CH616742A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Zünder für hülsenlose, gegebenenfalls auch mit einem Projektil fest verbundene Treibladungen und dergleichen, wobei der gegebenen- 45 falls auf einem Träger angeordnete Zünder eine elektrisch leitende Schicht aufweist. Die Schicht enthält ein elektrisch leitendes Material und einen Sprengstoff. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellug solcher Zünder und schliesslich einen elektrischen Zünder aufweisende Treib- 50 sätze.

Neben Perkussions-, Friktions- und Flammstrahl-Zündern gewinnen die schon seit langem bekannten elektrischen Zünder immer mehr an Bedeutung.

Besonders bei konventionellen Patronen für Maschinen- 55 waffen und Initial-Sprengkapseln haben sich elektrische Brük-ken-Zünder und auch Spalt-Zünder bewährt. Schicht-Zünder, deren elektrische Leiter aus Graphit oder Metallschichten bestehen, benötigen einen sehr hohen, ihre Anwendbarkeit einschränkenden Zündstrom. Die in neuerer Zeit nun eröffnete 60 Anwendung elektrischer Zünder für hülsenlose Treibsätze stellte ganz besondere Anforderungen an die Zünder. Die Hauptanforderungen sind: Ein solcher Zünder darf vor allem keine Ablagerungen an den Elektroden verursachen oder bilden. Die Zündung muss mit geringen Zündströmen erreichbar 65 und zwar zuverlässig erreichbar sein. Der Zünder sollte möglichst rückstandslos verbrennen. Weiter sollte ein solcher Zünder geringe Empfindlichkeit gegen Schlag und Reibung sowie gegen statische Elektrizität und gegen Ströme, die unter der gewünschten Zündschwelle liegen, aufweisen.

Im folgenden wird ein Zünder und dessen Herstellung beschrieben, der die Erfordernisse für die Verwendung in hülsenlosen Patronen und Treibsätzen erfüllt und daher sowohl in konventionellen Patronen und Initial-Sprengkapseln als auch für hülsenlose Patronen und Treibsätze verwendet werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist danach ein elektrischer Zünder für hülsenlose Treibladungen und dergleichen, wobei der Zünder eine elektrisch leitende Schicht, die im wesentlichen ein elektrisch leitendes Material und einen Sprengstoff enthält, aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht als elektrisch leitendes Material einen fein-teiligen, zumindest teilweise kristallinen Elektronenleiter und als Sprengstoff einen zumindest teilweise kristallinen Sprengstoff enthält, der Elektronenleiter im Sprengstoff in fein verteilter Form vorliegt und der Sprengstoff 60 bis 90 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen aus Sprengstoff und Elektronenleiter, ausmacht. Der Zünder kann gegebenenfalls auf einem Träger, vorzugsweise einem Sprengstoff, angeordnet sein.

Das elektrisch leitende Material ist feinteilig und teilweise, vorzugsweise ganz, überwiegend kristallin. Es handelt sich um einen Elektronenleiter. Es kann ein Metall, wie Kupfer oder Silber, insbesondere jedoch Antimon, verwendet werden. Auch Sulfide wie Pyrit oder FeS, Phosphide, Carbide, Silicide PbOa sind verwendbar, wobei jedoch darauf geachtet werden sollte, dass möglichst keine Stoffe verwendet werden, die an der Oberfläche eine ins Gewicht fallende Isolierschicht bilden, d. h. unter den gegebenen Bedingungen Veränderungen, auch chemischer Natur, erfahren, durch die ihre elektrischen Eigenschaften wesentlich verändert werden. So sind zahlreiche Stoffe bekannt, die vor allem in feinteiligem Zustand stark isolierende Oxidschichten auf ihren Oberflächen bilden. Weiter sollte nach Möglichkeit die Verwendung von Stoffen vermieden werden, die Ablagerungen bilden.

Die Elektronenleiter besitzen vorzugsweise eine Teilchen-grösse bis hinauf zu etwa 0,05 mm Länge und liegen insbesondere in mikrokristalliner Form vor. Die mikrokristalline Form hat sich vor allem bei dem als Elektronenleiter bevorzugten Antimon bewährt. Insbesondere gilt dies für (z. B. elektrolytisch) gewachsene Mikrokristalle gegenüber den durch Vermählen und dgl. entstandenen Kristalltrümmern.

