DE2455903A1

DE2455903A1 - Elektrozuender

Info

Publication number: DE2455903A1
Application number: DE19742455903
Authority: DE
Inventors: Lars Evert Fredriksson; Sven Rickard Hermansson; Bengt Gustaf Dipl Ing Loevung; Kurt Anton Dr Phil Nygaard
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1973-11-27
Filing date: 1974-11-26
Publication date: 1975-05-28
Also published as: GB1488893A; NL7415397A; SE387736B; NL174395C; FR2252495B1; NO744249L; CH613500A5; NO142728B; SE7315995L; SE378139B; FR2252495A1; NO142728C; SE7413381L; DE2455903C2

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

FATENTAN WALTE

DR.-ING. R. GLAWE, MÖNCHEN DIPL-ING. K. DElFS, HAMBURG DIPL-PHYS. DR. W. MOLL, MÖNCHEN DIPL-CHEM. DR. U. MENGDEHL, HAMBURG

8 MDNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05 spez

MÖNCHEN

IHR ZEICHEN UNSER ZEICHEN A 68

2 HAMBURG 52 WAITZSTR. 12 TEL. (040) 89 22 55 TELEX 21 29 21 jpez

Aktiebolaget Bofors Bofors / Schweden

Elektrozünder

Die Erfindung betrifft einen Elektrozünder, der gegen zufällige Zündung geschützt ist, die durch elektromagnetische oder statische Elektrizität verursacht wird, durch die eine Explosivladung, beispielsweise Raketenmotoren, gezündet werden.

'Im Prinzip weist ein Elektrozünder einen Glühfaden und eine leicht zündbare pyrotechnische Mischung auf, die an dem Glühfaden angeordnet ist, um eine Explosivladung zu zünden.

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Wenn ein Stromimpuls durch den Glühfaden fließt, wird auf Grund der in dem Glühfaden erzeugten Wärme die pyrotechnische Mischung gezündet.

Zünder der oben beschriebenen Art werden sehr oft dann verwendet, wenn sie selbst bei sehr geringer Energieversorgung funktionssicher sein sollen. Es hat sich herausgestellt, daß die Sicherheit nicht so gut wie gewünscht ist, und daß der Zünder durch elektromagnetische Felder und statische Elektrizität vorzeitig ausgelöst werden kann, denen er während der Handhabung vor der gewünschten Zündung ausgesetzt werden kann.

Es ist festgestellt worden, daß eine derartige zufällige Zündung durch elektromagnetische Energie verursacht werden kann, die direkt dem Zünder zugeführt wird. Daher ist es bekannt, den Zünder in einem Gehäuse einzuschließen, das ihn von derartiger Energie abschirmt. Ein derartiger Zünder ist jedoch nicht gegen elektromagnetische Energie geschützt, die auf die Zuführungsdrähte zu dem Zünder außerhalb des Gehäuses wirkt. Die Drähte wirken als Antennen, wobei kurze Drähte empfindlich auf kurze Wellenlängen und hohe Frequenzen und längere Drähte empfindlich auf lange Wellenlängen und niedrige Frequenzen sind. Eine zufällige Zündung kann dann durch den Strom ausgelöst werden, der durch die Zuführungsdrähte dem Zünder zugeführt wird. Es ist daher notwendig, verschiedene Maßnahmen mit beispielsweise abgeschirmten Kabeln und getrennt befe-

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stigten Filtern zu ergreifen und Zünder zu wählen, die eine höhere Leistung erfordern. Eine "befriedigende lösung dieser Probleme kann jedoch mit bekannten ElektroZündern für Raketenmotoren nicht erzielt werden, wobei zusätzlich die erhältlichen Elektrozünder nicht gegen zufällige Zündung durch statische Elektrizität geschützt sind, die durch die Außenleiter dem Zünder zugeführt wird. Die Entladung statischer Elektrizität, die normalerweise eine hohe Intensität und.kurze Dauer aufweist, kann dann über den Glühfaden oder die Zündladung erfolgen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Elektrozünder, beispielsweise zum Starten von Eaketenmotoren, zu schaffen, der zum Zünden einen geringen Energiebedarf aufweist und gleichzeitig gegen zufällige Zündung sowohl durch statische Elektrizität als auch elektromagnetische Felder geschützt ist. .-■-."

