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Elektrisches Zündelement
Die Erfindung befasst sich mit einem elektrischen Zündelement, bei dem auf einem Isolierkörper ein Metallfilm vorhanden ist, welcher die Stromzuführungselektroden metallisch leitend verbindet und nach Anlegen des Stromes verdampft, wodurch das Überspringen des Zündfunkens eingeleitet wird.
Derartige Zündelemente sind bereits bekannt oder Gegenstände von nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlägen. So ist im Rahmen einer elektrischen Zündvorrichtung mit einer Mittelelektrode in einem zylindrischen Isolierkörper vorgesehen worden, einen Metallniet als Mittelelektrode in den Isolierkörper einzusetzen, während als zweite Elektrode eine die Zündstoffmasse enthaltende Metallhülse dient und der Isolierkörper mit Ausnahme seiner nach aussen gerichteten Stirnseite mit der Metallschicht versehen ist.
Als nicht zum Stande der Technik gehörende elektrische Zündpille sei eine solche erwähnt, bei der zwei zugleich als Elektroden dienende Stromzuleitungsdrähte im Abstand voneinander von einer aus vorzugsweise glasartigem Isolierstoff bestehenden Pelle umschlossen sind, auf deren Oberfläche eine fest haftende Metallschicht mit definiertem elektrischen Widerstand aufgebracht wird, welche mit den Elektroden in leitender Verbindung steht.
Schliesslich sei als weiterer nicht zum Stande der Technik gehörender Vorschlag ein elektrisches Zündelement mit einem auf einem Isolierkörper vorgesehenen Metallfilm erwähnt, welcher einige eng begrenzte Stellen sehr hoher Stromdichte aufweist, wobei die Kontaktstelle bzw. -stellen zweckmässig durch Anlage eines beliebig profilierten Drahtes an eine ebene-oder verformte metallisierte Flächegeschaffen ist bzw. sind.
Die Erfindung befasst sich mit einem elektrischen Zündelement der zuletzt bezeichneten Art und hat sich zum Ziel gesetzt, die bei elektrischen Zündelementen allgemein auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen. Zum Entstehen der Erfindung haben folgende Überlegungen geführt : Berührt man die Oberfläche eines dünnen homogenen Metallfilmes, der an den einen Pol einer Stromquelle angeschlossen ist, mit einem leitenden Körper, der in eine Spitze ausläuft und den anderen Pol als Stromquelle zum Anschluss hat, so schmilzt der Metallfilm an dieser Kontaktstelle auf Grund der hohen Stromdichte. Dieser Schmelzvorgang erfolgt sehr rasch, so dass er durch das Auge nur als Funke wahrgenommen wird. An der Berührungsstelle von Spitze und Metallfilm bildet sich der Funke an der Seite der Spitze, die dem Polanschluss des Metallfilms gegenüber liegt.
Der Ohm'sche Widerstand eines Leiters ist bekanntlich vom spezifischen Widerstand des Materials, dem Querschnitt und der Länge abhängig. Hinzu kommen noch nachstehende Forderungen : Der Initialsatz soll an der funkenbildenden Stelle anliegen. Die Zahl der Elemente, die die Zündpille aufbauen, soll so gering wie möglich sein. Ferner sollen sie einen einfachen Aufbau aufweisen und sich für die Massenproduktion eignen. Der Aussendurchmesser der Zündpille ist mit einer derartigen Toleranz herzustellen, dass die Einpressung diese's Elementes in den Detonator immer mit der gleichen Einpresskraft erfolgen kann. Die Ausbildung des zu metallisierenden Bereiches der Keramikpille genügt zweckmässig spritztechnischen Anforderungen. Der Metallfilm soll eine gleichmässige Stärke aufweisen, damit ein einheitlicher Ohm'scher Widerstand erreicht wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Zündelement, bei dem auf einem Isolierkörper ein Metallfilm als leitende Verbindung zwischen den Stromzuführungselektroden vorhanden ist und das eine oder einige Stellen hoher Stromdichte aufweist, an denen das Verdampfen des Metallfilms erfolgt. Das Wesen
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den Metall-film tragende Fläche ansteigend ausgebildet ist. Hiebei ist es möglich, den Isolierkörper nicht nur mit einer, sondern mit mehreren den Metallfilm tragenden und ansteigend ausgebildeten Flächen zu versehen. Der Isolierkörper ist mit einem konisch verlaufenden zentralen Kanal z. B. einer Bohrung ausgestat- tet, in dem als Mittelelektrode ein sich in derselben Richtung wie aer Kanal verjüngendes Rohr eingesetzt, z. B. eingepresst ist.
