DE19928832A1 - Elektrische Anzündeinrichtung für die Treibladung einer Patrone - Google Patents

Abstract

Es wird eine elektrische Anzündeinrichtung (10) für die Treibladung einer Patrone, insbesondere einer Infanteriepatrone, mit einer Induktionsspule (18) beschrieben, die mit einer Zündbrücke (24) in Reihe zusammengeschaltet ist. Die Induktionsspule (18) weist ein flexibles Trägersubstrat (12) auf, das mit einer Spulenwindungsstruktur (32) versehen ist. Die gemeinsam mit der Spulenwindungsstruktur (32) am flexiblen Trägersubstrat (12) ausgebildete Zündbrücke (24) besteht aus dem Metall der Spulenwindungsstruktur (32) und besitzt einen im Vergleich zur Spulenwindungsstruktur (32) kleinen Brückenquerschnitt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anzündeinrichtung für die Treibladung einer Patrone gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 195 21 385 A1 beschreibt ein Verfahren für das elektrische Zünden und Steuern des Verbrennens einer Treibladung mit einer kompakten Treibsubstanz, wobei der Treibladung elektrothermische Energie zugeführt wird, indem elektrischer Strom über elektrisch leitfähige Oberflächen in der Treibsubstanz eingespeist wird, und die Zuführung zu unterschiedlichen Bereichen oder Zonen der Treibladung zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Verbrennens erfolgt. Damit ist bei einer kompakten Treibladung eine große Massenverbrennungsgeschwindigkeit generierbar.

Aus der DE 24 43 793 C2 ist ein kombiniertes Anzündhütchen mit einem ersten elektrischen Anzündsystem mit Polstück und auf dessen einer Seite angeordneter elektrisch initiierbarer ersten Zündladung bekannt, wobei das Polstück eine mit der ersten Zündladung über eine in axialer Richtung sich erstreckende Bohrung verbundene Ausnehmung aufweist, in der ein zweites Anzündsystem angeordnet ist, das von der der ersten Zündladung gegenüberliegenden Seite des Polstücks her mechanisch auslösbar ist. Zwischen dem Polstück und der ersten Zündladung ist ein elektrisch isolierender Körper angeordnet, der zwei elektrische Kontakte aufweist, von denen der eine Kontakt mit dem Polstück und der andere Kontakt mit dem Gehäuse des kombinierten Anzündhütchens elektrisch leitend verbunden ist. Zwischen den beiden elektrischen Kontakten ist auf der der ersten Zündladung zugekehrten Seite eine definierte Zündbrücke bzw. ein definierter Zündspalt ausgebildet. Der Isolierkörper weist außerdem eine in axialer Richtung sich erstreckende durchgehende Ausnehmung auf, die sich im Querschnitt betrachtet zumindest teilweise mit der axialen Bohrung des Polstückes überdeckt. Die Ausnehmung des Polstückes ist über eine konische Verengung mit dessen Bohrung verbunden. Das zweite Anzündsystem ist als Anstichanzündhütchen mit einem vorzugsweise unmittelbar in die Ausnehmung eingepreßten anstichempfindlichen Zündsatz ausgebildet.

Infanteriepatronen werden üblicherweise mittels eines Schlagbolzens und Zündhütchens angefeuert. Bei mittleren und großen Kalibern sind - insbesondere bei hochkadenten Maschinenwaffen - elektrische Anzündungen mittels elektrischer Kontakte bekannt, wie bspw. oben in Verbindung mit der DE 195 21 385 A1 ausgeführt worden ist.

