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Sicherheits-Brückenzünder Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Sicherheits-Brückenzünder, insbesondere zur Verwendung in Geschossen oder Raketen,
wobei in einer Elektrode eine Widerstandsbrücke eingebaut ist.
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Die primäre Bedingung, die an solche Sicherheits-Brückenzünder gestellt
wird, besteht in der Zuverlässigkeit, da der Erfolg eines gesamten Projektes von
der richtigen Arbeitsweise eines derartigen Zünders abhängen kann. So ist vor allem
eine bauliche Zuverlässigkeit anzustreben, um jede Möglichkeit eines mechanischen
Fehlers vor denn Augenblick der Zündung zu unterbinden und um weiter durch die Explosion
bedingte mechanische Fehler auszuschalten. Ferner muß der Zündkreis zuverlässig
arbeiten, denn es ist funktionswichtig,- daß die Zündung nur dann stattfindet, wenn
die Zündspannung einen genau vorbestimmten Wert erreicht hat.
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Um einen solchen einwandfrei arbeitenden Zünder herzustellen, ist
es erforderlich, vor dessen endgültigem Zusammenbau den Abstand der Zündelektroden
mehrfach zu überprüfen.
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Bekannte derartige Sicherheits-Brückenzünder ermöglichen jedoch auf
Grund ihres Aufbaues keine Überprüfung des Zündelektrodenabstandes oder zumindest
keine solche Überprüfung, daß die Elektroden oder die Elektrodenkammer nicht -beschädigt
würden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Sicherheits-Brückenzünder
zu schaffen, der die vorstehenden Erfordernisse erfüllt und vor seinem endgültigen
Zusammenbau eine mehrfache Überprüfung des Zündelektrodenabstandes gestattet, ohne
daß irgendwelche nachteilige Folgen am Zünder auftreten.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektroden
und die Zuleitungen nach Art einer Steckverbindung ausgebildet sind, daß der eine
Steckerpol mit einem mindestens zweiteiligen, einen Ringspalt frei lassenden, isolierenden,
keramischen Überzug versehen ist und der andere Steckerpol eine einen sicheren Kontakt
gewährleistende Form hat und daß beide Steckerteile in keramischen Isolierkörpern
untergebracht sind. Durch diese Anordnung ist die gewünschte mehrfache Überprüfung
des Zündelektrodenabstandes vor dem endgültigen Zusammenbau des. Zünders möglich,
und es wird ferner eine zuverlässige Zündung bei einem genau vorbestimmbaren Stromwert
sowie ein Zünder mit einer hohen Betriebssicherheit erreicht.
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Es hat sich herausgestellt, daß die mechanische Zuverlässigkeit durch
Verwendung eines stabilen Metallkörpers oder Gehäuses zum Einschließen der Sprengstoffüllung
und ferner durch Einschmelzen der Teile der Zündelektroden in das Metallgehäuse
mittels eines geeigneten keramischen Materials erreicht wird. Es wurde weiter festgestellt;
daß die Befestigung einer Zündelektrode in einer Längsbohrung des Gehäuses mittels
eines geeigneten keramischen Materials und die anschließende Erwärmung der Anordnung
auf eine hohe Temperatur eine Konstruktion ergibt, die nicht nur gas- oder flüssigkeitsdicht
ist, sondern auch der Maximalkraft widersteht, die durch die Sprengfüllung erzeugt
werden kann. Die hohe Festigkeit ist auf das keramische Material zurückzuführen,
das sowohl mit der Elektrode, die es umgibt, als auch mit dem umhüllenden Metall
des Gehäuses eine innige Verbindung eingeht bzw. mit diesem verschmilzt.
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Damit der Zünder nicht auf Eingangsspannungen anspricht, die unterhalb
einer gewünschten kritischen Spannung liegen, kann er eine zweckmäßige Funkenstrecke
(Funkenspalt) aufweisen, die durch zwei in einem bestimmten Abstand voneinander
angeordnete Elektroden gebildet ist. Bei der Befestigung der Elektroden in einem
geschmolzenen oder gesinterten keramischen Material tritt jedoch insofern ein Problem
auf, als die hohe Temperatur, die beim Brennen des keramischen Materials benötigt
wird, die Metalloberflächen der zwei die Funkenstrecke bildenden Elektroden angreift.
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Zur, Ausschaltung dieses Nachteils ist beim Sicherheits-Brückenzünder
gemäß der Erfindung eine Funkenstrecke
zur Verhinderung einer Explosion
vorgesehen, solange nicht eine angelegte Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht
hat, und es sind weiter zwei Anordnungen vorgesehen, in denen zwei in einem bestimmten
Abstand voneinander angeordnete Elektroden mittels eines gebrannten keramischen
Materials befestigt sind. Diese Anordnungen sind ferner so zusammengesetzt, daß
sie eine Kammer mit der Funkenstrecke einschließen.
