DE19848758B4

DE19848758B4 - Induktives Anzündelement und Verfahren zum Herstellen eines induktiv initiierbaren Anzündelementes, insbesondere für hülsenlose Munition

Info

Publication number: DE19848758B4
Application number: DE19848758A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl.-Ing. Danzer; Eugen Feuerstake; Heinz Hofmann; Karl Dipl.-Ing. Rudolf
Original assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: DE19848758A1

Abstract

Induktives Anzündelement (18), dadurch gekennzeichnet dass es als Sekundärspule (29) eine Leiterbahn aus Silbernitratmaterial auf einem Isolierstoffträger (25) aus Zellulosenitrat oder einem Material mit pyrotechnisch und mechanisch vergleichbarem Verhalten trägt.

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Anzündelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.

Aus der US 4,350,096 ist eine induktive Anzündvorrichtung zum Zünden pyrotechnischer Materialien bekannt. Diese Vorrichtung umfasst ein induktives Element in Form einer offenen Windung, welche mit einem Heizfilament mit hoher spezifischer Leitfähigkeit verbunden ist.

Zum Verschießen hülsenloser Munition ist es etwa aus der DE 197 06 863 A1 bekannt, die Sekundärspule eines induktiven Zündsystems in den Boden eines hohlzylindrisch-dickwandig gepressten Treibladungs-Pulverkörpers einzubetten, in dessen nach vorne geöffneten Innenraum das Projektil reibschlüssig konzentrisch gehaltert ist. Ein in diese Sekundärspule induzierter Spannungsimpuls bewirkt einen Stromfluss über eine dort niederohmige, fast auf Kurzschluss ausgelegte Widerstands-Brücke, deren rasche Erwärmung zum Anzünden des Pulverkörpers führen soll. Allerdings ist ein definiertes Einbetten der Sekundärspule in solchen Presskörper bei der Serienproduktion sehr arbeitsaufwendig; und der denkbare Einsatz einer Kupferspule (spiralförmig aus einer Leiterplatten-Kaschierung herausgeätzt oder als Drahtring in eine Formscheibe aus Celluloseazetat eingegossen) würde abgesehen vom hohen Fertigungsaufwand den anwendungsgemäßen Nachteil mit sich bringen, nur sehr unvollständig zu verbrennen und deshalb als immer noch spulenförmiges Gebilde im Waffenrohr zu verbleiben, das dort insbesondere bei einer automatischen Waffe zu Verstopfungen führen müsste.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein induktives Anzündelement mit einer hinsichtlich seines Abbrandverhaltens günstigeren Lösung für die Realisierung seiner Sekundärspule sowie ein Verfahren zur preisgünstigen und umweltschonenden Herstellung eines mit einer solchen Sekundärspule ausgestatteten Pulverkörpers anzugeben.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Anzündelement gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 und das erwähnte Herstellungsverfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 13 ausgelegt sind.

Nach dieser Lösung wird ein induktives Anzündelement zunächst unabhängig vom Pulverkörper und mit einer Sekundärspule gefertigt, die im ersten (noch nicht pyrotechnischen) Fertigungsabschnitt als eine in wenigstens einer Ebene quer zur Längsachse der Munition spiralförmig verlaufende Leiterbahn aus Silberleitmaterial, wie etwa einem Silberleitkleber, – z.B. mittels handelsüblicher Anlagen zur Herstellung gedruckter Elektronikschaltungen – auf die Oberfläche eines Isolierstoffträgers, bevorzugt aus Zellulosenitrat oder aus einem hinsichtlich seiner rückstandsarmen und raschen Abbrandeigenschaften vergleichbaren Trägermaterial, aufgebracht wird. Unter der Hitzeeinwirkung des rasch abbrennenden Isolierstoffträgers zerfällt dieser Silberleitmaterial nämlich zu einer pulverigen Substanz, die problemlos zusammen mit den Pulverresten der Rückstände des abgebrannten Treibladungs-Presslings aus dem Rohr ausgeblasen werden kann. Dabei zeichnet sich auch der Isolierstoffträger für die Sekundärspule bei zunächst hoher, für die Bearbeitung gut geeigneter mechanischer und thermischer Stabilität durch schnelles und praktisch rückstandsfreies Abbrandverhalten aus.