Desweiteren wurde ein System untersucht, bei dem am Stoßboden des Patronenlagers ein starkes impulsförmiges Magnetfeld erzeugt wird. Mit Hilfe dieses Magnetfeldes wird in einer drahtgewickelten Spule, die sich in einer hülsenlosen Treibladung befindet, eine elektrische Spannung induziert. An den Enden der drahtgewickelten Spule ist ein metallisiertes Keramiksubstrat befestigt, das eine Zündbrücke aus einem Widerstandsdraht trägt. Bei dem Widerstandsdraht handelt es sich bspw. um eine Nickelchrom- Legierung oder um Konstanten. Dieses System weist den Mangel auf, daß seine Herstellung schwierig und der Zusammenbau aufwendig ist. Außerdem ist es problematisch, die drahtgewickelte Spule an geeigneter Stelle im und das metallisierte Keramiksubstrat an passender Stelle am Pulverpreßling ohne Beschädigung unterzubringen. Ein weiterer Mangel dieses Systemes besteht darin, daß die relativ massebehaftete drahtgewickelte Spule und das relativ massebehaftete Keramiksubstrat nach dem Schuß im Patronenlager verbleiben.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Anzündeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei unter Ausnutzung des elektromagnetischen Übertragungsprinzips die Anordnung so vereinfacht und verbessert wird, daß sie preisgünstig in der Massenfabrikation realisierbar und derartig massearm ist, daß sie ganz oder teilweise verbrennen und die Reste durch die Strömungsverhältnisse aus dem Patronenlager ausgespült wird.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Anzündeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anzündeinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß kann die Aufnehmer- d. h. Induktionsspule aus einer Windung als gedruckte Schaltung auf einem flexiblen Trägersubstrat geringer Dicke ausgebildet sein. Die Verbindung der beiden Enden der Induktionsspule erfolgt durch die Zündbrücke. Die Zündbrücke besteht erfindungsgemäß aus dem gleichen Material wie die mindestens eine Spulenwindung. Die Herstellung der Zündbrücke erfolgt zweckmäßigerweise im Zuge der Herstellung der Spulenwindung, so daß die erfindungsgemäße Anzündeinrichtung preisgünstig in der Massenproduktion realisierbar ist.

Bei der elektrischen Anzündeinrichtung kann die Spulenwindungsstruktur und die aus dem gleichen Material wie diese bestehende Zündbrücke bspw. aus Kupfer, Aluminium oder Gold bestehen. Um bspw. bei Verwendung von Leiterbahnkupfer eine geeignete Zündbrücke zu schaffen, wird diese geometrisch so ausgelegt, daß die in die Induktionsspule induzierte elektrische Spannung, die zu der durch die Induktionsspule umschlossenen Querschnittsfläche und der Änderung des Magnetflusses pro Zeiteinheit proportional ist, am Ohmschen Widerstand der Zündbrücke eine elektrische Leistung erzeugt, die dazu geeignet ist, die Masse der Zündbrücke derartig zu erhitzen, daß es zur Zündung der auf die Zündbrücke aufgebrachten Anzündmischung kommt. Die Temperaturänderung der Brückenmasse beim Anzündvorgang beträgt größenordnungsmäßig 200 bis 300 K.

Der Leiterbahnquerschnitt der mindestens einen Spulenwindung der Induktionsspule ist derartig bemessen, daß der Ohm'sche Widerstand der Induktionsspule einen im Vergleich zum Brückenwiderstand ähnlichen (Leistungsanpassung), sehr kleinen Widerstandswert besitzt.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Anzündeinrichtung kann das flexible Trägersubstrat von einer Folie aus einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen. Hierbei kann es sich bpsw. um eine Folie aus Polyimid oder aus anderen geeigneten Materialien handeln. Das Trägersubstrat kann auch aus einer verbrennbaren Folie bestehen, wenn sie mit den Prozeßschritten zur Realisierung der Induktionsspule und der Zündbrücke kompatibel ist.

Die Flächenabschnitte des flexiblen Trägersubstrates, die nicht mit der Spulenwindungsstruktur der Induktionsspule und der damit in Reihe zusammengeschalteten Zündbrücke bedeckt sind, können größtenteils ausgestanzt werden, um die Masse der Anzündeinrichtung weiter zu verringern bzw. das Ausspülen aus dem Patronenlager infolge der gegebenen Strömungsverhältnisse weiter zu verbessern.

Wie bereits erwähnt worden ist, kann die Induktionsspule eine einzige Spulenwindung besitzen, sie kann jedoch auch mehr als eine Windung aufweisen. Bei der letzteren Ausbildung ist im Normalfalle eine doppelseitige Leiterführung erforderlich. Diese bedingt entsprechende Durchkontaktierungen.