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektrozünder aus Material hergestellt ist, das dem in dem Druckbehälter des Eaketenmotors auftretenden Druck und Temperatur ohne Punktierung widersteht, daß eine zufällige Zündung durch elektromagnetische Felder oder statische Elektrizität dadurch verhindert ist, daß mindestens einer der Zuführungsdrähte über ein Hochfrequenzfilter mit dem Glühfaden verbunden ist, und daß der gesamte Zünder'einschließlich des Filters in einem gemeinsamen Metallgehäuse eingeschlossen ist.

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OftfGINAL INSPECTED

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

ig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Elektrozünders _f

Fig. 2 ein Prinzipschalfbild für einen derartigen Elektrozünder,

Fig» 3 eine andere Ausführungsform des SehaltSchemas,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des SehaltSchemas, bei der der nichtlineare Bipol aus zwei gegeneinandergeschalteten Zenerdioden besteht,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Schaltschemas, bei der die zwei Zuführungsdrähte mit der Basis über Funkenstrecken verbunden sind,

Fig. 6 eine technisch-mechanische Ausführung einer anderen Ausführungsform des Elektrozünder und

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild für einen derartigen Elektrozünder.

!HSPECTED

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Der in Pig. 1 dargestellte Elektrozünder weist einen Sockel 1 aus Metall auf, in dem der Zünder eingeschlossen ist. Durch diese Verkapselung wird verhindert, daß hochfrequente elektromagnetische Energie eindringt. Der Sockel weist außerdem einen verbreiterten Teil 2 auf, der die, elektrischen Komponenten enthält, die im einzelnen mit Bezug auf die Pig. 2 bis 5" beschrieben werden. Die Zuführungsdrähte 3 und 3' für den Zünder werden durch, einen Endabschluß des Teils 2 geführt, und zum Zünden können die Drähte mit einer geeigneten Spannungsquelle verbunden werden. Der Sockel weist außerdem einen schmaleren Teil 4 auf, der die Verbindungsstifte 5 des Glühfadens umschließt. Dieser schmalere Teil 4 ist mit einem äußeren Gewinde 6 versehen, das in Verbindung mit einem Drehgriff 7 an der Endabdeckung des größeren Teils 2 den Zusammenbau in dem ersteren Teil des fertiggestellten Elektrozünders erleichtert. Eine nicht gezeigte Zündmischung aus geeignetem Material kann auf dem Glühfaden 8 angeformt werden. Die Verbindungsstifte 5 des Glühfadens sind mit Schultern 9 versehen und sind in irgendeinem Material 10, beispielsweise Aluminatzement, eingegossen, das dem Druck und den hohen Temperaturen widersteht, um zu vermeiden, daß der Raketenmotor, durchlöchert wird, wenn der Zünder direkt auf dem Druckbehälter des Raketenmotors befestigt verwendet wird.

Die Pig. 2 bis 5 zeigen Schaltbilder für den Elektrozünder . der Pig. 1, und das in den Piguren mit gestrichelter Linie gezeichnete Quadrat 1 symbolisiert den tatsächlichen Sockel, der

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mit Erde verbunden ist. In diesem Pail weist die Basis auch einen Teil auf, der den Glühfaden und die darauf befestigte pyrotechnische !,lischung umschließt. In Fig. 2 sind die Zuführungsdrähte· 3 und 3' über Hochfrequenzfilter 11 mit. dem Glühfaden 8 verbunden. Jeder Filter besteht im Prinzip aus einer Luftspule 12, 12' in Reihe mit dem Glühfaden und aus einem Kondensator 13, 13', der den Draht mit dem Sockel verbindet. Diese Filter dämpfen die hochfrequente elektromagnetische Energie, die in den Zünder von den Zuführungsdrahten und Kabeln außerhalb des Zündergehäuses geführt wird, und verhindern dadurch eine nicht gewünschte Zündung.