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Dieser Aufbau bietet die Möglichkeit, die zwei Anordnungen voneinander
getrennt zu bremsen, um die zwei Elektroden mittels des keramischen Materials zu
verbinden und unmittelbar anschließend die beiden Elektroden zu reinigen bzw. zu
säubern, bevor die zwei Anordnungen zur Schaffung des fertigen Erzeugnisses , dauerhaft
miteinander verbunden werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine
der beiden Anordnungen das Zündergehäuse auf, wobei der Hohlraum für die Sprengfüllung
an einem Ende des .Gehäuses vorgesehen ist. Die zweite Anordnung ist als keramischer
Einsatz ausgebildet, der in den Hohlraum einschiebbar oder einsetzbar ist und die
innere Stirnseite des Hohlraums für .die: Sprengfüllung bildet. Wenn der Einsatz
auf einer inneren Schulter des Gehäuses aufliegt und in seiner. Einbaulage eingeschmolzen
ist, besteht keine Gefahr, daß die Explosion eine Trennkraft zwischen den zwei vereinigten
Anordnungen erzeugt.
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Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Arbeitsweise xnuß die Funkenstrecke
oder der Abstand zwischen den beiden Elektroden wiederholt durch Anlegung einer
Spannung geprüft werden, bevor die Sprengstoffüllung in den Zünder- eingesetzt wird.
Eine Reihe von Schwierigkeiten--treten-dadurch auf, daß bei der Herstellung der
Elektroden aus gewöhnlichen Metallen und bei deren gegenseitiger Isolierung durch
übliche Materialien' einschließlich üblicher keramischer Werkstoffe eine Entladungsprüfung
die kritische Durchschlagsspannung wesentlich ändert und daß die wiederholten Nörprüfungen,
die für die Betriebssicherheit erforderlich sind, stets die kritische Spannung ändern,
und zwar gewöhnlich in zunehmend fortschreitender Weise. ' Es ist schwierig; sämtliche
Gründe zu ermitteln, die zu Änderungen 'der kritischen Spannung durch die vorhergegangenen
Entladungsprüfungen führen. Es ist. bekannt, daß das für die Elektroden verwendete
Metall düich die Funkenentladung angefressen oder auf andere Weise angegriffen wird.
Es hat sich auch gezeigt, _ daß'übliche Isoliermaterialien, einschließlich verschiedener
keramischer Werkstoffe, die zur Herstellung der Funkenkammer verwendet werden, durch
die Funkenentladung angegriffen werden. Diese Abnützung kann zur Verschmutzung der
Funkenkammeratmösphäre und zu Ablagerungen auf den Elektrodenftächen führen.
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In Zusammenhang mit diesem Problem hat sich gezeigt, daß es bei Verwendung
einer besonderen Legierung für die Elektroden und eines besonderen keramischen Werkstoffes.
zur Schaffung der Funkenkammer möglich ist; den Zünder nacheinander einer gewünschten
Zahl * von Entladungsprüfungen zu unterziehen, ohne däß sich die kritische Spannung,
bei der die Funkenentladung stattfindet, ändert.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die besondere keraische
Zusammensetzung des Materials, aus dem die Wände der Kammer mit: der Funkenstrecke
gebildet sind, wie folgt:
| Li2C03 . . . . . . . . . . . . . . 4,40% |
| K2C03 . . . . . . . . . . . . . . . 3,63'% |
| Pb 304 . . . . . . . . . . . . . . . 15,50 ,010 |
| As203 . . . . . . . . . . . . . . . 5,06'% |
| A1203 . . . .-. . . . . . . . . . . . 0,76,1/0 |
| Si02 . . . . . . . . . . . . . . . . . 49,000/0 |
| C0304 . . . . . . . . . . . . . . . 1,10,1/0 |
| Na2C03 . . . . . . . . . . . . . . 9,70% |
| H3 B03 . . . . . . . . . . . . . . . 9,55,1/o |
| Ti02 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,300/0 |
Die besondere Zusammensetzung der Legierung der Steckerteile ist wie folgt:
| Nickel . . . . . . . . . . . . . . . 77 bis 78,% |
| Chrom . . . . . . . . . . . . . . . 15 bis 16% |
| Eisen . . . . . . . . . . . . . . . . 6 bis 7 0/0 |
Bei einigen Zündern ist der eine Pol des Zündkreises geerdet und umfaßt das metallische
Zündergehäuse. Bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung
bilden jedoch zwei in den Zünder eingebaute isolierte Elektroden die entgegengesetzten
Pole des Zündkreises.
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Die bevorzugte Herstellung des Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung
wird nachstehend kurz beschrieben: Ein Zündergehäuse aus rostfreiem Stahl ist an
einer seiner beiden Seiten mit einem Hohlraum für die Sprengfüllung versehen und
weist an dem anderen Ende einen Anschlußhohlraum auf, der zum Anschließen des Zünders
an eine Zündschaltung dient.