Der den volumenmässigen Hauptbestandteil der erfin-dungsgemässen elektrisch leitenden Schicht bildende Sprengstoff muss zumindest teilweise in kristalliner Form vorliegen. Vorzugsweise liegt der Sprengstoff sogar weitgehend in kristalliner Form vor. Der Sprengstoff sollte möglichst keine metallische Ablagerungen bilden. Geeignete Materialien sind vorzugsweise Styphnate oder Pikrate, insbesondere Kaliumpikrat oder -Styphnat. Auch Ammonium- oder Bariumpikrat bzw. -Styphnat kommen in Betracht. Mit besonderem Vorteil sind in der erfindungsgemässen elektrisch leitenden Schicht solche kristallinen Sprengstoffe enthalten, die elektrolytische Leitfähigkeit aufweisen. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Sprengstoffe bereits elektrolytisch leitfähig in die Schicht eingebracht werden; es ist vielmehr auch möglich, dass ihnen diese Eigenschaft erst in situ, z. B. unter intensiven Mischbedingungen verliehen wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Elektronenleiter im Sprengstoff fein verteilt ist. Der Sprengstoff nimmt den Elektronenleiter wie eine Matrix auf. Die Teilchen der Elektronenleiter verkürzen die über den Sprengstoff führende Strombahn, wodurch der elektrische Widerstand herabgesetzt wird.

Räumlich befindet sich also mehr kristalliner Sprengstoff

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in der Schicht als Elektronenleiter, so dass, wie erwähnt, der Stromfluss über den Sprengstoff gehen muss und die zwischengelagerten Elektronenleiter-Teilchen als bahnverkürzende Brücken fungieren. Der Sprengstoff macht 60 bis 90, vorzugsweise 60 bis 80 Vol.-°/o, bezogen auf das Gesamtvolumen aus Sprengstoff und Elektronenleiter, aus.

Häufig enthält die Schicht noch abbrennbare Bindemittel, insbesondere Nitrozellulose, hydrophobierende Zusätze, Sauerstoffspender und dergleichen, an sich bekannte Zusätze. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt der Sprengstoff als Salz vor, insbesondere zum Teil als Salz der als Elektronenleiter enthaltenen Metalle.

Es sind zwar schon elektrische Zünder beschrieben, die ein elektrisch leitendes Material, einschliesslich Halbleiter als Hauptbestandteil, Nitrozellulose als Bindemittel bzw. sonstige Zusätze wie Sauerstoffspender, Zündverstärker usw. enthalten. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass dann, wenn die Schicht als elektrisch leitendes Material einen feinteiligen kristallinen Elektronenleiter enthält und der überwiegende Bestandteil ein kristalliner Sprengstoff ist, eine sichere Zündung mit wesentlich geringeren Zündströmen als bei den bekannten Zündsätzen bewirkt werden kann. Gleichzeitig wurde es damit aber auch möglich, die Bildung lästiger Ablagerungen zu vermeiden.

Die erfindungsgemässe Konzeption ist also im Hinblick auf die Stärke des benötigten Zündstroms und in Verbindung damit auf die Unzündbarkeit durch Funkenschläge, wie sie durch Ansammlung statischer Ladungen hervorgerufen werden, von besonderer Bedeutung. Da der Strom die sehr hoch-ohmigen Sprengstoffe viel eher erwärmt als die dazwischenliegenden Leiterbrücken, treten zwischen den praktisch kalten Leiterpartikeln in den Sprengstoffpartien Temperaturen auf, die sofort zu lokalen Zündungen führen, welche auf die benachbarten Sprengstoffpartien übergreifen und damit die Zündung einleiten.

Messungen an der erfindungsgemässen Schicht zeigen deutlich, dass diese die Eigenschaften eines nichtmetallischen Leiters besitzen. So zeigt die Schicht z. B. auf einer Ringfläche zwischen einer Zentral-Elektrode von etwa 2 mm Durchmesser und einer ringförmigen Aussen-Elektrode, die zur Zentral-Elektrode einen Abstand von 0,7 bis 1 mm hat, einen Widerstand von 5 Kilo-Ohm. Bei diesem Widerstand zündet die Schicht aber noch einwandfrei mit nur 22,5 Volt und wenigen Milliampères. Weiter zeigt der Strom eine rasch ansteigende Kurve, die, wenn der Maximalstrom unter der Zündschwelle gehalten wird, langsam absinkt, was der Charakteristik eines sich polarisierenden elektrolytischen Leiters entspricht. Die Erfindung erscheint danach dahingehend verallgemeinerbar, dass in eine volumenmässig überwiegende Menge eines elektrisch unter explosiver Zersetzung zündbaren Leiters II. Klasse ein Leiter I. Klasse, insbesondere Metall, in feinverteilter Form eingelagert ist.

