DE102015009576B3

DE102015009576B3 - Zündvorrichtung

Info

Publication number: DE102015009576B3
Application number: DE102015009576.5A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Zörkler; Johann Florian
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: US9995560B2; EP3121552B1; EP3121552A1; ES2698418T3; US20170023338A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung realisiert auf zuverlässige Weise einen einmaligen transienten Schaltvorgang für hohe Spannungen (> 1,5 kV) und hohe Ströme (> 3 kA) in Kombination mit minimalem Platzbedarf, maximaler Umweltbeständigkeit und gleichzeitig geringem Kostenaufwand durch Integration der wesentlichen Komponenten auf einem flexiblen Leitersystem. Man könnte sich auch vorstellen, dass der beschriebene Aufbau z. B. auf einem Keramiksubstrat (Hybrid) nachgebildet wird, wobei die Kunststofffolie evtl. durch eine entsprechend dünne Isolierschicht ersetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für eine Sprengladung eines Wirkkörpers umfassend wenigstens einen Zündkreis mit einer Zündbrücke (ZB), über der eine Folie (K) angeordnet ist, wobei nach Initiierung der Zündbrücke mittels eines Teils (T) der Folie über eine Bohrung im nachgeschalteten Barrel (B, B2) ein Sprengstoffelement (HNS) auslösbar ist, wobei die Zündvorrichtung als kompaktes Bauelement ausgeführt ist und zwei dünne, durch eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht (K) voneinander getrennte, streifenförmige Metallschichten (M1, M12; M2, M22) umfasst, und wobei die erste Metallschicht (M1, M12) in einer Serienschaltung über einen Energiespeicher (C2) und einen Verbraucher V zur weiteren Metallschicht (M2, M22) einen zweiten elektrischen Zündkreis bildet.
Derartige Zündvorrichtungen weisen in der Regel wenigstens einen Zündschaltkreis mit einem Energiespeicher (Kondensator) und einen Schalter auf, mit dem die gespeicherte Energie durch Schließen des Schalters zur Auslösung eines Bauteils verwendet wird.
Die DE 10 2014 010 179 B3 beschreibt eine Zündvorrichtung für die Sprengladung eines Wirkkörpers mit einer Zündbrücke, über der eine Folie angeordnet ist. Ein Teil der Folie löst über eine Bohrung im nach geschalteten Barrel ein Sprengstoffelement aus. Weiterhin sind zwei voneinander isolierte streifenförmige Metallschichten vorgesehen.
Aus der DE 10 2011 108 000 A1 ist ein EFI-Zündmodul bekannt geworden, das nach diesem Prinzip funktioniert, wobei letztlich ein Kunststoffpressling gezündet wird. Im Zündmodul ist eine Zündbrücke vorgesehen, die mittels Zuführung elektrischer Energie aus einem Kondensator schlagartig verdampft und dabei aus der darüber angeordneten Folie mit Hilfe des darüber befindlichen Barrels einen kleinen Teil heraussprengt. Dieser Teil weist genügend Stoßwellenenergie zur Auslösung des Kunststoffpresslings auf.
Nachdem diese Druckschrift keine weiteren Hinweise auf Möglichkeiten zu weiteren Verkleinerung eines Zündmoduls zu entnehmen sind ergibt sich hieraus die Aufgabe, eine Bauweise zu finden, welche eine weitere Verringerung des Bauvolumens ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verbraucher V als EFI (Exploding Foil Initiator) ausgeführt ist, der in der ersten Metallschicht (M12) benachbart zur Zündbrücke (ZB) angeordnet ist, wobei nach dessen Auslösung die von ihm durch das Barell beschleunigte Folie (KF) zur Initiierung eines über der weiteren Metallschicht (M22) angeordneten pyrotechnischen Boosters/Pellets (HNS) dient.
Die besonderen Vorteile der Zündvorrichtung sind darin zu sehen, dass zunächst eine erhebliche Verringerung des Raumbedarfs gegenüber der bekannten Ausführungsform erzielt wird. Verbunden damit wird auch eine nicht geringe Senkung der Herstellkosten erreicht. Weiterhin wird die Streuung der Kennwerte reduziert und die Langzeitstabilität erheblich erhöht. Hinsichtlich der benötigten Versorgungsspannung ist positiv anzumerken, dass diese gegenüber dem Stand der Technik auf keinen Fall erhöht werden muss, da keine besonderen Funkenstrecken verwendet werden müssen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1a: eine erste Ausführungsform für die Initiierung eines niederohmigen Verbrauchers in der Ruhephase,
1b: die Zündvorrichtung aus 1a in der ersten Aktivierungsphase,
1c: die Zündvorrichtung aus 1a in der Zündphase.
2a: eine weitere Ausführungsform mit integriertem EFI in der Ruhephase,
2b: die Zündvorrichtung aus 2a in der ersten Aktivierungsphase,
2c: die Zündvorrichtung aus 2a in der zweiten Aktivierungsphase,
2d: die Zündvorrichtung aus 2a in der Zündphase.
In den 1a, 1b und 1c ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt. Anhand der 1a, in der der Ruhezustand der Zündvorrichtung gezeigt ist, werden zunächst die Bestandteile der Zündvorrichtung erläutert. Die obere Hälfte der 1 zeigt die einzelnen, voneinander separierten Teile in der Draufsicht und auch vereinfacht deren äußere Beschaltung. Die untere Hälfte stellt einen Schnitt entlang der gedachten Mittellinie der Teile aus der oberen Hälfte dar und verdeutlicht, dass die Teile zusammen ein kompaktes Bauelement ergeben.