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Zwei Längsbohrungen verbinden die zwei Hohlräume. Zwei einander gleiche
Elektrodenstifte, die an ihren inneren Enden Buchsen aufweisen, sind in diesen beiden
Längsbohrungen mittels eines keramischen Materials befestigt. Das Zündergehäuse
bildet zusammen mit den zwei darin befestigten Elektrodenstiften eine Anordnung,
die auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, um den keramischen Werkstoff sowohl
mit den Elektrodenstiften als auch mit dem Gehäuse innig zu vereinigen bzw. zu verschmelzen.
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Ein zweites Paar kürzerer Elektrodenstifte mit wesentlich kleinerem
Querschnitt als die Buchsen der anderen Elektrodenstifte kann in die Buchsen eingeschoben
werden. Der eine der kürzeren Stifte ist gewellt oder so aufgebogen, daß sein wirksamer
Querschnitt vergrößert ist, um einen Reibsitz in der entsprechenden Buchse des zugeordneten
längeren Elektrodenstiftes zu schaffen. Der andere kürzere Elektrodenstift ist mit
keramischem Werkstoff von einer Dicke überzogen, daß er statt in der Buchse des
anderen längeren Elektrodenstiftes sitzt. Nachdem dieser Überzug zum Verschmelzen
aufgeheizt ist wird er aufgeschnitten, damit zwei keramische Hülsen entstehen, die
durch einen Ringspalt voneinander getrennt sind, an dem das Metall der kleineren
Elektrode offenliegt.
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Die zwei kürzeren Elektrodenstifte sind in einem keramischen Körper
befestigt und bilden eine zweite Anordnung, die als Einsatz zum Einstecken in den
Hohlraum der ersten Anordung dient und den Boden des Hohlraumes bildet. -Wenn die
zweite Anordnung auf diese Weise eingesetzt wird, schieben sich die zwei kürzeren
Elektrodenstifte, die von der zweiten Anordnung getragen werden, nach Art einer
Steckverbindung in die Buchsen
der längeren Elektrodenstifte der
ersten Anordnung. Die zwei Anordnungen werden dann zusammengeklebt.
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Zu diesem Zeitpunkt kann der Elektrodenabstand oder die Funkenstrecke
so oft als gewünscht durch Anlegung einer ansteigenden Spannung quer zum Elektrodenspalt
geprüft werden, um festzustellen, zu welchem Zeitpunkt die Funkenentladung stattfindet.
Stimmen die Ergebnisse mit den gewünschten überein, so besteht der letzte Arbeitsschritt
darin, den Hohlraum mit einem Sprengstoff zu füllen und anschließend in üblicher
Weise abzuschließen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt von dem in der F i g.
1 gezeigten Beispiel, F i g. 3 einen Längsschnitt des Zünderkörpers oder -gehäuses,
F i g. 4 eine auseinandergezogene Ansicht, die darstellt, wie die keramischen Hülsen
auf den zwei längeren Elektrodenstiften angeordnet werden, um die längeren Elektrodenstifte
in dem Zündergehäuse befestigen zu können, F i g. 5 einen Längsschnitt der ersten
Anordnung mit dem Zündergehäuse und den zwei längeren darin eingebauten Elektrodenstiften,
F i g. 6 einen Längsschnitt der zweiten Anordnung, die zum Einsetzen oder Einstecken
in die erste Anordnung vorbereitet ist, F i g. 7 eine Schnittansicht, die einen
Arbeitsschritt bei der Herstellung der zweiten Anordnung oder des Einsatzes darstellt,
F i g. 8 eine Schnittansicht, die einen nachfolgenden Arbeitsschritt bei der Herstellung
der zweiten Anordung oder des Einsatzes darstellt, und F i g. 9 ist eine Ansicht,
die teilweise im Schnitt und teilweise schematisch anzeigt, wie der Zünder mehrere
Male elektrisch geprüft wird, ohne daß eine Sprengstoffüllung eingesetzt ist.
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In F i g.1 ist ein kompletter Sicherheits-Brückenzünder gezeigt. Ein
Zünderkörper oder -gehäuse 10
aus rostfreiem Stahl ist mit einem Außengewinde
12 und einem Sechskantflansch 14 versehen, damit er in eine Gewindebohrung eingeschraubt
werden kann, an der die Explosivkraft benötigt wird. Am inneren Ende des Zündergehäuses
10 ist in Längsrichtung ein Hohlraum 15 ausgebildet, der mit einer Sprengstofffüllung
16 gefüllt ist. Am anderen Ende des Gehäuses ist ein Anschlußhohiraum 18 ausgebildet,
an dessen Umfang Ansätze 20 vorgesehen sind, die zum Anschluß des Zünders an eine
Zündschaltung dienen.
