DE2931765A1 - Detonator ohne initialsprengstoff - Google Patents
Detonator ohne initialsprengstoffInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F42C19/08—Primers; Detonators
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Description
DIEHL GMBH & CO., Stephanstr. 49, 8500 Nürnberg
Detonator ohne Initialsprengstoff
Die Erfindung betrifft einen Detonator zum elektrishen Zünden von
Explosivstoffen, insbesondere Sprengstoffen.
Ein Detonator zum unmittelbaren elektrischen Zünden von Sekundärsprengstoffen ist bereits aus der DE-PS 16 46 337 bekannt. Bei
diesem Detonator handelt es sich um einen Spaltpolkörper, dessen Spalt von einer dünnen, zumindest halbleitenden Schicht überbrückt wird. Zur Erzielung einer hohen Zündwilligkeit des Sekundärsprengstoffs wird dessen Korngrößenverteilung so gewählt, daß
zumindest der an der halbleitenden Schicht anliegende Teil des Sekundärsprengstoffes spezifische Oberflächen im Bereich zwischen
300 und 10 000 cm2/g aufweist.
Nachteilig bei dieser vorbekannten Erfindung ist einmal die recht
komplizierte Herstellung des Spaltpolkörpers mit einer Spaltbreite des Polkörpers zwischen 20 und einigen 100 ^u, was hohe
feinmechanische Anforderungen an die Fertigungseinrichtung stellt
und entsprechend den Detonator verteuert. Zum anderen setzt das
Aufbringen und Kontaktieren der Halbleiterschicht einen zusätzlichen aufwendigen Herstellungsprozeß voraus. Weiter erfordert
ein sicheres Funktionieren dieses vorbekannten Detonators eine genaue Kenntnis der Korngrößenverteilung des verwendeten Sekundärsprengstoffes,
dessen erwünschte Feinkörnigkeit bzw. spezifische Oberfläche durch Mahlen des handelsüblichen Sekundärsprengstoffes
erreicht werden muß.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Detonator ohne
Initialsprengstoff der eingangs besprochenen Art in einfacher tfeise herzustellen, ohne daß die kostenintensiven und aufwendigen
Herstellungsschritte der oben erwähnten Patentschrift erforderlich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der Detonator erfindungsgemäß mindestens ein Piezoelement auf, das zumindest teilweise von
Sekundärsprengstoff umgeben ist und das mit einem steil ansteigenden Spannungsimpuls beaufschlagbar ist und dadurch außerordentlich schnell expandiert und daß damit der anliegende Sekundärsprengstoff durch die entstehende Stoßwelle initiierbar ist.
Bei dieser Erfindung wird die Eigenschaft von Sprengstoffen ausgenutzt, durch Stoßdruck initiierbar zu sein. So ist z. B. Tetryl
ab etwa 10 kbar Stoßdruck initiierbar.
Neu ist hierbei des Prinzip, zur Erzeugung einer Stoßwelle im
Sekundärsprengstoff, die zur Initiierung des Sprengstoffs führt,
den piezoelektrischen Effekt auszunutzen. Man kann mit einer Scheibe aus einer bestimmten Piezokeramik bei einer Kompression
um 1 ^Ltm eine Spannung von 2 kV an den gegenüberliegenden Flächen
abnehmen. Umgekehrt tritt beim Anlegen einer entgegengesetzt gepolten Spannung von 2 kV eine Expansion um 1yum auf. Diese Expansion verläuft bei entsprechend steilem Spannungsanstieg außerordentlich schnell, so daß im die Keramik umgebenden Medium eine
Stoßwelle initiiert wird, die sich wegen der Massenträgheit des Sprengstoffs, der während der Expansionszeit beschleunigt wird,
ausbildet.
Nach dem Standard!eierungsUbereinkommen der Nato STANAG 3525
müssen alle Primärsprengstoffe (Initialsprengstoffe) sicherbar sein, d. h. aus der Zündlinie schwenkbar bzw. durch Scheiben von
der Hauptladung des Sekundärsprengstoffs trennbar sein. Bei
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Sekundärsprengstoffen ist dies nicht zwingend vorgesehrieben.