Rückseitig ist der Isolierstoffträger mit der auf seiner Oberfläche aufgebrachten Sekundärspule durch eine schützende Deckscheibe aus einem abbrandfreundlichen Material wie dem Trägermaterial Zellulosenitrat abgedeckt, mit der er nämlich bei angelösten Oberflächen unter Druck verbunden wird. Gegenüberliegend im Zentrum trägt der Isolierstoffträger in einem mit einer elektrischen Widerstands-Brücke bestückten flachen Sackloch einen daraus hervor- und in den benachbarten Pulverkörper hineinragenden Anzündsatz, etwa aus Trizinat. Der vorstehende Anzündsatz und die daneben auf dem Isolierstoffträger verlaufende Verdrahtung zwischen Spulen-Durchkontaktierung und Zünd-Brücke sind durch eine Folie aus Zellulosenitrat oder mechanisch und pyrotechnisch vergleichbarem Material abgedeckt, die einen mechanischen Schutz bietet. Außerdem dient sie mit angeweichter Oberfläche der Verklebung des so komplettierten Anzündelementes mit der Rückseite des Pulverkörpers.

Die erfindungsgemäße Lösung für das Anzündelement weist nicht nur den Vorteil auf, schnell und praktisch rückstandslos zusammen mit seiner Sekundärspule zu verbrennen, sondern auch mit herkömmlichen Fertigungseinrichtungen unproblematisch in Serie erstellt werden zu können. So wird das sandwichartig aufgebaute Anzündelement gesondert vom gepressten Treibladungs-Pulverkörper gefertigt und erst anschließend mit diesem verbunden.