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Zwei Längsbohrungen 22 erstrecken sich vom Hohlraum 15 zum Anschlußhohlraum
18 und werden durch zwei verhältnismäßig lange erste Elektrodenstifte 24 und 25
ausgefüllt, die zum elektrischen Anschluß an die beiden Pole einer Zündschaltung
in den Anschlußhohlraum 18 hineinragen. Die zwei langen Elektrodenstifte 24 und
25 sind in den zwei Längsbohrungen 22 mittels Hülsen 26 aus keramischem Material
eingebaut, die sowohl mit den Elektrodenstiften als auch mit den umgebenden Wänden
der Längsbohrungen innig verbunden bzw. verschmolzen sind. Der Anschlußhohlraum
18 besitzt eine quer über sein inneres Ende verlaufende keramische Isolierschicht
28 und weist ferner einen 'O-Ring auf, der den elektrischen Anschluß gas-
und flüssigkeitsdicht abschließt. Der Hohlraum 15 ist mittels einer inneren Dichtung
32 und einer äußeren Metallscheibe 34 abgeschlossen, die an das Zündergehäuse angeschweißt
ist.
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Ein weiteres kürzeres Paar von Elektrodenstiften 35 und 36 ist in
einem keramischen Einsatz 40 befestigt, der am Umfang eine zylindrische Wand 42
aus rostfreiem Stahl besitzt, die mittels eines keramischen Bindemittels mit der
umgebenden Wand des Zündergehäuses 10 verklebt ist. Die inneren Enden der zwei kürzeren
Elektrodenstifte 35 und 36 sind durch einen Zünddraht 44 in bekannter Weise zusammengeschaltet,
wobei der Zünddraht an den beiden Stiften angeschweißt ist und über eine axiale
Ausnehmung 45 des keramischen Einsatzes verläuft. Diese Ausnehmung dient zur Erzeugung
einer bestimmten Entladungsart.
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Die inneren Enden der zwei längeren Elektrodenstifte 24 und 25 erstrecken
sich durch eine keramische Isolierschicht 46, sind erweitert und bilden radiale
Schultern 48. An den inneren Enden sind ferner Buchsen 50 bzw.
52 ausgebildet, die zur Aufnahme der vorderen Enden der zwei kürzeren Elektrodenstifte
35 und 36 dienen. Die vorderen Enden der zwei kürzeren Elektrodenstifte 35 und 36
besitzen einen wesentlich kleineren Querschnitt als die Buchsen, in denen sie eingesteckt
werden. Der kürzere Elektrodenstift 36 ist gewellt oder abgekröpft, damit sein effektiver
Querschnitt vergrößert wird, so daß er in der Buchse 52 mit Reibung sitzt. Dadurch
wird die elektrische Verbindung des kurzen Elektrodenstiftes 36 mit dem zugeordneten
längeren Elektrodenstift 25 hergestellt. Wie am besten in F i g. 2 dargestellt ist,
ist der kurze Elektrodenstift 35 mit einem keramischen überzog versehen, damit er
in der Buchse 50 des zugeordneten längeren Elektrodenstiftes 24 satt sitzt. Der
keramische überzog ist durch einen Ringspalt 54 unterbrochen, wodurch der keramische
Überzug in zwei axial in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnete keramische
Überzüge oder Hülsen 55 a und 55 b getrennt ist.
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Es ist klar, daß, wenn eine ansteigende Spannung an die zwei längeren
Elektrodenstifte 24 und 25 angelegt wird, durch den Zünddraht 44 ein Zündkreis hergestellt
wird, wobei der Stromkreis durch den Ringspalt 54 unterbrochen ist, an dem ein radialer
Luftspalt den kurzen Elektrodenstift 35 von der umgebenden Wand des entsprechenden
längeren Elektrodenstiftes 24 trennt. Wenn die Spannung auf einen vorbestimmten
Wert ansteigt, wird der Zündkreis durch einen Funken geschlossen, der quer über
diesen radialen Spalt verläuft und den Zünddraht 44 zündet. Die Explosivkraft, die
hinter den keramischen Einsatz 40 gelangt und die inneren Enden der zwei langen
Elektrodenstifte 24 und 25 erreicht, bleibt unwirksam, da die zwei langen Elektrodenstifte
mit dem umgebenden Zündergehäuse 10 fest vereinigt sind. In diesem Zusammenhang
wird betont, daß der Abschnitt zwischen den einzelnen langen Elektrodenstiften und
der Wand der umgebenden Längsbohrung einen beträchtlichen Querschnitt und eine entsprechend
große Länge aufweist, um eine hohe Festigkeit zu erreichen. Es wird ferner hervorgehoben,
daß der Abschnitt zwischen den einzelnen langen Elektrodenstiften und dem umgebenden
keramischen Material sehr ausgedehnt ist und daß zusätzlich die radiale Schulter
48 der einzelnen langen
Elektrodenstifte sich fest gegen das keramische
Material legt.