Die Abnahmeelektrode, welche an der bzw. den apsteigend ausgebildeten metallisierten Flächen angebracht ist, erhält zweckmässig die Gestalt eines Zylinders, z. B. einer zylind- rischen Hülse, welcher in eine oder mehrere auf der mit der Metallschicht versehenen Fläche bzw. Flächen aufliegende Spitzen ausläuft.
Ist der Isolierkörper mit einem konisch verlaufenden Kanal versehen, so ist es möglich, auf letzteren sowie dem Ansatzstück der ansteigend ausgebildeten Fläche bzw. Flächen einen gleichmässig stärkeren Metallfilm aufzubringen. Auf diese Weise sind die Anforderungen für die Stärke und Gleichmässigkeit des Metallfilms an seinen verschiedenen Stellen ohne weiteres erleichbar, wobei noch hinzukommt, dass die genannte Bemessung des Metallfilms insbesondere im Hinblick auf den konisch verlaufenden Kanal von Bedeutung ist, in welchem in weiterer Ausführung der Erfindung als Mittelelektrode ein sich in derselben Richtung wie der Kanal verjüngendes Rohr eingesetzt, insbesondere eingepresst ist.
Wie weiter gefunden wurde, ist der Konus des zentralen Kanals zweckmässig auf 4, 50 oder kleiner zu bemessen. Wird dieser Winkel etwa grösser gewählt, so besteht die Gefahr, dass sich das eingepresste, als Mittelelektrode dienende Rohr nicht durch Selbsthemmung hält.
Ferner hat diese Ausführung noch den Vorteil, dass sich das konische Rohr bei geringer Längsverschiebung nicht von der Wandung löst, da sich das gepresste Material innerhalb der Grenzen des Hookschen Gesetzes entspannt. Man hat also mit dieser Rohrelektrode nicht nur eine innige elastische Verbindung hergestellt, sondern auch gleichzeitig berücksichtigt, dass sich der Funke zwischen Metallfilm und Aussenelektrode nur an der Seite der Spitze (ici) bilden soll, die dem Polanschluss des Metallfilms gegenüberliegt.
Ein besonderer Vorteil der geschilderten Ausführung ist darin zu sehen, dass auf diese Weise eine gerichtete Funkenbildung erhalten werden kann. Dies ist im Hinblick auf ein sicheres Funktionieren eines mit dem Zünderelement gemäss der Erfindung versehenen Zünders von besonderer Bedeutung. Es ist nämlich notwendig, dass der Initialsatz an der funkenbildenden Stelle anliegt, weil nur dadurch die Garantie für eine einwandfreie Zündung gegeben ist. Die Verfolgung dieses vorgezeichneten Gedankenganges ergibt die erfindungsgemässe Ausführung der Elemente, nach der der Keramikzylinder, wie schon erwähnt, auf der einen Stirnseite einen vorteilhaft kegeligen Ansatz mit metallischem Überzug erhält und die Aussenelektrode als Zylinder mit einem radialen, nach innen gezogenen Rand ausgebildet ist.
Verbindet man nun diese beiden Elemente, indem man die Abnahmeelektrode über den Keramikzylinder zieht und umbürdelt, bis diese mit dem Rand der Elektrode den Keramikkörper erreicht, so gelangen die Spitzen mit einer deffinierten Anpresskraft zur Auflage auf den Kegel.
Verfolgt man nun die Einpressung dieser ganzen Baugruppe in den Detonator, so sieht man, dass sich einmal der Initi2lsatz in das konische Rohr schiebt und damit die Anpresskraft des Rohres an den Metallfilm erhöht und das andere Mal an dem Kegelmantel herabgleitet und sich an die Spitzen drückt.