Weitere Merkmale und Vorteile sowie zusätzliche Alternativen und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht ganz maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungs- und Einsatzbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung bei Realisierung einer nur einseitig aufgedruckten Induktionsspirale. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Axial-Längsschnitt eine hülsenlose Munition mit induktiv initiierbarem Anzündelement.
Das mittels einer klein- bis mittelkalibrigen automatischen Infanteriewaffe aus dem gepressten porösen Treibladungs-Pulverkörper 10 einer hülsenlosen Munition 11 verschießbare ballistische Projektil 12 ist wie in der Zeichnung skizziert hinter einer leichten Abdeckung 13 konzentrisch im Innenraum 14 des Treibladungs-Pulverkörpers 10 reibschlüssig gehaltert. Dieser Treibladungs-Pulverkörper 10 ist einstückig mit einer dicken hohlzylindrischen Wandung 16 und dickem Boden 17 gepresst, der rückwärtig über im Wesentlichen seine gesamte Fläche mit einem scheibenförmigen, induktiv auslösbaren Anzündelement 18 bestückt ist. Das ist zentral mit einem zum Boden 17 hin geöffneten flachen Sackloch 19 ausgestattet, dessen Grund diametral bogenförmig von einem Widerstandselement als Widerstandsbrücke 20 überspannt ist, das sich bevorzugt durch eine Temperaturfestigkeit in der Größenordnung von typisch um 200K auszeichnet. Im übrigen ist das Sackloch 19 mit einem Anzündsatz 21, z.B. aus Trizinat, in Form eines Presslings oder einer aushärtenden Schlämme so gefüllt, dass sich das Material dieses Anzündsatzes 21 noch aus dem Sackloch 19 und somit über die Frontebene 22 des Anzündelementes 18 hinaus und etwa mit halber Höhe in eine rückseitige zentrale halbkugelförmige Ausnehmung 23 im Boden 17 hineinwölbt. Über die Frontebene 22 und den daraus hervorstehenden Anzündsatz 21 des Anzündelementes 18 erstreckt sich ein dünner, etwa 20 μm bis 40 μm dicker Deckfilm 24, um einerseits das Anzündelement 18 mit eingesetztem Anzündsatz 21 als stabilen Verbund einfacher handhaben zu können und andererseits nach Anlösen der Film-Oberfläche etwa mit Azeton unter axialem Andruck eine stabile Verklebung mit der rückwärtigen Fläche des Bodens 17 des Treibladungs-Pulverkörpers 10 zu erzielen.
Das sandwichartig aufgebaute Anzündelement 18 weist im wesentlichen einen zentralen, gelochten scheibenförmigen Isolierstoffträger 25 einer Dicke von typisch um 0,2 mm aus möglichst rasch und vollständig verbrennbarem Material auf, wie vorzugsweise Zellulosenitrat mit einem Stickstoffgehalt in der Größenordnung zwischen 10% und 20%, vorzugsweise von 12,2%, zur mechanischen Stabilisierung und einem Weichmachergehalt in der Größenordnung zwischen 25% und 45%, vorzugsweise von etwa 35% zur thermischen Stabilisierung. Das so eingestellte Material erweist sich als nach dem Aushärten insbesondere gut zum Stanzen und Bedrucken mit handelsüblichen Gerätschaften geeignet.
Ein zentral durchgehendes Loch 26 ist rückwärtig durch eine dem Deckfilm 24 gegenüberliegende Deckscheibe 27 aus gleichem Material wie dem des Isolierstoffträgers 25 zum erwähnten Sackloch 19 verschlossen. Jedenfalls in der Teilungsebene 28 zwischen der Deckscheibe 27 und dem Isolierstoffträger 25, bei durchkontaktierten Teilspulen etwa gemäß EP 0769759 A2 zusätzlich auch auf der gegenüberliegenden Seite, weist die Trägerscheibe 25 eine flach spiralförmig aufgedruckte Sekundärspule 29 für impulsförmige induktive Einkopplung elektrischer Energie in die Widerstandsbrücke 20 zum thermischen Initiieren des Anzündsatzes 21 für den gepressten Treibladungs-Pulverkörper 10 auf. Als möglichst rückstandsfrei thermisch umsetzbares Material für die spiralförmig auf die Rückebene 30 des Isolierstoffträgers 25 aufgebrachte Sekundärspule 29 wird vorzugsweise ein handelsübliches Silberleitmaterial eingesetzt, weil das z.B. im gängigen Siebdruckverfahren problemlos applizierbar ist und vor allem dann unter der Hitzeentwicklung des abbrennenden Isolierstoffträgers 25 in eine pulverige Konsistenz zerfällt, die praktisch rückstandsfrei mit den Pulverresten des Treibladungs-Pulverkörpers 10 aus dem Waffenrohr ausgefördert werden kann.
Zusätzlich zum breiten zentralen Loch 26 sind durch den Isolierstoffträger 25 wenigstens zwei radial gegeneinander versetzte Passagen 31 eingebracht, die zur Durchkontaktierung mit Leitmaterial 32 gefüllt sind und zwischen denen sich auf dem Isolierstoffträger 25 unter dem Deckfilm 24 ein Verbindungsleiter 33 (vorzugsweise ebenfalls aus Silberleitmaterial) erstreckt. Der Verbindungsleiter 33 ist über die eine durchkontaktierte Passage 31 an das äußere Ende 34 der spiralförmigen flachen Sekundärspule 29 und über die andere durchkontaktierte Passage 31 an eine innerhalb des Zentrumsbereiches der Sekundärspule 29 gelegene Stützstelle 35 für einen Anschluss der Widerstandsbrücke 20 geführt. Diese ist gegenüberliegend an das benachbarte innere Ende 36 der Sekundärspule 29 angeschlossen. Jene mechanischen und gleichzeitig elektrischen Anschlüsse sind etwa gelötet oder vorzugsweise leitfähig geklebt.