In Fig. 3 bestehen die Hochfrequenzfilter im Prinzip aus zwei Luftspulen 12, 12· in Reihe mit dem Glühfaden und aus einem Kondensator 13, 13', der den Punkt zwischen den Luftspulen mit dem Sockel verbindet. In diesem Fall ist der Zünder außerdem mit einer Funkenstrecke 14 mit niedriger Durchbruchspannung versehen, die dadurch einen Schutz gegen Entladung statischer Elektrizität gibt, daß Potentialunterschiede zwischen den Zuführungsdrahten über die Funkenstrecke ausgeglichen werden. Der Hauptteil der Energie außerhalb des Glühfadens und der Zündmischung wird durch die Stromwelle über die Funkenstrecke abgelenkt. Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die Funkenstrecke sowohl zu den Hochfrequenzfiltern als auch zu dem Glühfaden parallel verbunden ist. Der Zünder kann dadurch empfindlicher gemacht werden, verglichen mit dem Fall, wenn die Funkenstrecke nur parallel zu dem Glühfaden verbunden ist.

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TJm die statische Elektrizität weiterhin abzulenken, ist einer der Zuführungsdrähte/mit dem Sockel 1 durch die Verbindung 15 verbunden.

Aus Fig. 4 kann entnommen werden, daß die Funkenstrecke durch zwei Zenerdioden 15a und 15b ersetzt werden kann, die zueinander in Reihe, jedoch mit entgegengesetzter Polarität, verbunden sind. Dadurch wird in bekannter Weise ein Bipol erhalten, der bei Spannungen, die eine bestimmte Durehbruchspannung überschreiten, eine sehr geringe Impedanz unabhängig von der Polarität der Zuführungsdrähte aufweist. Falls die Polarität der Zuführungsdrähte festgelegt worden ist, ist es außerdem möglich, anstelle der zwei Zenerdioden mit entgegengesetzten Polaritäten nur eine einzelne Zenerdiode zu verwenden.

Anstelle einen der Zuführungsdrähte direkt mit dem Sockel zu verbinden, kann eine Verbindung über eine Funkenstrecke 16 gemäß Fig. 5 hergestellt werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, auch den anderen Zuführungsdraht mit einer weiteren Funkenstrecke 17 zu verbinden. Der Elektrozünder wird dadurch gegen Potentialunterschiede und gegen Überschläge zwischen den Zuführungsdrähten und dem Sockel geschützt.

Eine andere mechanische Ausführungsform des Elektrozünders wird in Fig. 6 gezeigt. Dieser Elektrozünder weist ein äußeres zylindrisches Gehäuse 18 aus Metall, beispielsweise Stahl, auf,

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Die obere Endfläche des Gehäuses weist eine kreisförmige Bohrung 19 auf, durch die die Zuführungsdrähte 3, 3' in den Zünder eingeführt werden. Die Umfangsfläche des äußeren Gehäuses 18 ist mit einem äußeren Gewinde 20 zur Erleichterung des Einbaus direkt in der Wand des Druckbehälters des Raketenmotors und mit einem abdichtenden O-Ring 21 zum Abdichten der Verbindung versehen. Der Zünder weist außerdem einen Sockel 22 auf, der konzentrisch in dem äußeren Gehäuse angeordnet ist, wobei der Sockel ähnlich dem äußeren Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ist. Der Sockel besteht außerdem aus Metall, ist jedoch elektrisch von dem äußeren Gehäuse isoliert und umschließt vollständig den Zünder* Durch diese vollständige Einkapselung kann hochfrequente elektromagnetische Energie nicht eindringen.. Der Sockel weist einen breiteren Teil 23» der die elektrischen Komponenten enthält, und einen schmaleren Teil 24 auf, der im wesentlichen den Verbindungsstift 25 zwischen einem der Zuführungsdrähte 3 und dem Glühfaden 26 umschließt. Der andere Zuführungsdraht 3' ist direkt mit dem Sockel über eine Lötstelle verbunden. Um die Lötung zu erleichtern und den Zuführungsdraht 3¹ an der Innenwand des Sockels zu befestigen, ist innerhalb des Sockels ein kreisförmiger Kupferkäfig 28 angelötet. Ein Teil des Kupferkäfigs 28 ist so ausgebreitet, daß ein abschnittförmiger Raum zwischen dem Käfig und der Innenwand des Sockels ausgebildet ist, wobei der Zuführungsdraht 3' in dem Raum durchgeführt und gelötet wird. Polglich ist der Zuführungsdraht 3¹ mit dem Glühfaden 26 über die Basis verbunden.