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Herstellungsverfahren Wie bereits angedeutet wurde, besteht ein wesentliches
Merkmal der Erfindung in der Verwendung von Elektroden aus einer besonderen Legierung
in Verbindung mit einem keramischen Material aus #einei besöndereri Mischung, das
eine Funkenkammer -ergibt, in der die Funkenentladung keine Abnutzung, Verschlechterung
oder keinen Verfall erzeugt, gleich wieviel vorhergehende Zündprüfungen durchgeführt
werden und ohne daß die Durchschlagsspannung, bei der die Funkenentladung stattfindet,
beeinträchtigt wird. Die Elektrodenlegierung besteht aus einem Metall, das unter
der Handelsbezeichnung »Inconel 600« bekarmt ist, und z. B. folgende Zusammensetzung
aufweist: Ungefähr 77,66 % Nickel, 15,57 0/0 Chrom, 6,38% Eisen, 0,21% Mangan, 0,14%
Silicium und 0,02% Kohlenstoff.
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Das keramische Material wird in drei Arbeitsschritten aufbereitet.
Beim ersten Arbeitsschritt wird eine Mischung A geschaffen, die folgende Materialien
in Gewichtsanteilen enthält:
| hi2C03 0,74% |
| K2003 . . . . . . . . . . . . . . 7,26,/o |
| Pb304 . . . . . . . . . . . . . . 31,00% |
| As203 . . . . . . . . . . . . . . 10,120/0 |
| A1203 . . . . . . . . . . . . . . 0,78% |
| Si02 . . . . . . . . . . . . . . . . 49,00,/0 |
| C0304 . . . . . . . . . . . . . . 1,10,/o |
| 100,00,/o |
Die Mischung, die bei Temperaturen zwischen 1480 und 1520° F (804 und 826° C) flüssig
wird, wird in einem abgedeckten Schmelztiegel bei ungefähr 1800° F (981° C) geschmolzen,
bis sie homogenisiert ist. Die Schmelze wird anschließend in Wasser abgeschreckt,
daraufhin naß gemahlen und durch ein Netz hindurchgetrieben, das - z. B. ein 400-Maschen-Netz
sein kann.
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Der zweite Arbeitsschritt bringt die folgende Mischung B:
| L12003 : . . . . . . . . . . . . 8,06% |
| Na2C03 . . . . . . . . . . . . 19,4011/0 |
| . Al 2@3. #. # . .. . . . . . . _ 0,74,/o |
| H3B03 . . . . . . . . . . . .. . . 191ÖÖ/ö- |
| Ti02 . . . . . . . . . . . . . . . . 2,60,/o |
| SiO, . . . . . . . . . . . . . . . . . 49,00,/o |
| C0304 . . . . . : . . . . . . . . 1,10,1/0 |
| 100,00-% |
Die Mischung B wird in dergleichen Weise wie die -Mischung A behandelt, um ein feinzerteiltes
Erzeugnis zu schaffen.
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Der dritte Arbeitsschritt 'besteht in dem Vermischen der Produkte
aus den Mischungen A und B zu gleichen Gewichtsteilen sowie im Schmelzen, um ein
homogenes Erzeugnis zu schaffen, das abgekühlt und zu einem feinen Pulver zerrieben
oder zermahlen wird. Dieses pulverförmige Enderzeugnis hat eine Zusammensetzung,
die bereits vorstehend beschrieben wurde, und kann zur Ausbildung der keramischdn
Isolierkörper oder Hülsen 26 gemäß der F i g. 1 in beliebiger Weise verarbeitet
werden. Die Hülsen 26 halten die zwei langen Elektrodenstifte 24- und 25 in ihren
Einbaulagen in dem Zündergehäuse 10 fest.
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Bei -einem bevorzugten Beispiel wird das keramische Material zu Isolierkörpern
oder Hülsen mit zweckmäßigen Abmessungen geformt, die die zwei langen Elektroden
in den zwei Längsbohrungen 22 haltern. In F i g. 4 sind drei keramische Hülsen 26a
gezeigt, deren Abmessungen so festgelegt sind, daß sie auf das erweiterte Endteil
eines jeden einzelnen Elektrodenstiftes 24 und 25 passen. In F i g. 4 sind weiter
zwei längere Hülsen 26 b dargestellt, die aus dem keramischen Material geformt und
so bemessen sind, daß sie über den Abschnitt des Elektrodenstiftes mit dem kleineren
Durchmesser passen.