Die Gewähr, dass sich die Zündpille nach dem Einpressen in den Detonator nicht mehr löst, ist dadurch gegeben, dass Pille und Dztonatorbohrung mit einer Presstoleranz hergestellt sind. Man hat damit gegenüber der"Nurumbördelung"den Vorteil, dass der Anpressdruck auf den Initialsatz annähernd der gleiche ist.
Mit Vorteil wird, wie bereits erwähnt, als Werkstoff für den Isolierkörper ein keramischer Stoff verwendet, jedoch ist es auch möglich, andere Materialien zu benutzen. Als Beispiel hiefür seien Kunststoffe der verschiedensten Art, insbesondere Äthoxylinharze od. dgl. genannt. Je nach dem Werkstoff ist darauf zu achten, dass beim Einpressen des als Mittelelektrode dienenden konischen Rohres eine bestimmt- te werkstoffgebundene spezifische Belastung nicht überschritten wird, da sonst der Isolierkörper zerstört werden könnte. Hiebei soll der spezifische Aussendruck auf das konische Rohr nicht grösser als aer spezifische Innendruck auf beispielsweise den keramischen Körper sein.
'Als Material für die Abnahmeelektroden, die zweckmässig die Gestalt eines Zylinders mit einem nach innen gezogenen Fand, der in eine oder mehrere Spitzen ausläuft, aufweisen, eignet sich besonders Silber, da dadurch erreicht wird, dass ein chemischer Angriff des Initialsatzes nicht stattfindet. Bei der Ausbildung der Spitzen, in welche der Zylinder ausläuft, ist zu beachten, dass diese nach dem Zusammenbau des Zünders auf Biegung beansprucht werden. Im Hinblick hierauf ist es vorteilhaft, die Spitze bzw. Spitzen so auszubilden, dass die Biegespannung über den ganzen Querschnitt konstant ist. Es hat sich
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als möglich erwiesen, der Spitze bzw. den Spitzen die Gestalt eines Dreiecks zu geben, dessen Grundlinie gleich seiner Höhe ist ; noch vorteilhafter ist es jedoch, dass von dem letzter.
Drittel oder Viertel des Dreiecks an seiner Grundfläche, d. h. an der Stelle, an der das Dreieck in die zylindrische Abnahmeelektrode übergeht, Stücke abgeschnitten werden, u. zw. senkrecht zur Grundlinie. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Spitze bzw. Spitzen auf der ansteigenden Fläche bzw. Flächen eine definierte, punktförmige Auflage haben, da eine stärkere Biegung nunmehr am Fusse der Dreieckspitzen eintritt und die Spitzen selbst somit exakt auf den ansteigend ausgebildeten Flächen aufliegen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen, die mehrere Ausführungsformen beispielsweise und schematisch veranschaulichen. Fig. l zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein Zünder- element gemäss der Erfindung, Fig. 2 gibt eine Draufsicht auf das Element nach Fig. 1 wieder und Fig. 3 veranschaulicht die besonders zweckmässige Gestaltung einer Kontaktspitze.
Nach Fig. 1 weist das Zünderelement einen Isolierkörper 1 auf, der vorteilhaft aus einem kerami- schen Werkstoff besteht, welcher bearbeitet werden kann. Zweckmässig besitzt der Isolierkörper 1 die Gestalt eines Zylinders. Der Isolierkörper 1 ist an seiner einen Stirnfläche mit einer oder mehreren anstei- gend ausgebildeten Flächen 2 versehen, so dass sich bei einem gedachten Schnitt entlang der gestrichelt gezeichneten Linie 3 ein oder mehrere Aufsatzkörper ergeben würden, die die Gestalt von Pyramiden oder vorteilhaft Kegeln aufweisen. Die Flächen 2 sowie die sich an diese anschliessenden Flächen 4 sind mit einer gestrichelt gezeichneten Metallschicht 5 versehen.