Dem mechanischen Schutz der dort gelegenen Anschlüsse und der Sekundärspule 29 dient die auf die Rückebene 30 des Isolierstoffträgers 25 unter Verklebung aufgepresste Deckscheibe 27. Im Zuge des Aufpressens der Deckscheibe 27 – oder schon vorher bei deren Ausformung – sind für eine großflächige schnelle Verbrennung in ihre Rückfläche 37 nach rückwärts offene, also rillenförmige Durchzündkanäle 38 in einer Tiefe von typisch 50 μm bis 100 μm eingepresst, um die Flammausbreitung vom zentral gezündeten Anzündsatz 21 möglichst unverzögert über die gesamte Rückfläche 37 des Anzündelementes 18 einwirken zu lassen.
Zur preiswerten, auf handelsüblichen Anlagen realisierbaren automatisierten Großserienherstellung dieses erfindungsgemäßen, induktiv initiierbaren Anzündelementes 18, in der Zeichnung dargestellt in Anwendung bei hülsenlos verschießbarer Munition 11, wird Zellulosenitrat mit einem Stickstoffgehalt in der Größenordnung von über 10%, vorzugsweise bei 12,1%, als Grundmaterial gewählt, weil sich das, wie schon ausgeführt, im ausgehärteten Zustand gut mechanisch bearbeiten und handhaben lässt. Unter Einwirkung eines Lösungsmittels, vorzugsweise Aceton, wird dem Grundmaterial ein DOA-Weichmacher in der Größenordnung zwischen 25 und 45, vorzugsweise um 35 Gewichts-% beigemischt, was eine ausreichende Temperaturstabilität ergibt. Die Lösungsmittel-Menge richtet sich nach der angestrebten Schichtdicke des späteren Isolierstoffträgers 25. Ein Zumischen eines Ex plosivstoffes wie Ammoniumnitrat beschleunigt noch in vorteilhafter Weise den Abbrand des einmal entzündeten Träger- und Abdeckmaterials wie Zellulosenitrat.
Das so aufgelöste und dann auf eine feste oder transportierende Unterlage abgegossene Zellulosenitrat wird durch einen Spalt auf eine Dicke in der Größenordnung von typisch 0,2 mm für den Isolierstoffträger 25 abgeglichen. Nachdem dann das Lösungsmittel (insbesondere Azeton) durch Wärmeeinwirkung wieder ausgetrieben (und dabei größtenteils zur Wiederverwendung rückgewonnen) wurde und das mit dem Weichmacher gemischte Material dadurch ausgehärtet ist, werden im Zuge des Ausstanzens zum runden Isolierstoffträger 25 auch das zentrale Loch 26 sowie exzentrisch dazu gelegene Passagen 31 eingebracht. Dabei anfallende Stanzreste können erneut eingesetzt werden. Sodann wird auf wenigstens die Rückebene 30 des Isolierstoffträgers 25 die spiralförmige Silberleitmaterial-Bahn der Sekundärspule 29 aufgebracht sowie die Durchkontaktierung in die Passagen 31 eingebracht, samt Einkleben der Widerstandsbrücke 20 und des Verbindungsleiters 33 an deren Anschlussstellen.
In gleicher Weise und aus den gleichen Materialien wie der zentrale, breit-lochscheibenförmige Isolierstoffträger 25 kann die geschlossene rückwärtige Deckscheibe 27 erstellt werden. Stattdessen kann aber auch ein Stanzling aus einer dicken einbasigen Treibladungsfolie unmittelbar als Deckscheibe 27 dienen.
Die Deckscheibe 27 wird sodann auf die Rückebene 30 des mit der spiralförmigen Sekundärspule 29 belegten Isolierstoffträgers 25 aufgebracht und damit das zentrale Loch 26 zum Sackloch 19 geschlossen. Für den Verbund in der Teilungsebene 28 zwischen Isolierstoffträger 25 und Deckscheibe 27 können einfach die einander berührenden Oberflächen (etwa mit Aceton) angelöst und dann zusammengepresst werden, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Einpressen der typisch um 75 μm tiefen Durchzündkanäle 38 in die Rückfläche 37 der Deckscheibe 27. In das Sackloch 19 wird der Anzündsatz 21, bestehend im Wesentlichen vorzugsweise aus Trizinat, als vorgefertigter Pressling eingesetzt oder in dickflüssiger, auszuhärtender Konsistenz eingetropft. Nach dessen Austrocknung wird auf die zündseitige Frontebene 22 des Isolierstoffträgers 25 der dünne, wie der Isolierstoffträger 25 eingestellte Deckfilm 24 aus Cellulosenitrat in einer Stärke von typisch etwa 20 μm bis 40 μm aufgebracht, um einerseits einen stabiler zu handhabenden Verbund zu erzielen. Andererseits kann damit später durch Anlösen der freien Oberfläche des Deckfilmes 24 (etwa wieder mittels Acetons) im letzten Fertigungsschritt auf einfache Weise eine stabile Verklebung mit dem hohlen Treibladungs-Pulverkörper 10 hinter dessen Boden 17 zur in der Zeichnung dargestellten Konfiguration der hülsenlosen Munition 11 realisiert werden. So wird für alle Verklebungen und Abdichtungen nur ein einziges Material (vorzugsweise Aceton) eingesetzt, was die Fertigungskosten zusätzlich reduziert.
Gemäß vorliegender Erfindung ist also ein nach induktiver Auslösung so rasch und rückstandslos verbrennendes Anzündelement 18 für hülsenlos zu verschießende Munition 11, dass nach dem Abbrand ihres Treibladungs-Pulverkörpers 10 im Interesse störungsfreien Betriebes einer automatischen Waffe keine störenden heißen oder festen Teile in ihrem Patronenlager oder Waffenlauf mehr verbleiben, für induktive Speisung einer Widerstandsbrücke 20 im Anzündsatz 21 des Anzündelementes 18 zum Entzünden des Treibladungs-Pulverkörpers 10 mit einer ebenen spiralförmigen Sekundärspule 29 aus Silberleitmaterial vorzugsweise auf einem Isolierstoffträger 25 aus Zellulosenitrat ausgestattet, das mit einem Stickstoffgehalt in der Größenordnung um 12,2% und mit einem Weichmachergehalt in der Größenordnung um 35% mechanisch bzw. thermisch stabilisiert ist und zusätzlich mit einer Beimengung von Explosivstoff oder Treibladungspulver zur Förderung des Abbrandes ausgestattet sein kann.