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Sowohl das Zündergehäuse 10 als auch die zwei Elektrodenstifte 24
und 25 werden in einem Ofen 10 Minuten lang bei 1560° F (848° C) voroxydiert, um
Oxydüberzüge zu erzeugen, die sich mit dem keramischen Material gut verschmelzen.
Die keramischen Körper oder Hiilsen 26a und 26b werden dann über die zwei Elektrodenstifte
24 und 25 geschoben, und die Elektrodenstifte werden in ihren Einbaulagen in den
zwei Längsbohrungen 22 angeordnet. Die Anordnung wird anschließend über einen Zeitraum
von 25 Minuten einer Temperatur von 1850° F (1009° C) ausgesetzt. Beim Abkühlen
der Anordnung hat sich gezeigt, daß das keramische Material, welches die keramischen
Hülsen 26 bildet, in den zwei Bohrungen 22 schrumpft, wie dies in F i g. 1 dargestellt
ist. Die Anordnung wird °anschließend entlang den Bohrungen 22 auf Undichtigkeit
überprüft, und zusätzlich wird die Isolationsfestigkeit der keramischen Hülsen 26
untersucht.
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Der nächste Arbeitsschritt besteht darin, daß die keramische Schicht
28 in den Boden des Anschlußhohlraumes 18 eingebracht wird. Zunächst werden Polyvinylschutzhülsen
(nicht gezeigt)- über die freien Enden der Elektrodenstifte# 24 und 25 geschoben,
wobei die Schutzhülsen bis kurz vor den Bodendes Hohlraumes reichen, und zwar in
übereinstimmung mit der gewünschten Dicke der Schicht 28. Die keramische Schicht
28 besteht zu 40 % Gewichtsanteilen aus dem gleichen keramischen Material wie die
keramischen Hülsen 26 und zu 60% aus einem wärmehärtbaren Epoxydharz, das- unter
der Handelsbezeichnung »Helix R-385« bekannt ist und von der Carl H. Biggs Company,
1547, 14. Straße, Santa Monica, California, USA., hergestellt wird. Nachdem die
Schicht 28 eingebracht worden ist, werden die Schutzhülsen von den Elektrodenstiften
entfernt, und die Anordnung wird dann in einen Ofen eingesetzt und über 2 Stunden
auf 180° F (82° C) aufgeheizt, um die Schicht zu trocknen.
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Der nächste Arbeitsschritt besteht darin, die Dichtungsschicht 46
an den inneren Enden der Elektrodenstifte 24 und 25 anzubringen. Diese Schicht kann
die gleiche Zusammensetzung wie die Schicht 28 aufweisen. Da die Schrumpfung berücksichtigt
werden 'muß, ragt die Schicht 46 *zunächst über die Enden der Elektrodenstifte
24 und 25 hinaus, nach einer Ofentrocknung bei 180° F (148° C) über 2 Stunden schrumpft
die Schicht: Mittels eines Stirnbohrers kann dann in dem Hohlraum 15 das überstehende
Material entfernt und die Schicht 46 auf eine Dicke reduziert werden, daß sie mit
den inneren Enden der zwei Elektrodenstifte 24 und 25 flüchtet.
Die
verschiedenen Wärmebehandlungen und insbesondere das Brennen der keramischen Hülsen
26 hat eine Oxydation der offenliegenden Abschnitte der zwei Elektrodenstifte 24
und 25 zur Folge. Diese Auswirkungen werden dadurch beseitigt, daß zunächst mittels
eines 60°-Senkers die Ränder der Buchsen 50 und 52 der zwei Elektrodenstifte 24
und 25 abgephast werden. Anschließend werden die zwei Buchsen mittels eines Bohrers
aufgebohrt, um die Oxydschicht, die sich darin befindet, zu beseitigen. Der Boden
der Buchsen wird dann ausgerieben, und sämtliche Späne werden durch Einblasen von
Stickstoff beseitigt. Durch diesen Vorgang wird die Herstellung der ersten Anordnung
abgeschlossen, die in ihrer fertigen Form in der F i g. 5 gezeigt ist.
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Der nächste Arbeitsschritt besteht darin, den kurzen Elektrodenstift
35 mit keramischem Werkstoff zu überziehen, wodurch die Herstellung der zweiten
Anordnung oder des keramischen Einsatzes 40 vorbereitet wird. In der Praxis
werden eine Anzahl von kurzen Elektrodenstiften 35 mit ihren Unterabschnitten in
eine geeignete Halterung befestigt und gleichmäßig mit einer keramischen Masse übersprüht,
die sich aus den vorbeschriebenen Mischungen A und B zusammensetzt, wobei 40 bis
45% der Sprühmischung aus Wasser besteht. Der Überzug kann bis zu einer Dicke von
z. B. etwa 0,04 Zoll (1 mm) aufgesprüht werden. Die besprühten Stifte werden dann
in einen Ofen eingesetzt und 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 350° F (176°
C) getrocknet. Anschließend kommen die Stifte in einen Brennofen, und zwar für eine
Dauer von 71/s Minuten, um den keramischen Überzug mit den Stiften innig zu verbinden
bzw. zu verschmelzen. Der Brennofen wird auf eine Temperatur von 1455° F (790° C)
aufgeheizt und beim Einsetzen der Stifte abgeschaltet. Die Halterung, die die überzogenen
Stifte trägt, ist auf einer Nickelplatte montiert, die als Wärmeübertrager dient.