Die beobachtete elektrolytische Leitfähigkeit lässt auch den Schluss zu, dass nicht nur die Stromwärme in den einzelnen Sprengstoffpartien die Zündung auslöst, sondern dass möglicherweise auch elektrochemische Vorgänge innerhalb der Sprengstoffkristalle zur Zündung führen, da bereits geringfügige Verschiebungen der Ionen des Sprengstoffes oder plötzliche Anreicherung von Ionen an den Grenzflächen des Sprengstoffkristalls die Zündung bewirken müssten.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist, um den Sprengstoffanteil der Schicht in seiner elektrolytischen Leitfähigkeit zu verbessern und ganz allgemein auch innerhalb des einzelnen Kristalls die Strombahn zu verkürzen, wie bereits angedeutet, ein Sprengstoff besonderer Art enthalten. Hierzu wird ein Sprengstoff verwendet, der mit geringen Mengen eines partikelförmigen metallischen Elektronenleiters dotiert ist. Zur Dotierung wird vorzugsweise das gleiche

Metall wie für den Elektronenleiter benutzt. Zu diesem Zwecke kann der Sprengstoff aus einer Lösung zusammen mit besonders kleinen Metallpartikeln ausgefällt bzw. auskristallisiert werden, wobei Metallpartikel, insbesondere in 5 mikrokristalliner Form, in die sich bildenden Kristalle eingeschlossen werden bzw. aus diesen herauswachsen. Parallel hierzu kann aber auch ein chemischer Prozess ablaufen, durch den auch Metallatome als reguläre Sprengstoffverbindungen in den Kristall eintreten und damit ebenfalls zur Verbesserung io der Leitfähigkeit des Sprengstoffes beitragen. Ein ähnlicher Vorgang der Einlagerung von Metallatomen in den Sprengstoffkristall tritt ein, wenn der Sprengstoff mit Metallpartikeln in einer neutralen Flüssigkeit, die nur wenig Sprengstoff löst, lange Zeit gründlich durchgemischt wird. 15 Ein Träger ist nur dort notwendig, wo der zu zündende Treibsatz oder Sprengstoff eine höhere Zündenergie verlangt oder mechanisch ungeeignet ist. Der Träger kann z. B. die Form eines Blättchens oder eines niedrigen Zylinders haben. Er besteht vorzusweise in der Hauptsache aus einem Spreng-20 stoff oder einem rasch verbrennenden Stoff. Als Sprengstoff kommen Kaliumpikrat- oder-Styphnat und Ammonium- oder Barium-Pikrat und -Styphnat in Betracht. Um aus den Sprengstoffen einen Träger mit brauchbaren mechanischen Eigenschaften zu bekommen, müssen diese mit einem Bindemittel 25 vermengt und dann geformt werden. Als Bindemittel dient vorzugsweise mit einem Lösungsmittel behandelte Nitrozellulose. Die gelöste Nitrozellulose kann mit dem pulverförmi-gen Sprengstoff angepastet oder geknetet und dann zu einem Band oder zu Tabletten gepresst werden. Das Verhältis von Nitrozellulose zum Sprengstoffanteil ist höchstens etwa 2:3, z.B. 1:2 bis 1:3.

Der so erhaltene Träger ist nach Entzug des Lösungsmittels fest und lässt sich schneiden und stanzen. Er verbrennt rasch und vollständig, die Verbrennungsprodukte sind gas-35 förmig.

Zur Herstellung des erfindungsgemässen Zünders bzw. der elektrisch leitenden Schicht kann der Sprengstoff gegebenenfalls in dotierter Form mit dem Elektronenleiter gemischt und dann geformt werden. Vorzugsweise wird in Ge-genwart einer inerten Flüssigkeit oder eines rückstandlos abbrennbaren Bindemittels, insbesondere einer Nitrozelluloselösung gearbeitet. Das flüssige Gemisch wird dann verformt bzw. auf den Träger als Leitschicht aufgetragen. Nach Trocknung wird die so erzeugte Schicht gegebenenfalls glattgewalzt. Es ist auch möglich, die erfindungsgemässe elektrisch leitende Schicht und den Träger getrennt voneinander fertig herzustellen und dann die beiden Teile miteinander zu verkleben.

