DE1115629B - Electric spark igniter, especially for propellant and projectile charges - Google Patents
Electric spark igniter, especially for propellant and projectile chargesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Funkenzünder, besonders für Treib- und Geschoßladungen, mit einer Funkenstrecke zwischen zwei Elektroden, von denen eine als Zünderhülse ausgebildet sein kann.The invention relates to an electric spark igniter, especially for propellant and projectile charges, with a spark gap between two electrodes, one of which is designed as a detonator sleeve can be.
Es sind elektrische Funkenzünder bekannt, bei denen zwischen den beiden Elektroden ein Dielektrikum in Form einer dünnen isolierenden Schicht vorhanden ist, die teilweise dünn ausgebildet ist, um hier den Zündfunken leichter hindurchtreten zu lassen. Das Dielektrikum hat also nur die Aufgabe einer Isolierung bei dem Funkenzünder, jedoch ist dadurch nach der Montage immer noch das Risiko einer Explosion vorhanden, die durch vagabundierende Ströme ausgelöst werden kann.Electrical spark ignitors are known in which there is a dielectric between the two electrodes is present in the form of a thin insulating layer which is partially formed thin to to let the spark pass more easily here. The dielectric only has the task of insulation with the spark igniter, however, there is still a risk of an explosion after assembly present, which can be triggered by stray currents.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei den eingangs erwähnten Funkenzündern nach der Montage eine Explosionsgefahr auszuschließen und den Funkenzünder gegenüber vagabundierenden Strömen unabhängig bzw. unempfindlich zu machen. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß bei den eingangs erwähntenFunkenzündern die Funkenstrecke durch eine zwischen den Elektroden angeordnete und mit diesen in Verbindung stehende Halbleiterschicht solcher Kenngrößen und Dicke ausgebildet ist, daß der Zündstrom einen Funken in dieser Schicht erzeugt. Durch die Verwendung der Halbleiterschicht wird einerseits eine Kontrolle des Zündkopfes durch das Maß seines Widerstandes nach der Montage ohne Explosionsrisiko sowie seine Unabhängigkeit gegenüber vagabundierenden Strömen erlaubt, da die den gewählten Kontrollspannungen und den vagabundierenden Strömen entsprechenden Intensitäten in einem Bereich liegen, wo sie sehr schwach bleiben, andererseits eine sichere Explosion des Zündkopfes gewährleistet, sobald die Spannung an den Enden des Halbleiters einen Wert erreicht, der dem Knie der nicht linearen Charakteristik entspricht, d.h. der einer Intensität entspricht, die die kritische Intensität überschreitet, so daß damit in der Halbleiterschicht ein Zündstrom erzeugt wird, der die Zündung mittels des Zündfunkens herbeiführt.The object of the invention is, in the case of the spark igniter mentioned at the beginning, after assembly to exclude the risk of explosion and make the spark igniter independent of stray currents or to make it insensitive. This is achieved according to the invention in that the spark igniter mentioned at the beginning of the spark gap by a arranged between the electrodes and with these related semiconductor layer is formed such characteristics and thickness that the ignition current creates a spark in this layer. By using the semiconductor layer is on the one hand a control of the ignition head by the degree of its resistance after assembly without Risk of explosion as well as its independence from stray currents, since the Selected control voltages and intensities corresponding to the stray currents in one Area where they remain very weak, on the other hand a safe explosion of the ignition head is guaranteed, as soon as the voltage at the ends of the semiconductor reaches a value that the knee of the not corresponds to a linear characteristic, i.e. corresponds to an intensity that exceeds the critical intensity, so that an ignition current is generated in the semiconductor layer, which the ignition by means of the Causes spark.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing, for example.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in einem Axialschnitt zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen elektrischen Zündkopfes für Patronenhülsen.1 and 2 show in an axial section two embodiments of an electrical device according to the invention Ignition head for cartridge cases.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist angenommen, daß die zu zündende Kampfanordnung eine Spannungsquelle mit sich führt, z. B. einen Kondensatorl, welcher zu dem richtigen Zeitpunkt geladen werden kann.In the embodiment shown, it is assumed that the combat arrangement to be ignited carries a voltage source, e.g. B. a capacitor, which can be loaded at the right time.
