahiert skizzierter bevorzugter Ausführungsbeispiele zur erfindungsgemäßen Lösung.
Die Zeichnung zeigt im Axial-Längsschnitt rotationssymmetrisch aufgebaute Trägheitsschalter
mit unter einem Schlagkontakt auf dem Gegenkontakt-Widerlager angeordnetem Leitgummi,
nämlich Fig. 1 in der Bauform mit einem Schlagstift und Fig. 2 in der Bauform mit
einer Schlaghülse.
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Der in Fig. 1 im Längsschnitt skizzierte, als Trägheitsschalter ausgelegte
ohmsche Schalter 1 weist als beweglichen Kontakt 2 einen längs einer hülsenförmigen
Axialführung 3 verschiebbaren Schlagstift auf, der unter Einfluß einer Druck feder
4 vom Gegenkontakt 5 abgehoben gehalten ist; wofür die Druckfeder 4 zwischen einer
inneren Schulter 6 der Hülse 3 und einem vorstehenden Flansch 7 des Schlagstiftes
axial eingespannt ist, der von der Feder 4 dadurch gegen ein Deckelteil 8 angedrückt
ist. Vor der dem Flansch 7 gegenüberliegenden abgerundeten Stirn 9 des Schlagstiftes
ist über ein isolierendes Konstruktionselement 10, beispielsweise einen eingeklebten
Kunststoff-Ring, der auf der tragenden Struktur einer Zündeinrichtung 11 ruhende
Gegenkontakt 5 gehaltert.
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Im Bereiche unter der abgerundeten Stirn 9 ruht auf dem Gegenkontakt
5 eine Auflage aus elektrisch gut leitendem Leitgummi 12. Zweckmäßig ist dieses
in einer der abgerundeten Stirn 9 etwa angepaßten Ausnehmung 13 gehaltert. Zwischen
dem Gegenkontakt 5 und dem Leitgummi 12 ist zweckmäßigerweise ein elektrischer Leiter
14, etwa ein Kupferdrahtgewebe, eingelegt, das mit dem elektrischen Anschluß 15
verbunden oder als dieser Anschluß 15 direkt herausgeführt ist. Der elektrische
Anschluß 16 des beweglichen Kontaktes 2 kann beispielsweise an die metallische Druckfeder
4 führen, wodurch über die kraftschlüssige Anlage des Stift-Flansches 7 in jeder
Axialstellung dieses beweglichen Kontaktes 2 eine sichere, (niederohmige) elektrische
Verbindung gewährleistet ist.
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Wenn der Schalter 1 in Bewegungsrichtung 17 eine hinreichend starke
negative Beschleunigung (also Verzögerung) erfährt, dann bewegt sich der Kontakt
2 aufgrund seiner Masseträgheit der Rückstellkraft der Feder 4 entgegen weiter in
dieser Richtung 17, bis seine abgerundete Stirn 9 beim Gegenkontakt 5 aufschlägt.
Dabei erfährt das Leitgummi 12 eine zunehmende Kompression, also eine zunehmende
Verringerung des ohmschen Übergangswiderstandes zwischen der Schlagstift-Stirn 9
und dem Gegenkontakt-Anschluß 15.
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Eine hohlkegelstumpfförmige Berührungsfläche aufgrund der Geometrie
der Stirn 9 und der Geometrie der Ausnehmung 13 führt zu einer besonders großvolumigen
da mehrachsigen Stauchung des Leitgummis 12 und damit zu einem besonders raschen
und starken Anstieg der Leitfähigkeit zwischen dem beweglichen Kontakt 2 und dem
Gegenkontakt-Anschluß 15. Je dicker die Schicht aus Leitgummi 12 in Bewegungsrichtung
17 gewählt ist, desto länger steht der stetig anwachsende Stauchungsvorgang an,
bis die Vorwärtsbewegung des Schlagstift-Kontaktes 2 in der Richtung 17 vom massiven
Gegenkontakt 5 unterbunden wird.
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Die starke Elastizität (weiche Federcharakteristik) des Leitgummis
12 verhindert bis dahin jegliches Zurückprallen, also jegliche Wieder-Abnahme der
ohmschen Leitfähigkeit zwischen den elektrischen Anschlüssen 15-16. Daraus resultiert
ein stark und kontinuierlich ansteigender Strom der z.B. direkt zur zügigen Entladung
eines elektrischen Speicherelementes 18 über ein Zündelement 19 dienen kann und
zu dessen sicherer Detonation führt; weil die notwendige Schließzeit für die vollständige,
ohne Stromschwankungen sich vollziehende Entladung (beispielsweise einer Kapazität)
aufgrund des stetig sich verringernden Übergangswiderstandes über das Leitgummi
12 sichergestellt ist.
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Beim Ausführungsbeispiel eines Trägheits-Schalters 1 nach Fig. 2 ist
eine bolzenförmige Axialführung 3 mit Schulter 6 von einem hülsenförmigen beweglichen
Kontakt 2 mit Flansch 7 unter Zwischenlage der Axial-Druckfeder 4 umgeben. Der Führungs-Bolzen
durchdringt mit einem verjüngten Ende 21 eine Leiterplatte 22 mit außenliegender,
als Anschluß 16 dienender Kaschierung 23 aus elektrisch leitfähigem Material, wo
durch eine Lötstelle 24 ein mechanischer und elektrischer Anschluß zum Kontakt 2
hergestellt ist. Ein dagegen abgegrenzter Bereich der Kaschierung 23 dient als Anschluß
15 für das Leitgummi 12 auf dem Gegenkontakt 5 in der Form der Kaschierung 23 einer
weiteren Leiterplatte 22, die der Stirn 9 des beweglichen Kontaktes 2 gegenüber
gehaltert ist. Der Halterung dient nun ein elektrisch leitendes Konstruktionselement
10 (z.B. in der Bauform einer Hohlzylinders oder einer Gruppierung einzelner Säulen),
das einerseits mit der Gegenkontakt-Kaschierung 23 und andererseits mit der Kaschierung
seines Anschlusses 15 verlötet ist, wie in Fig. 2 angedeutet.
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Zusätzlich kann zur mechanischen Versteifung unter der Gegenkontakt-Leiterplatte
22 eine kraftschlüssige Verbindung 25 (z.B. Klebestelle) zwischen durchtretenden
verJüngten Enden 21 und der Leiterplatte 22 ausgebildet sein.
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Wenn der Schalter 1 - z.B. infolge des Abschusses eines Projektils,
in das er eingebaut ist - entgegen der Richtung 17 beschleunigt wird, verlagert
sich der Hülsen-Kontakt 2 aufgrund seiner Masseträgheit in Richtung 17 relativ zum
Gegenkontakt 5, was wieder wie oben erläutert zur progressiven elektrischen Kontaktgabe
zwischen den Anschlüssen 15-16 führt und z.B. nun zur Abgabe einer definierten (prellfreien)
Start-Information ausgenutzt werden kann.