Im Einzelnen umfasst die Zündvorrichtung eine erste dünne Metallschicht M1 und eine weitere dünne Metallschicht M2 zwischen denen eine dünne elektrisch isolierende Kunststoffschicht K angeordnet ist. Die erste Metallschicht weist darüber hinaus noch eine Zündbrücke ZB bekannter Bauart auf. Genau über dieser Zündbrücke ist in der weiteren Metallschicht M2 ein Barrel B angeordnet. Darunter wird eine scharfkantige durchgehende Öffnung verstanden. Beide Metallstreifen sind streifenförmig geformt und bilden somit Längsseiten und Schmalseiten aus. Somit unterteilt die Zündbrücke ZB des Ausführungsbeispiels die Längsseiten etwa in deren Mitte.
An den Schmalseiten der ersten Metallschicht M1 sind im Ausführungsbeispiel die Anschlüsse für die Elemente des so genannten Triggerkreises vorgesehen, der im Wesentlichen aus einer Serienschaltung des Schalters S und eines Kondensators C1 besteht. In der Ruhephase ist der Schalter S geöffnet, so dass im Triggerkreis kein Strom fließen kann. Der Kondensator ist für mittels Halbleitern schaltbaren Betriebsspannungen (< ~1000 V) ausgelegt und weist eine für das Verdampfen der Zündbrücke ausreichende Kapazität auf.
Darüber hinaus ist vom ersten Metallstreifen M1 eine Serienschaltung des Verbrauchers V und des Zündkondensators C2 zum weiteren Metallstreifen M2 vorgesehen. Der Verbraucher V ist das zu zündende Element, beispielsweise der Zündkreis einer Sprengladung (EFI). Der Zündkondensator C2 weist eine hohe Betriebsspannung (> 1000 V) sowie eine entsprechend hohe Kapazität auf.
1b zeigt den Zeitpunkt, an dem der Schalter S geschlossen wird und der Kondensator C1 sich entladen kann. Damit fließt entsprechender Strom und die Zündbrücke ZB verdampft.
Daran schließt sich die in 1c gezeigte Situation an. Durch das Verdampfen der Zündbrücke ZB entsteht ein enormer Druck, der unmittelbar auf die anliegende Kunststofffolie K einwirkt. Der Teil T der Kunststofffolie K wird dadurch nach oben gedrückt und von dem Barrel B in der weiteren Metallschicht M2 ausgestanzt und durch das Barrel B beschleunigt, wie dies in der 1c gut zu erkennen ist.
Aufgrund der geringen Dicke der Kunststofffolie K entsteht gleichzeitig ein Zündfunke ZF durch die Öffnung, welche das Teil T der Kunststofffolie hinterlassen hat. Damit ist der Zündkreis mittels dieses Hochspannungsschalters über die beiden Metallschichten M1 und M2 und den Kondensator C2 und den Verbraucher V geschlossen und der Verbraucher V wird initiiert.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die jedoch nach dem gleichen Prinzip arbeitet, ist in einzelnen Phasen in den 2a, 2b, 2c und 2d dargestellt. Die Figuren sind wiederum in eine in der oberen Hälfte angeordnete Darstellung der einzelnen Bestandteile in der Draufsicht und eine in der unteren Hälfte dargestellten Schnitt entlang der gedachten Mittellinie der oben dargestellten Bauteile aufgeteilt. In der oberen Hälfte ist auch die externe Beschaltung mit Kondensatoren angedeutet.
Diese Ausführungsform der Zündvorrichtung umfasst ebenfalls eine erste dünne Metallschicht M12, die wiederum eine Zündbrücke ZB aufweist, sowie eine weitere dünne Metallschicht M22, die von der ersten Metallschicht durch eine dünne isolierende Kunststofffolie K getrennt ist. Eine Serienschaltung (Triggerkreis) aus dem Schalter S und der Kondensator C1 ist mit den beiden Enden der Zündbrücke ZB verbunden.
Die Situation unmittelbar nach dem Schließen des Schalters S ist in der 2b dargestellt. Die Ladung des Kondensators C1 bewirkt das Verdampfen der Zündbrücke ZB. Aufgrund des erzeugten Drucks wird wiederum ein Teil T der Kunststofffolie K ausgestanzt und durch das Barrel B beschleunigt.
Wie in 2c dargestellt kann sich aufgrund der aus der Kunststofffolie ausgestanzten Öffnung der Zündfunke ZF ausbilden. Damit wird der Zündkreis von der ersten Metallfolie M12 über den Kondensator C2 zur weiteren Metallfolie M22 geschlossen und der in der ersten Metallfolie M12 außerhalb der Triggerschaltung angeordnete EFI (Exploding Foil Initiator) wird gezündet.
Auch der EFI stanzt aus der Kunststofffolie K einen Kunststoffflyer KF aus. Hierfür weist die weitere Metallfolie M22 ebenfalls ein Bauteil mit der Funktion B2 eines Barrels auf, welches genau über dem EFI angeordnet ist. Der Kunststoffflyer KF ist hinsichtlich seiner Dynamik so dimensioniert, dass er mit seinem Impuls den Booster (Sekundärsprengstoffe z. B. HNS) initiieren kann.
Die beschriebene Ausführungsform ist beispielhaft und vereinfacht dargestellt. In einer Realisierung ist es vorgesehen, eine Bauform zu entwickeln, die neben dem EFI und dem als Sprengstoffpressling ausgeführten Booster auch der Schalter und der Kondensator des Zündkreises integrale Bestandteile der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung sind.
Bezugszeichenliste

