DE3601394A1 - Verfahren zum elektronischen zuenden von munition sowie vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Zünden von Munition, insbesondere von Handfeuerwaffen-Patronen, sowie eine elektrische Zündvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem aus der DE-OS 33 32 530 bekannten Verfahren zum elektrischen Zünden wird im Zündstromkreis vor dem Schließen eines Schalters der Zünder an der Elektrode abgestützt, so daß die zur Erzeugung der Zündwärme notwendige Entladung stattfinden kann. Um den Berührungskontakt zwischen dem Zün­ der der Munition und der Elektrode herzustellen, ist ein beträchtlicher mechanischer Aufwand erforderlich, da die Elektrode geführt und beweglich abgestützt werden muß. Fer­ ner besteht das Problem, daß im Berührungsbereich durch den Stromübergang eine spürbare Erosion und Verzunderung bzw. mechanischer Verschleiß der Elektrode eintritt, der deren Wirkung negativ beeinträchtigt. Nachteilig ist ferner, daß Feuchtigkeit, Schmiermittel, Oberflächenunebenheiten, Korro­ dierung des Zünders und dgl. einen starken Einfluß auf das Verfahren haben, so daß keine exakt reproduzierbaren Zünd­ vorgänge gewährleistet sind. Allerdings hat das bekannte Verfahren zum elektrischen Zünden gegenüber dem mechanischen Verfahren mit einem Schlagbolzen den großen Vorteil, daß die durch die Bewegung des Schlagbolzens unvermeidbaren Er­ schütterungen, die die Treffgenauigkeit verschlechtern, voll­ ständig unterbleiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine zum Durchführen des Ver­ fahrens geeignete Zündvorrichtung anzugeben, mit denen eine praktisch unbegrenzte Anzahl exakt reproduzierbarer und ein­ wandfreier Zündvorgänge ermöglicht wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

Bei dieser Ausbildung entfällt die unmittelbare Berührung zwischen der Elektrode und dem Zünder, so daß äußere Ein­ flüsse im Stromübergangsbereich keine nennenswerte Rolle mehr spielen. Nach Schließen des Stromkreises, ausgenommen den Luftspalt zwischen der Elektrode und dem Zünder, wird zunächst die Luft im Luftspalt ionisiert und damit leitfähig gemacht, so daß unter Ausbildung eines energiereichen Licht­ bogens schließlich der Stromkreis geschlossen und mit dem Lichtbogen die die Zündwärme erzeugende Entladung durchge­ führt wird. Die Ionisierung kann dabei durch einen nieder- oder hochfrequenten Funken oder durch Bestrahlung mit ultra­ violettem Licht erfolgen, an den sich ein stabiler Lichtbo­ gen anschließt. Durch die hohe Temperatur des Lichtbogens von 5000 bis 6000°C wird der Zünder bzw. der Patronenboden impulsartig auf die Zündtemperatur erhitzt. Ein nennenswer­ ter Abbrand an der Elektrode wird vermieden. Die zum Zünden erforderliche Zeitspanne ist außerordentlich kurz. Jeder Zündvorgang gleicht in der Intensität und der Zeitdauer exakt dem vorhergehenden, so daß eine hohe Zündgenauigkeit gewährleistet ist. Der besondere Vorteil des erfindungsge­ mäßen Verfahrens liegt darin, daß eine genau vorherbestimm­ bare und definierte elektrische Energiemenge in einen Licht­ bogen und damit in Wärme umgewandelt wird, die zum Zünden des Zünders benutzt wird. Im Anodenbogenkrater des Zünders bzw. des Patronenbodens herrscht kurzzeitig eine Temperatur von 4000°C. Der Anodenbogenkrater wird durch die aufprallen­ den Elektronen erzeugt. Es kommt zwar zu einer mechanischen Belastung, diese ist jedoch hauptsächlich am Zünder gegeben, was für die lange Standzeit der Elektrode günstig ist. Für dieses Verfahren sind die handelsüblichen Patronen geeignet.