Elektrischer Funkenzünder,
besonders für Treib- und GeschoßladungenElectric spark igniter,
especially for propellant and projectile charges
Anmelder:Applicant:
Brevets Aero-Mecaniques S.A.,
Genf (Schweiz)Brevets Aero-Mecaniques SA,
Geneva (Switzerland)
Vertreter: Dr. H. Wilcken, Patentanwalt,
Lübeck, Breite Str. 52-54Representative: Dr. H. Wilcken, patent attorney,
Lübeck, Breite Str. 52-54
Beanspruchte Priorität:
Luxemburg vom 29. Oktober 1957Claimed priority:
Luxembourg of October 29, 1957
Die Vorrichtung enthält in an sich bekannter Weise zwei Metallelektroden 2 und 3, welche an die beiden Pole des Kondensators 1 angeschlossen werden können. Zwischen diesen Elektroden ist ein Teil 4 aus einem Halbleiterstoff mit solchen Kenngrößen und insbesondere mit solcher Dicke angeordnet, daß die Entladung 1 des Kondensators durch diesen die Elektroden verbindenden Teil in diesem Teil den Übergang eines Funkens bewirkt, welcher die Entzündung der Primärladung 5 des Zünders zur Folge hat. Als Halbleiterstoff wird zweckmäßig ein Metalloid oder ein metalloidisches Anhydrid benutzt, welches einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt und vorzugsweise einen Siedepunkt hat, welcher seine Zerstäubung im Vakuum gestattet. So kann man insbesondere Selen (Se), Germanium (Ge), Vanadiumpentoxyd (V2O5) und Sih'ziummonoxyd (SiO) verwenden. In a manner known per se, the device contains two metal electrodes 2 and 3 which can be connected to the two poles of the capacitor 1. Between these electrodes is a part 4 made of a semiconductor material with such characteristics and in particular with such a thickness that the discharge 1 of the capacitor through this part connecting the electrodes causes the transition of a spark in this part, which ignites the primary charge 5 of the igniter Consequence. A metalloid or a metalloidic anhydride is expediently used as the semiconductor material, which has a relatively low melting point and preferably a boiling point which allows it to be atomized in a vacuum. In particular, selenium (Se), germanium (Ge), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and silicon monoxide (SiO) can be used.
Ferner können auch unter anderem folgende Körper benutzt werden:The following bodies, among others, can also be used:
Silizium (Si)5 Silicon (Si) 5
Siliziumsesquioxyd (SiO-SiO2),Silicon sesquioxide (SiO-SiO 2 ),
Ceriumdioxyd (CeO2),Cerium dioxide (CeO 2 ),
Kadmiumsulfid (CdS),Cadmium sulfide (CdS),
Kadmiumselenür (CdSe),Cadmium Selenure (CdSe),
Antimonsesquisulfid (Sb2S3),Antimony sesquisulfide (Sb 2 S 3 ),
Aluminiumantimon (Al-Sb),Aluminum antimony (Al-Sb),
Galliumantimon (Ga-Sb),Gallium antimony (Ga-Sb),
Urandioxyd (UO2),Uranium dioxide (UO 2 ),
Kadrniumoxysulfid (CdS-CdO),Cadrnium oxysulphide (CdS-CdO),
Kadmiumoxyselenür (Cd Se—CdO).Cadmium Oxyselene (Cd Se-CdO).