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Der Glühfaden besteht aus Teilen, die sich in radialer Richtung von der Endfläche des Verbindungsstiftes~zu dem Sockel hin erstrecken, um die Zündung zu erleichtern. Zum Zünden werden die Zuführungsdrähte 3 und 3' mit einer geeigneten Spannungsquelle so verbunden, daß ein Stromimpuls durch den Glühfaden fließen kann. Durch die in dem Glühfaden erzeugte Hitze wird die an diesem befestigte pyrotechnische Mischung 29 gezündet. Die pyrotechnische Mischung ist sogar mit einem Gehäuse 30 aus beispielsweise rostfreiem und vergoldetem Metall versehen, das tassenförmig ausgebildet und auf dem kleineren Teil 24 des Sockels aufgeschrumpft ist.

Um den Zünder gegen zufällige Zündung durch elektromagnetische Energie zu schützen, die in den Zünder von den Zuführungsdrähten und von den Kabeln außerhalb des Zündergehäuses eingeleitet wird, und um den Zünder gegen statische Elektrizität zu schützen, ist der Yerbindungsstift des Zuführungsdrahtes 3 mit einem Hochfrequenzfilter in Form zweier Perritringe 31, die den Verbindungsstift 25 umschließen, und mit einem Kondensator 32 versehen, der ebenfalls den Verbindungsstift umschließt und den Verbindungsstift mit dem Sockel über einen Kupferring 33 verbindet.

TJm zu verhindern, daß der Raketenmotor durchlöchert wird, wenn der Zünder direkt auf dem Druckbehälter des Raketenmotors befestigt verwendet wird, sind der Sockel und der Verbindungsstift teilweise in einem Material 34, beispielsweise Glas,

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eingegossen, das dem Druck und den hohen Temperaturen widersteht. Um außerdem den Raketenmotor gegen Durchlöcherung zu schützen, ist der Sockel mit einer Zwischenwand 35, versehen, die beiträgt, den Druck innerhalb des Raketenmotors aufrechtzuerhalten. Die Zwischenwand ist mit einer kreisförmigen Bohrung 36 für den Verbindungsstift versehen. Damit der Sockel an seiner Stelle verbleibt und von dem äußeren Gehäuse isoliert ist, sind zwischen dem Sockel und dem äußeren Gehäuse Abstandshalter 37 aus keramischem Material vorgesehen.

In Fig. 7 ist das Schaltbild für den Zünder der Fig. 6 dargestellt, und in der Figur symbolisiert das mit der gestrichelten linie gezeichnete Quadrat den Sockel 22 und die durchgehende Linie das äußere Gehäuse 18. Aus, der Figur geht hervor, daß das äußere Gehäuse elektrisch von dem Sockel isoliert und mit Erde verbunden ist. Einer der Zuführungsdrähte 3 ist über einen Hochfrequenzfilter mit dem Glühfaden 26 und der andere Zuführungsdraht 3' direkt mit dem Sockel 22 verbunden. Der Filter besteht im wesentlichen aus einer Luftspule 31 in Reihe mit dem Glühfaden und aus einem Kondensator 32» der mit dem Sockel verbunden ist. Durch diese Spulenanordnung und Verbindung mit dem Sockel wird hochfrequente elektromagnetische Energie geschwächt, die in den Zünder von den Zuführungsdrahten eingeleitet wird, und Potentialunterschiede zwischen dem Sockel und den Zuführungsdrähten werden .ausgeglichen.

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Trotz der einfachen mechanischen Ausführung des Zünders

gemäß den Fig. 6.und ¹J Im Vergleich zu dem Zünder gemäß den Fig. 1 Ms 5 hat es sich herausgestellt, daß der Zünder außerordentlich gut die Anforderungen erfüllt, die "bezüglich Sicherheit gegen zufällige Zündung erhoben werden. Berechnungen .zeigen, daß eine derartige integrierte Einrichtung in dem Elektrozünder, in dem die Oämpfungselemente zusammen in einer Einheit eingebaut sind, 75 dB bei 50 MHz in einem 3 Ohm System dämpft und statischen Entladungen von 25 kV bei 500 pF und Druckunterschieden von 50 MPa bei Gastemperaturen von 2000⁰C in dem Raketenmotor widersteht.