Die Nickelplatte ist auf die Brennofentemperatur vorgeheizt. Zusätzlich werden die
überzogenen Stifte durch eine schwere Metallkappe abgedeckt, die auf die vorstehende
Ofentemperatur von 350° F (176° C) vorgeheizt ist. Die überzogenen Stifte werden
anschließend an der Luft abgekühlt, wobei die schwere Metallkappe noch nicht entfernt
ist. Danach wird ein Gebläse eingesetzt, um die überzogenen Stifte auf Raumtemperatur
abzukühlen. Schließlich wird der Überzug auf eine Dicke von 0,0335 Zoll (0,85 mm)
abgedreht, und zwar unter Zuhilfenahme eines Schattenzeigers.
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Der Körper des keramischen Einsatzes
40 enthält in Gewichtsanteilen
die folgenden Materialien:
| Pb304 . . . . . . . . . . . . . . . 45,01/o |
| Zn0 . . . . . . . . . . . . . . . . . 8,0% |
| La203 . . . . . . . . . . . . . . . 3,00/0 |
| A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5010 |
| H3B03 . . . . . . . . . . . . . . . 14,0% |
| Si02 . . . . . . . . . . . . . . . . 20,00/0 |
| Zr02 .... . . . . . . . . . . . . 5,01/0 |
| Ca02 . . . . . . . . . . . . . . . . 2,0% |
| C0304 . . . . . . . . . . . . . . .
1,5110 |
| 100,00/0 |
Diese Mischung wird bei 2100° F (1147° C) geschmolzen, um eine homogene Masse zu
erzeugen, die anschließend abgeschreckt und auf eine 400-Maschen-Größe gemahlen
wird. Unter Verwendung von Bienenwachs als Bindungsmittel wird das pulverförmige
Material zu der gewünschten Form des vorstehend beschriebenen keramischen Einsatzes
40 geformt, wobei die Bohrungen für die Elektrodenstifte 35 und 36 vorgesehen werden.
Anschließend wird der geformte Körper auf eine Temperatur von 350° F (176° C) 20
Minuten lang aufgeheizt, damit das Bienenwachs verdampft. Der geformte Körper wird
dann 14 Minuten lang bei 1120° F (604° C) gesintert, wobei er auf dem einen Ende
steht. Anschließend wird er auf das andere Ende umgedreht und verbleibt so während
einer zusätzlichen Aufheizperiode von 151/s Minuten. Der geformte Körper wird anschließend
mittels Luft abgekühlt, damit er auf Raumtemperatur gebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt
ist der Durchmesser des geformten Körpers klein genug, damit er in den vorstehend
erwähnten Zylinder 42 aus rostfreiem Stahl paßt, er ist jedoch merklich länger als
dieser Stahlzylinder.
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Bei der Ausführung des nächsten Arbeitsschrittes werden, wie in der
F i g. 7 angedeutet ist, zwei Elektrodenstifte 35 und 36 in einer Halterung 58 befestigt.
Der Vorderabschnitt des Elektrodenstiftes 35 besitzt einen keramischen -Überzug
55, während der Vorderabschnitt des Elektrodenstiftes 36 keinen Überzug aufweist.
Die zwei Elektrodenstifte besitzen ferner zu diesem Zeitpunkt Grundteile mit überlänge,
um einen ausreichenden Sitz der Elektrodenstifte in der Halterung 58 zu gewährleisten.
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Der geformte keramische Block 40a, der eigentlich der keramische Körper
des Einsatzes 40 ist, wird dann in den Zylinder 42 aus rostfreiem Stahl eingesetzt
und weiter über die aufgerichteten Elektrodenstifte 35 und 36 in der in F i g. 7
gezeigten Weise geschoben. Wie weiter aus F i g. 7 ersichtlich ist, sitzen der keramische
Körper 40a und der umschließende Zylinder 42 in einem kreisförmigen Ausschnitt 60
in der Halterung 58, wobei der überschüssige Abschnitt des keramischen Körpers über
den oberen Rand des Zylinders 42 hervorsteht. Ein schwerer Metallblock 62, der als
Gewicht dient, ist mit zwei Bohrungen 64 versehen, die zur Aufnahme der Vorderenden
der zwei Elektrodenstifte 35 und 36 dienen. Das Gewicht 62 wird auf die zwei Elektrodenstifte,
wie in F i g. 7 gezeigt ist, aufgesetzt, wobei es auf dem oberen herausragenden
Ende des keramischen Körpers 40 a aufliegt. Ein Ofen wird auf eine Temperatur
von 1350 bis 1375° F (725 bis 739° C) aufgeheizt und anschließend abgeschaltet.
