DE2455903C2 - Elektrozünder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrozünder für das Zünden einer Explosivladung zum Starten eines Raketenmotors, mit einem Glühfaden, dtr durch Stromzufuhr erhitzt wird und eine Primärladung zündet mit zwei Zuführungsdrähten für den Anschluß an eine elektrische Stromquelle, und mit mindestens einem Verbindungsleiter, der wenigstens einen der Zuführungsdrähte mit einem Ende des Glühfadens verbindet, wobei der Elektrozünder aus druck- und temperaturfestem Material hergestellt ist und mindestens einer der ίο Zuführungsdrähte über ein Hochfrequenzfilter, das vom Metallgehäuse des Elektrozünders eingeschlossen ist, mit dem Glühfaden verbunden ist

Im Prinzip weist ein Elektrozünder einen Glühfaden

und eine leicht zündbare Explosivladung auf, die an dem

Glühfaden angeordnet ist. Wenn ein Stromimpuls durch

den Glühfaden fließt wild die Explosivladung aufgrund der in dem Glühfaden erzeugten Wärme 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. jo 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 befestigten 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. Es ist ein Zünder der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden (DE-OS 23 04 952), bei dem die beschriebenen Probleme nur teilweise dadurch gelöst werden können, daß der Verbindungsleiter so aufgebaut und angeordnet ist, daß er gleichzeitig als Hochfrequenzfilter wirkt. Durch einen solchen Hochfrequenzfilbo ter können aber die Probleme statischer Elektrizität nicht gelöst werden, so daß der Elektrozünder ungewollt gezündet werden kann, wenn statische Elektrizität auftritt. Das Spektrum der statischen Entladungen weist zwar in erster Linie Hochfrequenzh5 anteile auf, die durch den Hochfrequenzfilter gedämpft werden. Da aber statische Entladungen sehr hohe Spannungswerte haben können, gelangt dann immer noch beträchtliche elektrische Energie zum Glühfaden.

was zur unbeabsichtigten Zündung führen kann. Bei empfindlichen Hochfrequenzfiltern besteht auch die Gefahr, daß durch elektrostatische Enthdungen der bzw. die Hochfrequenzfilter beschädigt werden können, so daß hier ein Kurzschluß entsteht und bei der nächsten elektrostatischen Entladung bzw. bei Auftreten von Hochfrequenzstörungen diese nun gar nicht mehr oder nur noch unzureichend abgeschwächt werden, so daß der Zünder gezündet wird.

Diese Probleme werden bei einem vorbekannten Zünder dadurch gelöst, daß Zuführungsdrähte bzw. Verbindungsleiter hoher Impedanz verwendet werden, über die ein Erergiespeicherkondensator allmählich aufgeladen wird, bis eine genügende Spannung erreicht wird (US-PS 36 40 224). Dieser Zünder kann aber nicht sehr schnell gezündet werden, da nach dem Einschalten der Zündspannung erst der Energiespeicherkondensator aufgeladen werden muß, weshalb dieser vorbekannte Zünder nur für Spezialanwendungen benutzbar ist, bei denen es auf möglichst verzögerungsarme Zündung nicht ankommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Elektrozünder, beispielsweise zum Starten von Raketenmotoren, 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 elektrische Schaltungselemente zum Ausgleich elektrostatischer Potentialunterschiede zwischen den einen Verbindungsleiter und das Metallgehäuse, eine weitere Metallabschirmung und/oder den anderen Verbindungsleiter geschaltet sind, wobei diese Schaltungselemente am zuführungsseitigen Ende des jeweiligen Verbindungsleiters angeordnet sind.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Elektrozünders,

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild für einen derartigen Elektrozünder,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform des Schaltschemas,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des Schaltschemas, bei der der nichtlineare Bipol aus zwei gegeneinandergeschalteten Zenerdioden besteht,

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

F i g. 6 eine technisch-mechanische Ausführung einer anderen Ausführungsfoi'm des Elektrozünders und

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild für einen derartigen Elektrozünder.

Der in F i g. 1 dargestellte Elektrozünder weist einen Sockel 1 aus Metall auf, in dem der Zünder eingeschlossen ist. Durch dieses 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 F i g. 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 ve^rsehen, 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

in 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 Fig.2 bis 5 zeigen Schaltbilder für den Elektrozünder der Fig. 1, und das in den Figuren mit gestrichelter Linie gezeichnete Quadrat 1 symbolisiert den tatsächlichen Sockel, der mit Erde verbunden ist. In diesem Fall weist die Basis auch einen Teil auf, der den Glühfaden und die darauf befestigte pyrotechnische Mischung 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 hochfrequenzte elektromagnetische Energie, die in den Zünder von den Zuführungsdrähten und Kabeln außerhalb des Zündergehäuses geführt wird, und verhindern dadurch eine nicht gewünschte Zündung.