Eine zweckmäßige Verfahrensausführung geht aus Anspruch 2 hervor. Der nieder- oder hochfrequente Wechselspannungsim­ puls leitet die Ionisation der Luft im Luftspalt ein, so daß die Entladung der Gleichspannung des Kondensators zur Bildung des Lichtbogens folgt. Die im Kondensator bereitge­ stellte elektrische Energie kann genau vorherbestimmt und auf eine optimale Zündung eingestellt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens ist unter anderem eine elek­ trische Zündvorrichtung geeignet, die einen aus einer Strom­ quelle versorgten Zündstromkreis aufweist, in dem seriell der Zünder sowie eine mit diesem zusammenarbeitende Elektro­ de angeordnet sind, und die mit einer Schalteinrichtung ver­ sehen ist, mit der der Zündstromkreis zum Erzeugen der Zünd­ wärme am Zünder aktivierbar ist, und die durch die in An­ spruch 3 angegebenen Merkmale gekennzeichnet wird. Da die Elektrode den Zünder nicht berührt, braucht sie auch nicht beweglich gelagert zu werden, was den mechanischen Aufwand der Zündvorrichtung und den zur Unterbringung ihrer Teile notwendigen Platz in der Waffe wünschenswert reduziert. Beim Ionisieren und dem anschließenden Lichtbogen tritt an der Elektrode kein nennenswerter mechanischer Verschleiß auf, was zu einer langen Standzeit der Zündvorrichtung führt. Die Spannungserzeugungsschaltung kann bei dieser Auslegung von äußeren Einflüssen unabhängige und gleichbleibende Zünd­ vorgänge einleiten. Voraussetzung ist nur, daß die in der Spannungserzeugungsschaltung aufgebrachte elektrische Lei­ stung ausreicht, nach der Ionisierung der Luft auch den zur Entladung führenden energiereichen Lichtbogen zu erzeugen.

Ein weiterer, wichtiger Gedanke ist in Anspruch 4 enthalten. Dank dieser Ausbildung wird sichergestellt, daß die aufpral­ lenden Elektronen hauptsächlich einen Verschleiß am Zünder bewirken, was aber insofern unerheblich ist, als der Zünder in der Regel ohnedies nur einmal verwendet wird. An der Ano­ de tritt wegen des Elektronenaufpralls eine höhere Fußpunkt­ temperatur auf, weshalb diese Polung bevorzugt wird. Eine Funktion der Zündvorrichtung ist jedoch auch bei anderer Polung gewährleistet.

In der Praxis haben sich die aus Anspruch 5 entnehmbaren Abmessungen für den Luftspalt besonders bewährt.

Wichtig ist ferner das Merkmal von Anspruch 6, weil Graphit für diesen Zweck eine ideale elektrische Leitfähigkeit er­ bringt und ohne weiteres in jede beliebige Form gebracht werden kann. Zudem verträgt eine aus Graphit bestehende Elektrode ohne weiteres Erschütterungen und es kann eine Elektrode als Verschleißteil ausgebildet sein, das sich ein­ fach auswechseln läßt. Außerdem beeinflußt die stoffliche Eigenschaft des Graphits zur Entladungsbegünstigung die Energiebilanz im Luftspalt außerordentlich positiv. Der Elektrodenverschleiß ließe sich durch gepreßte Kupfer/Grap­ hit- oder Wolfram/Kupfer-Granulate oder Zirkonium weiterver­ bessern.

Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 7 hervor. Der Kondensator stellt die Gleichspannung bereit, die bei der Entladung zur Erzeugung des Lichtbogens benutzt wird. Der Hochspannungstransformator erzeugt bei jeder Akti­ vierung einen Wechselspannungsimpuls, mit dem die Ionisie­ rung der Luft bis zum Leitendwerden und zur anschließenden Entladung in Form eines Lichtbogens eingeleitet wird. Dabei wird zweckmäßigerweise der Schalter, der die Schalteinrich­ tung zum Schließen des Zündstromkreises betätigt, gleichzei­ tig zum kurzzeitigen Aktivieren des Hochspannungstransfor­ mators verwendet.

Zweckmäßig ist ferner die Ausführungsform von Anspruch 8, da die Zwangskopplung das gleichzeitige Schließen des Zünd­ stromkreises und des Stromkreises für den Hochspannungstrans­ formator gewährleistet, und weil Thyristoren verschleißfreie, preiswerte und leistungsfähige elektronische Bauelemente sind. Bei gleichzeitiger Betätigung der beiden Schalter wird zuerst die zur Erzeugung des Lichtbogens vorgesehene Gleich­ spannung zwischen Zünder und Elektrode angelegt. Die Zeit­ konstante des Hilfsstromkreises sorgt für ein zeitlich ver­ zögertes Anlegen des die Ionisation einleitenden Wechsel­ spannungsimpulses.

Vorteilhaft ist auch die Ausführungsform von Anspruch 9, weil sich mit dieser Ausbildung ein kräftiger Hochspannungs­ impuls zum Einleiten der Ionisierung erzeugen läßt. Der Hoch­ spannungsimpuls wird auf induktivem Weg erzeugt, wofür auch ein Schwingkreis oder eine andere, übliche Schaltung verwen­ det werden könnte.