Insbesondere dann, wenn für das flexible Trägersubstrat eine verbrennbare Folie verwendbar ist bzw. verwendet wird, oder wenn die Masse keine wesentliche Rolle spielt, sind erfindungsgemäß zur Vergrößerung der Zünd-Induktivität auch Mehrlagenanordnungen möglich, um das flexible Trägersubstrat zu realisieren. Hierbei kann jede Lage eine einzige Windung oder mehrere Windungen aufweisen. Diese können spiralförmig verlaufen. Neben flächigen Trägersubstraten sind auch zylindrische Ausbildungen realisierbar.

Durch geeignete Auslegung des Magnetfeldes der Geberseite und/oder durch passende Formung des Magnetflusses durch die Induktions- d. h. Aufnehmerspule hindurch, sowie durch geeignete Dimensionierung der Induktionsspule, ist es auch möglich, die Zündbrücke bspw. durch "Laserschneiden" direkt in der Dünnschicht der Spulenwindungsstruktur zu strukturieren. Der besagte Laserschnitt kann sich - ohne Beeinträchtigung der gewünschten Funktion - auch durch das Trägersubstrat hindurcherstrecken.

Die Induktionsspule kann - wie bereits erwähnt worden ist - als Zylinderspule ausgebildet sein, eine andere Möglichkeit besteht darin, die Induktionsspule nach Art einer Luftschlange zu wickeln.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Anzündeinrichtung für die Treibladung einer Patrone, insbesondere einer Infanteriepatrone. Es zeigen:

Fig. 1 in einem stark vergrößerten Maßstab eine erste Ausbildung der Anzündeinrichtung in einer Frontansicht,

Fig. 2 die Anzündeinrichtung gemäß Fig. 1 in Blickrichtung des Pfeiles II, d. h. in einer Seitenansicht,

Fig. 3 weiter vergrößert das Detail III in Fig. 1 zur Verdeutlichung der Zündbrücke,

Fig. 4 eine Vorderansicht einer weiteren Ausbildung der Anzündeinrichtung vor dem Zusammenrollen,

Fig. 5 die Anzündeinrichtung gemäß Fig. 4 nach dem Zusammenrollen zu einer Zylinderform,

Fig. 6 in einer Vorderansicht eine weitere Ausbildung eines Abschnittes der Anzündeinrichtung bzw. der Induktionsspule in Kombination mit der Zündbrücke und

Fig. 7 noch eine andere Ausbildung einer abgeschnitten gezeichneten Induktionsspule mit zugehöriger Zündbrücke einer Anzündeinrichtung für die Treibladung insbesondere einer Infanteriepatrone vor dem Zusammenrollen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausbildung der elektrischen Anzündeinrichtung 10 für eine Treibladung einer Patrone, insbesondere für die Treibladung einer Infanteriepatrone. Die Anzündeinrichtung 10 weist ein flexibles Trägersubstrat 12 mit einer kreisförmigen Umfangsrandkontur 14 auf. Auf einer Seite 16 des flexiblen Trägersubstrates 12 ist eine Induktionsspule 18 vorgesehen, die eine einzige Spulenwindung mit zwei zueinander eng benachbarten Spulenenden 20 aufweist. Die beiden Spulenenden 20 sind auch aus Fig. 3 ersichtlich. Die beiden Spulenenden 20 sind durch einen engen Spalt 22 voneinander beabstandet. Der Spalt 22 ist von einer Zündbrücke 24 sehr kleinen Querschnitts überbrückt, die mit den Spulenenden 20 der Induktionsspule 18 einstückig verbunden ist.

Zur Realisierung der Anzündeinrichtung 10 gemäß den Fig. 1 bis 3 kann bspw. wie folgt vorgegangen werden:

In einem ersten Verfahrensschritt wird die Seite 16 des flexiblen Trägersubstrates 12 ganzflächig mit einer Dünnschicht aus Kupfer bedeckt. Das kann durch Kathodenzerstäubung, durch Vakuumbedampfen o. dgl. in an sich bekannter Weise geschehen. Die Schichtdicke dieser Dünnschicht beträgt bspw. 30 bis 100 nm. Anschließend erfolgt eine Strukturierung des Leiterbildes der Induktionsspule 18 und der damit integral verbundenen Zündbrücke 24. Diese Strukturierung kann bspw. durch Abtragen des überflüssigen Kupfers mittels eines Lasers durch eine entsprechende Belichtungsmaske erfolgen. In einem daran anschließenden dritten Verfahrensschritt kann die verbleibende Dünnschicht bestehend aus der Struktur der Induktionsspule 18 und der Zündbrücke 24 chemisch verstärkt werden. Die sich hierbei ergebende Schicht weist bspw. eine Dicke von größenordnungsmäßig 5 µm auf.