109 709/131109 709/131
Der Halbleiterstoff wird zweckmäßig in Form eines Häutchens oder einer dünnen Schicht 4 aufgebracht, von welcher wenigstens eine kleine Zone (welche größenordnungsmäßig ein Bruchteil eines Quadratmillimeters betragen kann) mit einer Seite-mit einer Elektrode und mit der anderen Seite mit der anderen Elektrode in Berührung steht. Die Dicke der so die Elektroden trennenden Halbleiterschicht wird in jedem Fall durch Versuche so bestimmt, daß das gewünschte Ergebnis erreicht wird. In einem Sonderfall, in welchem die von der Spannungsquelle gelieferte Spannung größehordnungsmäßig lOOV betrug (Kapazität in der Größenordnung von 2 μΡ), ergab eine Dicke in der Größe des Mikrons befriedigende Ergebnisse.The semiconductor material is expediently applied in the form of a membrane or a thin layer 4, of which at least a small zone (which can be on the order of a fraction of a square millimeter) is in contact with one side with one electrode and the other side with the other electrode . The thickness of the semiconductor layer separating the electrodes in this way is determined in each case by experiments so that the desired result is achieved. In a special case, in which the voltage supplied by the voltage source was in the order of magnitude 10OV (capacitance in the order of magnitude of 2 μΡ), a thickness the size of the micron gave satisfactory results.
Das Hauchten 4 aus Halbleiterstoff wird zweckmäßig durch die bekannte Methode der Verdampfung im Hochvakuum aufgebracht, mit welcher infolge der Messung der zu verdampfenden Stoffmenge und der Kontrolle der Einwirkungszeit der Dampfstrahlen bei der Zerstäubung des Halbleiterstoffes eine Schicht genauer gleichmäßiger Dicke hergestellt werden kann.The breath 4 of semiconductor material is expediently made by the known method of evaporation Applied in a high vacuum, with which as a result of the measurement of the amount of substance to be evaporated and the Control of the exposure time of the steam jets during the sputtering of the semiconductor material a layer more precisely uniform thickness can be produced.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine der Elektroden (die Elektrode 2 in den Figuren) durch einen axialen leitenden Stab gebildet, dessen oberes Ende durch eine Fläche mit sehr geringer Oberfläche (z.B. kleiner als 0,2mm2) abgeschlossen wird. Diese Elektrode 2 wird durch eine isolierende Füllung 6 (z. B. aus Keramik oder einem Kunstharz) gehalten, welche so gewählt wird, daß das Häutchen 4 unter günstigen Bedingungen auf ihre ebene Oberseite aufgebracht werden kann, welche mit der oberen Endfläche der Elektrode 2 abschneidet. Diese isolierende Füllung befindet sich in einer zylindrischen Hülse 3 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, welche die zweite Elektrode bildet und gleichachsig zu der Elektrode 2 angeordnet ist. In dem oben betrachteten Sonderfall betrug der Innendurchmesser der Hülse 38 mm.According to an advantageous embodiment, one of the electrodes (the electrode 2 in the figures) is formed by an axial conductive rod, the upper end of which is closed off by an area with a very small surface (eg less than 0.2 mm 2 ). This electrode 2 is held by an insulating filling 6 (e.g. made of ceramic or a synthetic resin), which is chosen so that the membrane 4 can be applied under favorable conditions to its flat upper side, which is connected to the upper end surface of the electrode 2 cuts off. This insulating filling is located in a cylindrical sleeve 3 made of an electrically conductive material, which forms the second electrode and is arranged coaxially with the electrode 2. In the special case considered above, the inner diameter of the sleeve was 38 mm.
Die Vorrichtung muß noch durch Einrichtungen vervollständigt werden, welche den Strom von der Hülse 3 bis zu dem Abschnitt (der Oberseite des Häutchens 4) leiten,, welcher unmittelbar dem Abschnitt (der Unterseite des gleichen Häutchens) gegenüberliegt, welcher mit der oberen Endfläche derElektrode 2 in Berührung steht. Diese Einrichtungen müssen so ausgebildet sein, daß die Wärme des in dem Häutchen 4 zwischen diesen beiden Oberflächenabschnitten entstehenden Funkens ohne Behinderung auf die Primärladung 5 übertragen wird, von welcher angenommen ist, daß sie sich über dem Häutchen 4 befindet.The device has yet to be completed by means of the current from the Guide the sleeve 3 up to the section (the top of the membrane 4), which is immediately adjacent to the section (the underside of the same membrane) is opposite to that with the upper end face of the electrode 2 is in contact. These devices must be designed in such a way that the heat of the in the skin 4 between these two surface sections produced spark without hindrance is transferred to the primary charge 5, which is believed to be above the Skin 4 is located.