Besonders für Handfeuerwaffen ist die Ausführungsform von Anspruch 10 zweckmäßig, weil diese elektronischen Teile problemlos auch in kleineren Handfeuerwaffen untergebracht werden können. Moderne 6-Volt-Gleichstromzellen sind sehr leistungsfähig und erbringen eine hohe Kapazität, die für eine sehr große Anzahl gleicher Zündvorgänge ausreicht. Der Spannungswandler stellt durch Aufladung eines Kondensators die zur Ausbildung eines kräftigen Lichtbogens erforderliche Energie bereit.

Schließlich ist auch noch der Gedanke von Anspruch 11 wich­ tig, weil von der Spitze der Elektrode der Lichtbogen beson­ ders wirksam erzeugt wird.

Eine Ausführungsform einer elektrischen Zündvorrichtung wird nachstehend anhand eines Schaltungsbildes der Zeichnung er­ läutert.

In der Zeichnung ist als Blockschaltbild eine elektrische Zündvorrichtung (1) gezeigt, die zum Zünden eines Zünders (2) einer Patrone (3) in einer Waffe (4) zweckmäßigerweise der Patrone einer Handfeuerwaffe, dient.

In der Zündvorrichtung (1) steht dem im Patronenboden unter­ gebrachten Zünder (2) der Patrone (3) eine Elektrode (5) mit einem Zwischenabstand (6) gegenüber, so daß dort ein Luftspalt mit einer Weite (s) gebildet wird. Die Weite (s) beträgt zwischen 0,2 und 4 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 mm. Die Zündvorrichtung umfaßt einen Zündstromkreis (7) sowie einen dazu parallelen Schaltungsteil (8) zur Wech­ selspannungserzeugung.

Der Zünder (2) bildet eine Anode, während die Elektrode (5) eine Kathode bildet. Im Zündstromkreis (7) führt von der Elektrode (5) eine Leitung (9) zu einem Sekundärteil (10) eines Hochspannungstransformators (11). Unterhalb des Sekun­ därteils (10) ist in der Leitung (9) eine Schalteinrichtung (12) enthalten, an deren dem Sekundärteil (10) abgewandter Seite eine Leitung (13) angeschlossen ist, die zum negativen Ausgang eines Strom- bzw. Spannungswandlers (16) führt. Aus der Leitung (13) zweigt bei (14) eine Leitung (15) ab, in der ein Kondensator (20) enthalten ist. Vom Kondensator (20) führt ferner eine Leitung (18) zum Strom- bzw. Spannungs­ wandler (16). Der Strom- bzw. Spannungswandler (16) wird aus einer Gleichstromzelle (17) mit Strom versorgt. Die Spannung der Gleichstromzelle (17), z.B. 6 Volt, wird vom Wandler (16) auf 350 Volt umgewandelt. Die Leitung (19) mit ihrem Kondensator (20) ist in der Waffe (4) bei (22) mit dem Patronenboden bzw. dem Zünder (2) verbunden, z.B. da­ durch, daß der Zünder (2) einen speziellen Kontakt berührt.

Zur Bildung des Schaltungsteiles (8) ist an die Leitung (18) im Punkt (23) eine Leitung (24) angeschlossen, die über ei­ nen Widerstand (25) zur Primärseite (26) des Hochspannungs­ transformators (11) und zu einem dahinterliegenden Kondensa­ tor (27) führt. Von der Leitung (24) zweigt vor der Primär­ seite (26) eine Leitung (31) zu einem Schalter (30) ab, der an der anderen Seite durch eine Leitung (29) im Punkt (33) mit der Leitung (13) verbunden ist. Mit der Leitung (29) ist auch eine Leitung (28) vom Kondensator (27) verbunden.

Der Schalter (30) ist mit der Schalteinrichtung (12) im Zündstromkreis (7) durch eine Zwangskopplung (32) verbunden. Zweckmäßigerweise bestehen die Schalter (30) und (12) aus Thyristoren, deren Zwangskopplung (32) eine Steuerleitung ist, so daß der Schalter (30) und die Schalteinrichtung (12) jeweils gleichzeitig betätigt werden.