M1, M12

erste Metallschicht

M2, M22

weitere Metallschicht

K

Kunststoffschicht

B, B2

Barrel

T

Teil (der Kunststoffschicht)

KF

Kunststoffflyer

S

Schalter

C1

Kondensator (< 300 V)

C2

Kondensator (> 1500 V)

V

Verbraucher

ZB

Zündbrücke

ZF

Zündfunke

EFI

Exploding Foil Initiator

FL

Flyer

HNS

Booster (Sprengstoffpressling; Sekundärsprengstoff)

Claims

Zündvorrichtung für eine Sprengladung eines Wirkkörpers umfassend wenigstens einen Zündkreis mit einer Zündbrücke (ZB), über der eine Folie (K) angeordnet ist, wobei nach Initiierung der Zündbrücke mittels eines Teils (T) der Folie über eine Bohrung im nachgeschalteten Barrel (B, B2) ein Sprengstoffelement (HNS) auslösbar ist, wobei die Zündvorrichtung als kompaktes Bauelement ausgeführt ist und zwei dünne, durch eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht (K) voneinander getrennte, streifenförmige Metallschichten (M1, M12; M2, M22) umfasst, und wobei die erste Metallschicht (M1, M12) in einer Serienschaltung über einen Energiespeicher (C2) und einen Verbraucher V zur weiteren Metallschicht (M2, M22) einen zweiten elektrischen Zündkreis bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher V als EFI (Exploding Foil Initiator) ausgeführt ist, der in der ersten Metallschicht (M12) benachbart zur Zündbrücke (ZB) angeordnet ist, wobei nach dessen Auslösung die von ihm durch das Barell beschleunigte Folie (KF) zur Initiierung eines über der weiteren Metallschicht (M22) angeordneten pyrotechnischen Boosters/Pellets (HNS) dient.