Claims

Induktives Anzündelement (18), dadurch gekennzeichnet dass es als Sekundärspule (29) eine Leiterbahn aus Silbernitratmaterial auf einem Isolierstoffträger (25) aus Zellulosenitrat oder einem Material mit pyrotechnisch und mechanisch vergleichbarem Verhalten trägt.
Induktives Anzündelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zellulosenitrat als Trägermaterial mit Stickstoff, vorzugsweise bei einem Gehalt in der Größenordnung um oder über 10%, mechanisch stabilisiert ist.
Induktives Anzündelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zellulosenitrat als Trägermaterial mit einem Weichmacher, vorzugsweise bei einem Gehalt in der Größenordnung von 25% bis 40%, thermisch stabilisiert ist.
Induktives Anzündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Isolierstoffträger (25) spiralförmig flach aufgebrachte Leiterbahn von einer Deckscheibe (27) aus gleichem Material wie der Isolierstoffträger (25) abgedeckt ist.
Induktives Anzündelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Material der Deckscheibe (27) ein abbrandfördernder Explosivstoff wie Ammoniumnitrat zugefügt ist.
Induktives Anzündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Isolierstoffträger (25) spiralförmig flach aufgebrachte Leiterbahn von einer Deckscheibe (27) aus Treibladungsfolie abgedeckt ist.
Induktives Anzündelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rückfläche (37) der Deckscheibe (27) Durchzündkanäle (38) eingeprägt sind.
Induktives Anzündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffträger (25) eine gelochte Scheibe ist, in die im Zentrum ein Anzündsatz (21) (etwa aus Trizinat) eingelassen ist.
Induktives Anzündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffträger (25) exzentrisch zu einem zentralen Loch (26) zur Aufnahme eines Anzündsatzes (21) von Passagen (31) durchquert ist, die mit Leitmaterial (32) zum Anschluss einer das Loch (26) durchquerenden elektrischen Widerstandsbrücke (20) an die Enden (34, 36) der spiralförmigen Sekundärspule (29) ausgestattet sind.
Induktives Anzündelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf derjenigen Oberfläche des Isolierstoffträgers (25), die der Sekundärspule (29) gegenüberliegt, sich ein elektrischer Verbindungsleiter (33) zwischen durchkontaktierten Passagen (31) erstreckt.
Induktives Anzündelement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich von einer Stützstelle (35) zum inneren Ende (36) der schnecken- oder spiralförmigen Sekundärspule (29) hin, durch das zentrale Loch (26) hindurch, ein elektrisches Widerstandselement als Widerstandsbrücke (20) zum thermischen Initiieren eines in das Loch (26) hineinragenden oder es ausfüllenden Anzündsatzes (21) erstreckt.
Induktives Anzündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein im zentralen Isolierstoffträger (25) zentral gehalterter Anzündsatz (21) sich aus diesem heraus in eine rückwärtige Ausnehmung (23) im Boden (17) eines hohlzylindrischen Treibladungs-Pulverkörpers (10) hinein erstreckt, in dessen Innenraum (14) ein hülsenlos zu verschießendes Projektil (12) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines induktiv initiierbaren Anzündelementes mit einer Sekundärspule nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere zum Verschießen hülsenloser Munition, dadurch gekennzeichnet, dass zum Formen des Isolierstoffträgers (25) für die Sekundärspule (29) Zellulosenitrat mit einem gewissen mechanisch stabilisierenden Stickstoffgehalt in Azeton aufgelöst und mit einem Weichmacher zum thermischen Stabilisieren versetzt sowie auf eine Unterlage abgegossen und auf Scheibendicke abgeglichen wird, woraufhin unter Wärmeeinwirkung das Lösungsmittel wieder ausgetrieben und dabei zur erneuten Verwendung rückgewonnen wird, dass sodann aus der gefestigten Masse eine zentral und mehrfach exzentrisch gelochte Scheibe ausgestanzt sowie auf einer Oberfläche mit einer spiralförmigen Leiterbahn aus Silberleitmaterial versehen wird, dass eine vorgefertigte Widerstandsbrücke (20) das zentrale Loch (26) überspannend eingeklebt und an die Enden der ebenen Spirale aus Silberleitmaterial angeschlossen wird, dass dem so bestückten Isolierstoffträger (25) bei beiderseits angeweichten Oberflächen rückwärts eine Deckscheibe (27) aufgepresst wird, und dass in das so rückwärts verschlossene zentrale Loch (26) im Isolierstoffträger (25) ein frontseitig über die Ebene des Isolierstoffträgers (25) herausragender Anzündsatz (21) eingebracht und auf diesen und die umgebende frontseitige Ebene des Isolierstoffträgers (25) ein Deckfilm (24) als Schutz und für eine spätere Verbindung zum Boden (17) eines separat gepressten Treibladungs-Pulverkörpers (10) aufgebracht wird.