Die chemisch verstärkte Metallstruktur wird im Bereich des Spaltes 22 mit einer Abdeckschicht versehen, durch welche die Zündbrücke 24 bedeckt wird. Das kann bspw. durch Siebdrucken oder fotolithografisch geschehen. Danach erfolgt eine galvanische Verstärkung, bei welcher die Induktionsspule 18 von einem Spulenende 20 bis zum anderen Spulenende 20 entsprechend verstärkt wird. Die galvanisch verstärkte Metallschicht der Induktionsspule 18 besitzt bspw. eine Dicke von 35 µm. Die Zündbrücke 24 besitzt demgegenüber - wie oben ausgeführt wurde - eine Dicke von 5 µm. In einem abschließenden Arbeitsgang wird dann die Abdeckung der Zündbrücke 24 wieder entfernt, wonach ein Substrat mit einer Vielzahl Nutzen in einzelne Trägersubstrate 12 zerlegt werden kann.

Die Fig. 4 verdeutlicht eine Ausbildung der elektrischen Anzündeinrichtung 10 mit einem flexiblen Trägersubstrat 12, das eine rechteckige Umfangsrandkontur 14' mit einem nasenförmigen Vorsprung 26 aufweist. Das flexible Trägersubstrat 12 weist eine Seite 16' und eine davon abgewandte Rückseite 28 auf. Die Seite 16' ist mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter und zueinander paralleler Abschnitte 30 einer Spulenwindungsstruktur 32 versehen. Die Abschnitte 30 sind derartig vorgesehen, daß sich die am einen Längsrand 34 des Trägersubstrates 12 vorgesehenen Endabschnitte 36 und die zum gegenüberliegenden Längsrand 38 benachbarten Endabschnitte 40 passend versetzt genau gegenüberliegen. Der letzte Abschnitt 30 ist an einer Kontaktstelle 42 von der Oberseite 16' zur Rückseite 28 des Trägersubstrates 12 durchkontaktiert. Der erste Abschnitt 30 ist mit einer Zündbrücke 24 integral ausgebildet und mit einer Kontaktstelle 44 versehen, an welcher der erste Abschnitt 30 der Spulenwindungsstruktur 32 von der Vorderseite 16' zur Rückseite 28 des flexiblen Trägersubstrates 12 durchkontaktiert ist. Die beiden Kontaktstellen 42 und 44 sind an der Rückseite 28 des Trägersubstrates 12 miteinander verbunden, was durch die strichlierte Linie 46 angedeutet ist.

Die Herstellung der Spulenwindungsstruktur 32 mit der Zündbrücke 24 kann bspw. auf eine ähnliche Weise erfolgen, wie sie oben in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben worden ist.

Nach der Realisierung der Spulenwindungsstruktur 32 mit der Zündbrücke 24 kann das flexible Trägersubstrat 12 zu einem Zylinder 48 zusammengerollt werden (sh. Fig. 5), wobei die Endabschnitte 36 und 40 der Abschnitte 30 der Spulenwindungsstruktur 32 miteinander elektrisch leitend zu einer schraubenlinienförmigen Induktionsspule 18 verbunden werden. Diese Verbindung kann bspw. durch Bonden o. dgl. erfolgen, um eine Induktionsspule 18 mit mehr als einer Spulenwindung zu realisieren. Der nasenförmige Vorsprung 26 mit der Zündbrücke 24 kann dann in die Querschnittsebene des Zylinders 48 geklappt werden, so daß sich die Zündbrücke 24 im Zentrum der Querschnittsebene des Zylinders 48 befindet.