Gemäss einer besonders bevorzugten Weise wird zur Herstellung der erfindungsgemässen Zünder so vorgegangen, dass jU man aus einem Lösungsmittel, das in suspendierter Form den feinteiligen, zumindest teilweise kristallinen Elektronenleiter enthält, Sprengstoffkristalle ausfällt. Dabei kann der Sprengstoff in der Lösung erst hergestellt werden oder zunächst gelöst und dann in Gegenwart des suspendierten Elek-H tronenleiters ausgefällt werden.

So ist es beispielsweise möglich, Styphnin- und/oder Pikrinsäure bzw. deren Salze aus einem Lösungsmittel in Gegenwart von suspendiertem kristallinen Antimon, gegebenenfalls nach Überführung in das gewünschte Styphnat oder m Pikrat, auszukristallisieren und aus dem erhaltenen Produkt, gegebenenfalls nach Zugabe eines Bindemittels oder weiterer Hilfsmittel, die elektrisch leitende Zündschicht zu bilden.

Bei Zündern für kleine hülsenlose Treibsätze, die gegebenenfalls mit einem Projektil fest verbunden sein können 6S (Patrone) hat der Träger, sofern ein solcher verwendet wird, beispielsweise eine Dicke von 0,3 bis 0,4 mm und die erfindungsgemässe Schicht etwa eine Dicke von 0,05 mm. Je nach dem Verwendungszweck variieren diese Werte. Zur Erzielung

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besonders empfindlicher Schichten wird über der Schicht findet, wodurch es an den Berührungspunkten zu einer höhe-

noch eine aus Nitrozellulose und Metallpartikeln bestehende ren Stromkonzentration kommt.

Kontaktschicht angeordnet, in der sich, ebenso wie in der

Leitschicht, die wesentlich gröberen Metallpartikeln nicht be- Auch der Träger kann je nach Verwendungszweck aus rühren dürfen. Dadurch wird erreicht, dass nur eine punkt- 5 mehreren verschieden schnell brennenden oder detonablen förmige Berührung der Elektrode an der Leitschicht statt- Schichten bestehen.

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Elektrischer Zünder für hülsenlose Treibladungen und dergleichen, wobei der Zünder eine elektrisch leitende Schicht, die im wesentlichen ein elektrisch leitendes Material und einen Sprengstoff enthält, aufweist, dadurch gekennzeich- 5 net, dass die Schicht als elektrisch leitendes Material einen feinteiligen, zumindest teilweise kristallinen Elektronenleiter und als Sprengstoff einen zumindest teilweise kristallinen Sprengstoff enthält, der Elektronenleiter im Sprengstoff in feinverteilter Form vorliegt und der Sprengstoff 60 bis 90 10 Vol.-°/o, bezogen auf das Gesamtvolumen aus Sprengstoff und Elektronenleiter ausmacht.
2. 2. Verfahren zur Herstellung des elektrischen Zünders nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Sprengstoff aus einem Lösungsmittel in Gegenwart des 15 darin suspendierten Elektronenleiters in kristalliner Form isoliert.
3. 3. Zünder nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenleiter ein Metall, insbesondere Antimon, Bleidioxid, ein Sulfid, Phosphid, Carbid und/oder Si- 20 licid ist.
4. 4. Zünder nach einem der Patentansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengstoff in einer Menge von 60 bis 80 Vol.-°/o enthalten, ist.
5. 5. Zünder nach einem der Patentansprüche 1, 3 oder 4, 25 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht einen mit einem Elektronenleiter dotierten Sprengstoff enthält.
6. 6. Zünder nach einem der Patentansprüche 1 oder 3 bis

   5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht 30 auf einem Träger angeordnet ist.
7. 7. Zünder nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger überwiegend aus einem Sprengstoff besteht.
8. 8. Zünder nach einem der Patentansprüche 1 oder 3 bis 35 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht und/oder der Träger ein abbrennbares Bindemittel, vorzugsweise Nitrozellulose enthält.

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