In F i g. 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 Zuführungsdrähten über die Funkenstrekke ausgeglichen werden. Der Hauptteil der Energie außerhalb des Glühfadens und der Zündmischung wird durch die Stromqelle über die Funkenstrecke abgelenkt.

Aus F i g. 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. Um 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 Durchbruchsspannung 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 F i g. 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 F i g. 6 gezeigt. Dieser Elektrozünder weist ein äußeres zylindrisches Gehäuse 18 aus Metall, beispielsweise Stahl, auf.

Die obere Endfläche des Gehäuses weist eine kreisförmige Bohrung 19 auf, durch die die Zuführungs- ι ο drähte 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 3' 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. Folglich ist der Zuführungsdraht 3' mit dem Glühfaden 26 über die Basis verbunden.

Der Glühfaden besteht aus Teilen, die sich in radialer ίο Richtung von der Endfläche des Verbindungsstiftes zu dem Socke! 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 Verbindungsstift des Zuführungsdrahtes 3 mit einem Hochfrequenzfilter in Form zweier Ferritringe 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.

Um 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, 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 F i g. 7 ist das Schaltbild für den Zünder der F i g. 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 Zuführungsdrähten eingeleitet wird, und Potentialunterschiede zwischen dem Sockel und den Zuführungsdrähten werden ausgeglichen.

Trotz der einfachen mechanischen Ausführung des Zünders gemäß den F i g. 6 und 7 im Vergleich zu dem Zünder gemäß den F i g. 1 bis 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 Dämpfungselemente 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-Filter. Anstelle, wie in F i g. 5 gezeigt eine Funkenstrecke zur Verbindung mit dem Sockel zu verwenden, kann es ebenfalls vorteilhaft sein, einen oder mehrere Halbleiter, beispielsweise Zenerdioden, zu verwenden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrozünder für das Zünden einer Explosivladung zum Starten eines Raketenmotors, mit einem Glühfaden, der durch Stromzufuhr erhitzt wird und eine Primärladung zündet, mit zwei Zuführungsdrähten für den Anschluß an eine elektrische Stromquelle, und mit mindestens einem Verbindungsleiter, der wenigstens einen der Zuführungsdrähte mit einem Ende des Glühfadens verbindet, wobei der Elektrozünder aus druck- und temperaturfestem Material hergestellt ist und mindestens einer der Zuführungsdrähte über ein Hochfrequenzfilter, das vom Metallgehäuse des Elektrozünders eingeschlossen ist. mit dem Glühfaden verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Schaltungs elemente (13, 13', 14, 15, 15a, 15/j, 16, 17, 32) zum Ausgleich elektrostatischer Potentialunterschiede zwischen den ein^n Verbindungsleiter (5,25) und das Metallgehäuse (1, 18), eine weitere Metallabschirmung (22) und/oder den anderen Verbindungsleiter (5, 25) geschaltet sind, wobei diese Schaltungselemente am zuführungsseitigen Ende des jeweiligen Verbindungsleiters (5,25) angeordnet sind.

2. Elektrozünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltungselemente zum Ausgleich elektrostatischer Potentialunterschiede einen nichtlinearen Bipol (14,15a, \5b) aufweisen, der mit den Zuführungsdrähten verbunden ist und parallel zu den Hochfrequenzfiltern (U) und den Glühfäden (8) angeordnet ist, und daß einer der Zuführungsdrähte mit dem Sockel verbunden ist.

3. Elektrozünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Bipol eine Funkenstrecke (14) aufweist.

4. Elektrozünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nich'.lineare Bipol einen odermehrereHalbleiter(15a, lStyaufweist.

5. Elektrozünder nach Anspruch ί. dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zuführungsdrähte direkt mit dem Sockel verbunden ist.

6. Elektrozünder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zuführungsdrähte mit dem Sockel (1) über einen nichtlinearen Bipol (16) verbunden ist.

7. Elektrozünder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem der andere Zuführungsdraht mit dem Sockel (1) über einen nichtlinea ren Bipol (17) verbunden ist.

8. Elektrozünder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltungselemente zum Ausgleich elektrostatischer Potentialuriterschiede ein mit dem Sockel (1, 22) verbundenes kapazitives Element (13,32) und die Hochfrequenzfilter (W) ein mit dem Glühfaden (8, 26) in Reihe geschaltetes induktives Element (12, 31) aufweisen.

9. Elektrozünder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzfilter (II) 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 das kapazitive Element (13, 13') verbunden ist.