Fig. 6 verdeutlicht schematisch abschnittweise eine Spulenwindungsstruktur 32 bzw. einen Abschnitt der Induktionsspule 18 mit einer relativ breiten Leiterbahn 50, in welcher mit Hilfe eines L-förmigen Laserschnittes 52 die Zündbrücke 24 realisiert ist. Bei dieser Ausbildung kann die Zündbrücke 24 und die Leiterbahn 50 die gleiche Dicke besitzen. Die Querschnittsreduktion der Zündbrücke 24 wird hier durch die entsprechende Breitenabmessung der Zündbrücke 24 im Vergleich zur Breitenabmessung der Leiterbahn 50, d. h. durch die entsprechende Einschnittiefe des Laserschnittes 50, in Querrichtung der Leiterbahn 50 realisiert.

Fig. 7 zeigt ein streifenförmiges flexibles Trägersubstrat 12. Das abgeschnitten gezeichnete relativ lange und schmale streifenförmige Trägersubstrat 12 ist mit einer breiten Leiterbahn 50 versehen, die am Trägersubstrat 12 festhaftend vorgesehen ist. Die Leiterbahn 50 weist bspw. eine Dicke von 9 µm oder von 17,5 µm auf. Die Breite der Leiterbahn 50 ist geringfügig kleiner als die Breite des streifenförmigen Trägersubstrates 12. Das streifenförmige Trägersubstrat 12 ist an seinen beiden voneinander entfernten Enden jeweils mit einer Querlasche 54, 56 ausgebildet. Die Leiterbahn 50 erstreckt sich mit voneinander entfernten Endabschnitten 58 und 60 zur jeweils zugehörigen Querlasche 54, 56. Der Endabschnitt 58 ist mit einer Engstelle 62 strukturiert, die eine Zündbrücke 24 bildet.

Das flexible Trägersubstrat 12 gemäß Fig. 7 wird nach Art einer sogenannten Luftschlange aufgewickelt. Bei diesem Aufwickeln entsteht eine Spiralspule mit sehr kleinem Windungsabstand. Die einzelnen Windungen der Spiralspule sind jeweils durch das flexible Trägersubstrat 12 voneinander elektrisch isoliert. Nach dem Wickeln der Spiralspule können die Querlaschen 54 und 56 nach innen gebogen und miteinander elektrisch leitend verbunden werden. Das kann durch Schweißen, Bonden o. dgl. geschehen.

Claims (10)

1. Elektrische Anzündeinrichtung für die Treibladung einer Patrone, insbesondere einer Infanteriepatrone, mit einer Induktionsspule (18), die mit einer Zündbrücke (24) zusammengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (18) ein flexibles Trägersubstrat (12) aufweist, das mit einer Spulenwindungsstruktur (32) versehen ist, und daß die gemeinsam mit der Spulenwindungsstruktur (32) am flexiblen Trägersubstrat (12) ausgebildete Zündbrücke (24) aus dem Material der Spulenwindungsstruktur (32) besteht und einen im Vergleich zur Spulenwindungsstruktur (32) kleinen Brückenquerschnitt besitzt.

2. Elektrische Anzündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Trägersubstrat (12) von einer Folie aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.

3. Elektrische Anzündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersubstrat-Folie aus Polyimid besteht.

4. Elektrische Anzündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwindungsstruktur (32) ein- oder mehrschichtig aufgebaut ist.

5. Elektrische Anzündeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwindungsstruktur (32) eine Dünnschicht aufweist, die chemisch und galvanisch verstärkt ist.

6. Elektrische Anzündeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündbrücke (24) von der Dünnschicht und von der chemischen Verstärkerschicht gebildet ist.

7. Elektrische Anzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwindungsstruktur (32) und die Zündbrücke (24) aus Kupfer, Aluminium oder Gold bestehen.

8. Elektrische Anzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Trägersubstrat (12) zur Massereduktion eine an die Spulenwindungsstruktur (32) und Zündbrücke (24) angepaßte Randkontur aufweist.

9. Elektrische Anzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwindungsstruktur (32) mindestens eine Spulenwindung aufweist.

10. Elektrische Anzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Trägersubstrat (12) mindestens eine Substratlage mit mindestens einer Spulenwindung aufweist.