Hierfür kann unter anderem eine der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen benutzt werden.One of the embodiments described below can be used for this purpose, among other things.
Gemäß der ersten dieser Ausführungsformen (Fig. 1) wird die ganze Oberseite des Häutchens 4 mit einer dünnen leitenden Schicht 7 überzogen, welche mit wenigstens einem Teil ihrer Ränder in elektrischem Kontakt mit der Innenfläche der Hülse 3 steht. Diese Schicht 7 wird zweckmäßig ebenfalls im Hochvakuum aufgedampft, wie dies oben für das Häutchen 4 beschrieben ist.According to the first of these embodiments (FIG. 1), the entire upper side of the membrane 4 covered with a thin conductive layer 7, which with at least part of its edges in electrical contact with the inner surface of the sleeve 3 is. This layer 7 is also expediently in the Evaporated to a high vacuum, as described above for the membrane 4.
Zur Bildung der Schicht 7 wird zweckmäßig ein benebiges verdampfbares geeignetes Metall benutzt, welches vorzugsweise bei einer Temperatur verdampft, welche über der des vorher auf den Isolierstoff 6 aufgebrachten Halbleiterstoffs liegt. Das Indium ist ein besonders interessantes Metall zur Herstellung der Schicht 7 infolge seines ziemlich niedrigen Schmelzpunktes (156° C), seines hohen Siedepunkts (über 1400° C) und seiner leichten Verdampfung im Vakuum. Dieses Metall hat gegen atmosphärische Einflüsse Stabilitätseigenschaften, welche mit denen des Silbers .vergleichbar sind, dessen Schmelztemperatur sechsmal so groß ist. Außerdem ist das Indium ein bildsames Metall. Es lagert sich bei Verdampfung in körniger Form ab, haftet aber sehr fest an dem Häutchen 4.To form the layer 7, a suitable metal that can be evaporated at the same time is expediently used, which preferably evaporates at a temperature which is higher than that previously applied to the insulating material 6 Semiconductor material lies. The indium is a particularly interesting metal for the production of the Layer 7 due to its rather low melting point (156 ° C), its high boiling point (above 1400 ° C) and its slight evaporation in a vacuum. This metal has against atmospheric Influences stability properties which are comparable to those of silver, its melting temperature is six times as big. In addition, indium is a malleable metal. It is deposited on evaporation in granular form, but adheres very firmly to the membrane 4.
Über der Schicht 7 kann jedenfalls ein in die Hülse 3 eingepreßter leitender Ring 8 angeordnet werden, welcher gegen die Schicht 7 gepreßt wird und einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Hülse und der Schicht gewährleistet. Sein Inneres kann zweckmäßig zur Aufnahme der Primärladung 5 dienen, welche auf den gewünschten Verdichtungsgrad gebracht wird.In any case, a conductive ring 8 pressed into the sleeve 3 can be arranged above the layer 7 which is pressed against the layer 7 and a good electrical contact between the sleeve and the layer guaranteed. Its interior can expediently serve to accommodate the primary charge 5, which is brought to the desired degree of compression.
Bei dieser Ausbildung wird offenbar ein kleiner mittlerer Abschnitt des Häutchens 4 zwischen den beiden Elektroden eingepreßt, so daß der Funke in diesem Abschnitt entsteht, welcher durch Verdampfung die Schicht 7 durchbohrt, wenn die Dicke derselben richtig gewählt ist, was die Entzündung der Ladung 5 gestattet.In this training, a small central portion of the membrane 4 is apparently between the pressed into both electrodes, so that the spark arises in this section, which is caused by evaporation pierced the layer 7, if the thickness of the same is chosen correctly, causing the inflammation of the Charge 5 permitted.