Bei anderen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, einen anderen Hochfrequenzfilter als den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten zu verwenden, beispielsweise einen sogenannten L-FiIter. Anstelle, wie in Fig. 5 gezeigt, eine Funkenstrecke zur Verbindung mit dem Sockel zu verwenden, kann es ebenfalls vorteilhaft sein, einen oder mehrere Halbleiter, beispielsweise Zenerdioden, zu- verwenden.

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Claims

Patentansprüche

1./ Elektrozünder zum Zünden einer Explosivladung, beispielsweise zum Starten eines Raketenmotors, mit einem Glühfaden, der durch Stromzufuhr erhitzt wird und eine erste Ladung zündet, dadurch gekennzeichnet , daß der Elektrozünder aus Material hergestellt ist, das dem in dem Druckbehälter des Eaketenmotors auftretenden Druck und Temperatur ohne Auftreten von löchern widersteht, daß eine zufällige Zündung durch elektromagnetische leider oder statische Elektrizität dadurch verhindert ist, daß mindestens einer der Zuführungsdrähte (3, 3') über ein Hochfrequenz-Filter mit dem Glühfaden (26) verbunden ist, und daß der Zünder einschließlich des Filters in einem gemeinsamen Metallgehäuse (1, 22) eingeschlossen ist.

2. Elektrozünder nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß einer der Zuführungsdrähte (3) mit dem Glühfaden (26) über den Hochfrequenz-Filter (31, 32) und der andere Zuführungsdraht (3¹) mit dem Sockel (22) und dem Glühfaden (26) verbunden ist, der zwischen dem ersten Zuführungsdraht (3) und dem Sockel (22) ist.

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5. Elektrozünder nach. Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η et, daß "beide Zuführungsdrähte (3, 3¹) mit dem Glühfaden (8) über Hochfrequenz-3?ilter ( 11) verbunden sind.

4* Elektrozünder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn ze lehne t , daß die Zuführungsdrähte mit einem niehtlinearen Bipol (14, 15a, 15b) verbunden sind, der parallel zu den Hochfrequenz-3Piltern (11) und dem Glühf a— den (8) angeordnet ist, und daß einer der Zuführungsdrähte mit dem Sockel verbunden ist.

5- Elektrozünder nach Anspruchs, dadurch g e k e η η ζ e i ohne t , daß der nichtlineare Bipol eine Punkenstrekke (14) aufweist.

6. Elektrozünder nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e i ohne t , daß der nichtlineare Bipol einen oder mehrere Halbleiter (15a, 15b) aufweist.

7· Elektrozünder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η ζ e 1 c h η e t , daß einer der Zuführungsdrähte direkt mit dem Sockel verbunden ist.

8. Elektrozünder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß einer der Zuführungsdrähte mit dem Sockel (1) über einen nichtlinearen .Bipol (16) verbunden ist.

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9. Elektrozünder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem der andere Zuführungsdraht mit dem Sockel (1) über einen nichtlinearen Eipol (17) Verbunden ist.

10. Elektrozünder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Hochfrequenz-Filter (11) ein mit dem Glühfaden (8, 26) in Reihe geschaltetes induktives Element (12, 51) und ein mit dem Sockel (1, 22) verbundenes kapazitives Element (13, 32) aufweisen.

11. Elektrozünder nach einem der Ansprüche 1 bis 9 _f dadurch gekennzeichnet , daß die Hochf requenz-Pilter (11) zwei induktive Elemente (12, 12') aufweisen, die in Reihe mit dem Glühfaden (8) geschaltet sind, und daß der Punkt zwischen diesen induktiven Elementen mit dem Sockel über ein kapazitives Element (13, 13') verbunden ist.

12. Elektrozünder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein elektrisch von dem Sockel (22) isoliertes äußeres Gehäuse (18) und durch Einrichtungen (20, 21) zum Befestigen des Zünders direkt an der Wand des Druckbehälters des Raketenmotors.

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