Die Zündvorrichtung (1) arbeitet wie folgt:

Die Spannung der Zelle (17) wird durch den Wandler (16) so erhöht, daß der Kondensator (20) geladen ist und somit ein Gleichspannungspotential aufgebaut hat. Da die Schaltein­ richtung (12) offen ist, kann sich der Kondensator (20) nicht entladen. Über die Leitungen (28) und (24) ist über die Primärseite (26) des Hochspannungstransformators (11) der Kondensator (27) aufgeladen. Wird nun um einen Zündvorgang einzuleiten, z.B. durch Ziehen des Abzugsbügels der Waffe, der Schalter (30) geschlossen, so nimmt auch die Schalteinrichtung (12) ihre geschlossene Stellung ein. Beim Schließen des Schalters (30) wird kurzzeitig über die Pri­ märseite (26) der Kondensator (27) entladen. Der Spannungs­ impuls in der Primärseite erzeugt auf induktivem Weg in der Sekundärseite (10) einen hohen Wechselspannungsimpuls. Die­ ser Wechselspannungsimpuls wird dazu benutzt, die Luft im Luftspalt (6) zu ionisieren und damit leitend zu machen. In diesem Moment hat der Kondensator (20) den geschlossenen Zündstromkreis (7) und entlädt sich unter Erzeugung eines energiereichen Lichtbogens, der den ionisierten Luftspalt (6) überbrückt und im Zünder (2) die nötige Zündwärme er­ zeugt. Um den Kondensator (20) durch den Wechselspannungs­ impuls nicht zu überlasten, liegt parallel zu diesem eine Zenerdiode (21), welche die Kondensatorspannung auf den zu­ lässigen Wert begrenzt.

Da nach dem Schuß der Schalter (30) auf übliche Weise wieder geöffnet wird, geht auch die Schalteinrichtung (12) in ihre Offenstellung, so daß der Kondensator (20) erneut aufgeladen und die Zündvorrichtung wieder zündbereit wird.

Der Schaltungsteil (8) der Zündvorrichtung (1) könnte auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise könnte zum Erzeugen des Wechselspannungsimpulses ein Schwingkreis üblicher und ggfs. von der Stromquelle (17) unabhängiger Auslegung vorge­ sehen sein.

Claims (11)

1. Verfahren zum elektrischen Zünden von Munition, insbeson­ dere von Handfeuerwaffen-Patronen, bei dem ein Zünder in einem Zündstromkreis liegt, in dem über eine mit dem Zünder zusammenwirkende Elektrode mittels einer Entladung die Zünd­ wärme erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in einem Spalt zwischen der Elektrode und dem Zünder ioni­ siert und daraufhin der Zündstromkreis durch eine energie­ reiche Lichtbogenentladung geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ionisation bis zur Lichtbogenbildung eine Gleichspannung von einem Wechselspannungsimpuls überlagert wird.

3. Elektrische Zündvorrichtung für Munition, insbesondere für Handfeuerwaffen-Patronen, mit einem aus einer Stromquel­ le versorgten Zündstromkreis, in dem seriell der Zünder so­ wie eine mit diesem zusammenarbeitende Elektrode angeordnet sind und mit einer Schalteinrichtung, mit der der Zündstrom­ kreis zum Erzeugen der Zündwärme am Zünder aktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (5) dem Zünder (2) mit einem Luftspalt (6) berührungslos gegenüberliegt, und daß eine Spannungserzeugungsschaltung (7, 8) vorgesehen ist, mit der der zwischen Zünder (2) und Elektrode (5) lie­ gende Luftspalt (6) ionisierbar ist.

4. Elektrische Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet daß die Elektrode (5) vorzugsweise die Kathode und der Zünder (2) die Anode bilden.

5. Elektrische Zündvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (6) zwischen 0,2 und 4 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 mm, beträgt.

6. Elektrische Zündvorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathode bildende Elek­ trode (5) ein Graphitstift oder ein ähnliches abbrandfestes Material ist.

7. Elektrische Zündvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Zündstrom­ kreis (7) wenigstens ein Kondensator (20) und ein Hochspan­ nungstransformator (11) in Reihe geschaltet sind, wobei der Hochspannungstransformator (11) durch einen im Hilfsstrom­ kreis (31) betätigten Schalter (30) zur Abgabe eines das Gleichspannungspotential des Kondensators (20) überlagernden Wechselspannungsimpulses gezwungen wird.

8. Elektrische Zündvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt­ einrichtung (12) und der Schalter (30) miteinander zwangsge­ koppelte Thyristoren sind.

9. Elektrische Zündvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem zum Zündstromkreis (7) parallelen Hilfsstromkreis (31) der Schalter (30) und eine bei dessen Betätigung aktivierbare Primärseite (26) des Transformators (11) vorgesehen ist, der im Zündstromkreis (7) die als In­ duktionsspule ausgebildete Sekundärseite (10) zugeordnet ist.

10. Elektrische Zündvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquel­ le (17) eine 6-Volt-Gleichstromzelle ist, der ein Stromwand­ ler oder Spannungswandler (16) (auf 350 Volt) nachgeschaltet ist.

11. Zündvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der die Elektrode (5) bildende Graphitstift angespitzt ist.