Auf diese Weise wird es, wie oben erwähnt, möglich, die Schichten des Metallfilms so auszubilden, dass der Metallfilm auf den Flächen 2 verhältnis- mässig dünn, auf der Kuppe 6 und den sich anschliessenden Flächen 4 jedoch stärker ist. Der Metallfilm braucht sich jeweils nur bis zu den Stellen 7 zu erstrecken. Der Isolierkörper 1 besitzt ferner eine zentrale Bohrung 8, die sich in Richtung des Pfeiles 9 verjüngt. In die Bohrung 8 wird ein als Mittelelektrode dienendes, in seinem oberen Teil gleichfalls konisch ausgebildetes Rohr 10 eingesetzt, dessen Verjüngung ebenfalls in Richtung des Pfeiles 9 verläuft. Wie die Fig. zeigt, ist die Konizität der Bohrung 8 nicht über ihre ganze Länge gleichmässig, sondern in ihrem oberen Teil, d. h. etwa von der Stelle 11 an, stärker als unterhalb desselben.
Sie entspricht damit in ihrem mit dem Metallfilm belegten Teil den spritztechnischen Anforderungen und den Erfordernissen hinsichtlich der Selbsthemmung. Die Grösse des Konuswinkels hängt sowohl von der Natur des Metallfilms als auch von dem Werkstoff des verwendeten Rohres ab und beträgt im vorliegenden Falle 4, 50, wobei der Metallfilm aus einer Palladiumsilber-Legierung und das Rohr 10 aus Silber oder anderen Metallen bestehen. Die Konizität der Bohrung in ihrem unter der Stelle 11 liegenden Teil ist aus Herstellungsgründen erheblich geringer. Aus demselben Grunde wird der untere Teil der Bohrung 8, d. h. etwa unterhalb der Stelle 12 zylindrisch gehalten. Das Rohr 10 ist nur in seinem oberen Teil mit derselben Konizität ausgeführt wie der metallisierte Bohrungsteil bis zur Stelle 11 und verläuft sodann zylindrisch.
Die Sicherung des Rohres 10 - das an und für sich durch Selbsthemmung hält-gegen Beanspruchungen entgegen dem Konus, kann in verschiedener Weise erfolgen ; z. B. derart, dass über den unteren Teil des Rohres 10 ein kurzes Stückchen eines zweiten Rohres 13 gezogen und mit dem Rohr 10 durch z. B. Löten oder Kleben verbunden ist. Man kann aber die Sicherung gegen Verschieben unter Fortlassung des Rohrstückchens 13 auch dadurch erreichen, dass man das herausragende Ende des Ruhre : 0 mit einem Klebstoff, z. B. auf Kunstharzbasis, umgiesst oder aber einen Spanndornring draufzieht, der sich gegen den Isolierkörper 1 abstützt.
An der Aussenseite des Isolierkörpers 1 befindet sich die Abnahmeelektrode 14 in Gestalt eines den Isolierkörper 1 umgebenden Zylinders. Die Abnahmeelektrode 14 weist in ihrem oberen Teil einen radial nach innen gezogenen Rand 15 auf, welcher in die Spitze 16 ausl4uft, die wiederum auf der metallisierten Fläche 2 aufliegt. Wie erwähnt, kommt die Spitze 16 mit einer definierten Anpresskraft auf der Fläche 2 dadurch zur Auflage, dass man die Abnahmeelektrode 14 über den Isolierkörper 1 zieht und an den Stellen 17 umbördelt. Führt man dies so durch, dass die Abnahmeelektrode 14 mit ihrem Rand 15 oben auf dem Keramikkörper 1 aufsitzt, so liegt auch die Spitze 16 auf der Fläche 2 mit der gewünsch- ten Kraft auf.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, läuft die zylindrische Abnahmeelektrode 14 über ihren Rand 15 in insgesamt 3 Spitzen 16 aus.
Die Fig. 3 zeigt, wie von einer oder mehreren der Kontaktspitzen 16, die ursprünglich die Gestalt eines Dreiecks mit der Grundlinie 17 aufweisen, an den Stellen 18 senkrecht zur Grundlinie 17 kleine Dreiecke ausgeschnitten sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine stärkere Durchbiegung der Kontaktspitzen 16 in der Nähe der Grundlinie 17 erfolgt, an welcher die Spitzen in den Rand 15 nach den Fig. 1-2 übergehen, und damit die Spitzen auf den ansteigend ausgebildeten Flächen 2 exakt aufliegen.