In der Praxis kann die Dicke der Schicht 7 sehr gering sein. Sie wird so groß gewählt, daß sie ohne Zerstörung von dem Strom durchflossen werden kann, welcher den Zündfunken in der Schicht aus Halbleiterstoff erzeugen soll. Eine Indiumschicht mit einer Dicke zwischen V2 und 1 Mikron hat gute Ergebnisse geliefert.In practice, the thickness of the layer 7 can be very small. It is chosen so large that it can be without Destruction can be traversed by the current, which the ignition spark in the layer of semiconductor material should produce. An indium layer between V2 and 1 micron thick gives good results delivered.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform (Fig. 2) wird innen an der Hülse 3 ein radial liegender leitender Finger 9 befestigt, dessen Ende mit dem Häutchen 4 an der Stelle der oberen Endfläche der Elektrode 2 in Berührung kommt. Die Ladung 5 wird dann unmittelbar über dem Häutchen 4 und dem Finger 9 verdichtet.According to a second embodiment (FIG. 2), on the inside of the sleeve 3, a radially lying conductive one Finger 9 attached, the end of which with the cuticle 4 at the point of the upper end face of the electrode 2 comes into contact. The charge 5 is then immediately above the pellicle 4 and the finger 9 condensed.
Der m dem Häutchen 4 zwischen dem Ende des Fingers 9 und der axialen Elektrode 2 entstehende Funke kann dann offenbar unmittelbar die Ladung 5 entzünden.The resulting m the membrane 4 between the end of the finger 9 and the axial electrode 2 The spark can then evidently ignite the charge 5 immediately.
Die obigen Zündköpfe sind besonders einfach herzustellen und ergeben sehr gleichmäßige konstante Resultate, insbesondere infolge der genauen Einstellung der Empfindlichkeitsschwelle dank der besonderen Eigenschaften der Halbleiterkörper.The above ignition heads are particularly easy to manufacture and produce very uniform, constant ones Results, in particular due to the precise setting of the sensitivity threshold thanks to the special Properties of the semiconductor body.
Außerdem haben diese Zündköpfe einen leicht meßbaren elektrischen Widerstand, was für ihre Prüfung interessant ist, welche man dadurch vornehmen kann, daß man sie von einem Strom unter einer Spannung durchfließen läßt, welche kleiner als die Grenzspannung ist, über welcher ein Funke übergehen würde.In addition, these ignition heads have an easily measurable electrical resistance, what for theirs Interesting test is which one can undertake by taking it from a stream allows a voltage to flow through which is smaller than the limit voltage above which a spark passes would.
Beispielshalber sei angegeben, daß diese Grenzspannung nur 30 V bei einer Indiumsschicht von 1 Mikron Dicke und einer SiO-SiO2-ScMcM von 0,5 Mikron Dicke beträgt.As an example, it should be stated that this limit voltage is only 30 V with an indium layer 1 micron thick and an SiO — SiO 2 —ScMcM 0.5 micron thick.
Der elektrische Anfangswiderstand des Zünders vor der Einfüllung des explosiblen Gemisches der Primärladung ist in Wirklichkeit im allgemeinen hoch. Nach der Einfüllung und der Verdichtung des explosiblen Gemisches auf dem Häutchen 4 nimmt jedoch der elektrische Widerstand erheblich ab und wird leicht meßbar.The initial electrical resistance of the detonator prior to the filling of the explosive mixture of the In reality, the primary charge is generally high. After filling and compaction of the explosive Mixture on the membrane 4, however, the electrical resistance decreases considerably and becomes easily measurable.
Schließlich sind diese Zündköpfe sehr wenig gegen vagabundierende Ströme empfindlich, welche vonFinally, these ignition heads are very little sensitive to stray currents, which from
statischer Elektrizität oder von der Reibung herrühren und welche sich, ohne einen Funken zu erzeugen, über den Halbleiterkörper entladen können. Die Herstellung dieser Zündköpfe ist einfach, ihre mechanische Festigkeit ist ausreichend, und die ToIeranzen sind bei ihrer Herstellung leicht einzuhalten.static electricity or friction and which, without producing a spark, can discharge through the semiconductor body. The manufacture of these ignition heads is easy, theirs mechanical strength is sufficient, and the tolerances are easy to maintain in their manufacture.
Claims (7)
Deutsche Patentschrift Nr. 1036138;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1039 434.Considered publications:
German Patent No. 1036138;
German interpretative document No. 1039 434.
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