Die in F i g. 7 gezeigte Anordnung wird dann 10 Minuten lang in den Ofen eingesetzt,
um ein Schmelzen des keramischen Werkstoffes zu bewirken. Unter dem von dem Gewicht
62 ausgeübten Druck verdichtet sich der aufgeheizte keramische Werkstoff in dem
Zylinder 42 und rund um den Unterabschnitt der zwei Elektrodenstifte 35 und 36,
wobei das überschüssige keramische Material durch das Gewicht über den oberen Rand
des Zylinders aus rostfreiem Stahl herausgedrückt wird. Beim Herausnehmen der Anordnung
aus der Halterung 58 werden die überschüssigen Abschnitte der Unterteile der zwei
Elektrodenstifte 35 und 36 abgetrennt. Anschließend wird die Rückseite der Einsatzanordnung
auf die gewünschte axiale Abmessung abgeschliffen. Mit einem Hartmetallbohrer wird
dann die Ausnehmung 45 in dem keramischen Einsatz 40 ausgearbeitet.
Die
Abschlußbehandlung des Einsatzes 40 wird in der in F i g. 8 angedeuteten
Art und Weise durchgeführt. Die Vorderenden der zwei Elektrodenstifte 35 und 36
werden in eine Scheibe 65 aus einem geeigneten Elastomer eingesetzt, die zum Schutz
gegen die Einwirkungen der Sandstrahlbehandlung dient. Anschließend wird eine Hülse
66, die aus einem unter der Handelsbezeichnung »Teflon« bekannten Werkstoff hergestellt
ist, auf das Ende des Elektrodenstiftes 35 aufgesetzt, wobei das Ende der Hülse
in einem solchen Abstand von der Scheibe 65 angeordnet wird, der der gewünschten
Breite des vorstehend erwähnten Ringspaltes 54 entspricht. Die offenen Teile
der zwei Elektrodenstifte 35 und 36 werden dann einer Sandstrahlbehandlung unterzogen,
um den keramischen überzug des Elektrodenstiftes 35 zwischen der Hülse 66 und der
Scheibe 65 zu beseitigen und um weiter den Endabschnitt des Elektrodenstiftes
36 zu reinigen, damit ein sauberes Metall vorhanden ist. Durch die Entfernung
eines Teils des keramischen überzugs 55 von dem Elektrodenstift 35 entstehen die
beiden bereits erwähnten keramischen überzüge oder Hülsen 55a und
55b.
Das Vorderende des Elektrodenstiftes 36 wird dann, wie in den Fig. 1
und 2 gezeigt ist, umgebogen oder gewellt. Der Zünddraht 44 wird an den rückwärtigen
Enden der zwei Elektrodenstifte 35 und 36 mittels Punktschweißung
befestigt. Die zwei Punktschweißungen werden anschließend auf mechanische Festigkeit
geprüft. Schließlich wird Spannung angelegt, um die Isolation rund um die zwei Elektrodenstifte
zu überprüfen.
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In der F i g. 6 ist die fertige zweite Anordnung oder der Einsatz
40 gezeigt, der zum Einbau in die erste Anordnung, die in F i g. 5 gezeigt
ist, vorbereitet ist. Der Einsatz 40 wird in den Hohlraum 15 der ersten
Anordnung eingesetzt, wobei die zwei kurzen Elektrodenstifte 35 und 36 in bezug
auf die längeren Elektrodenstifte 24 und 25 ausgerichtet werden. Der Einsatz
40 wird dann schließlich in seine Endlage gebracht, in der die zwei Elektrodenstifte
35 und 36 in den zwei zugeordneten Buchsen 50 und 52 der längeren
Elektrodenstifte 24 und 25 sitzen. Diese Anordnung wird 5 Minuten
lang in einen Ofen eingesetzt und auf 180° F (82° C) erwärmt, wobei die Verklebung
des Einsatzes 40 mit dem umgebenden Metall des Zündergehäuses 10 erfolgt.
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Nach der Heizperiode von 5 Minuten wird mittels einer Hohlnadel das
Bindemittel, das aus der vorstehend beschriebenen Mischung aus keramischem Werkstoff
und Epoxydharz besteht, rund um den Rand des Zylinders 42 aus rostfreiem Stahl aufgetragen.
Diese Füllung ist in der F i g. 2 mit dem Bezugszeichen 68 markiert. Die Anordnung
wird anschließend 4 Stunden lang bei 120° F (49° C) in einem Ofen getrocknet.