Die Grenze der Empfindlichkeit liegt bei Tetryl. Die Verwendung von Tetryl bzw. von anderen Sekundärsprengstoffen von gleicher
oder geringerer Empfindlichkeit führt daher zu einer erheblichen Vereinfachung beim Bau von Zündern, da die sonst notwendigen
komplizierten mechanischen Sicherungsvorrichtungen überflüssig
sind. Günstig ist bei der Erfindung weiterhin, daß handelsübliche Sekundärsprengstoffe ohne zusätzliches Mahlen verwendet werden
können.
In bevorzugter Ausführung werden zwei oder mehr Piezoelemente verwendet, die elektrisch parallel und mechanisch in Serie geschaltet
sind. Hierdurch kann bei vorgegebener Maximalspannung
die insgesamt erreichbare Expansionsamplitude der Piezoelemente vergrößert werden.
Weiterbildungen der Erfindung beziehen sich darauf, daß die
Sprengkapsel verdämmt oder unverdämmt ausgeführt sein kann,
was ^e nach Anwendungsfall einen weiteren Vorteil darstellt.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht weiterhin vor, daß dein Sekundärsprengstoff ein Metallpulver und/oder andere
Zusätze beigemischt sind, so daß die Dichte des Sekundärsprengstoffs
erhöht wird. Durch diese Maßnahme wird die Ausbildung
einer Stoßwelle erleichtert. Dem gleichen Ziel dient ein Schwermetalleinsatz,
vorzugsweise aus Blei, der von Sekundärsprengstoff umgeben ist und der parallel dem Piezoelement gegenübersteht, wobei die Querschnittsfläche des Schwermetalleinsatzes
kleiner ist als die Querschnittsfläche einer Ausnehmung des Detonators.
Günstig bei der Erfindung ist weiterhin, die Querschnittsfläche
des Piezoelements entsprechend der inneren Querschnittsfläche der Ausnehmung des Detonators auszubilden, so daß sich die Stoßwelle
als ebene Fläche durch den Sekundärsprengstoff ausbreitet.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist das Piezoelement als
rohrförmiger Körper ausgebildet, an dessen Außenumfang und Innenumfang
Elektroden koaxial angebracht sind und der innen und/oder außen von Sekundärsprengstoff umgeben ist. Dieses Ausführungsbeispiel
kann vor allem bei rotationssymmetrischen Körpern vorteilhaft verwendet werden. Bei schnell rotierenden Geschossen ist
hierbei der steil ansteigende Spannungsimpuls so groß zu wählen,
daß die Piezospannung, die von der Zentrifugalbeschleunigung hervorgerufen
wird, kompensiert wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Detonator in verdammter Ausführung mit einem
dem Piezoelement gegenüberliegenden Schwermetalleinsatz,
Fig. 2 zwei Piezoelemente, die elektrisch parallel und mechanisch
in Serie geschaltet sind,
Fig. 3 einen Detonator mit einem rohrförmigen Piezoelement,
das an seinem Außenumfang versteift ist,
Fig. 4 eine elektronische Schaltung zur Zündung des Detonators.
Fig. 1 zeigt einen Detonator 1, bestehend aus einem topfförmigen
Behälter 2, vorzugsweise aus Stahl, der eine Ausnehmung 3 aufweist, deren Querschnittsfläche 4 größer oder gleich der Auflageflächen
6 eines plattchenförmigen Piezoelements 5 ist, das auf
der Querschnittsfläche 4 der Ausnehmung 3 angebracht ist. In
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Üblicher Weise sind auf beiden Seiten des plättchenförmigen Piezoelements 5 flächenhaft ausgebildete gegebenenfalls isoliert
ausgeführte Elektroden 7 angebracht, die über nicht näher dargestellte Elektrodenzuleitungen die zur Zündung notwendige Energie
dem Piezoelement 5 zuführen. Sekundärsprengstoff 8 ist z. B.
unmittelbar auf einer Seite des mit Elektroden 7 versehenen Piezoelements
5 aufgepreßt und damit der Behälter 2 gefüllt. Zum Zwecke der Verdammung ist die Ausnehmung 3 durch eine Überwurfscheibe 9
und eine Ausgleichsscheibe 10, die z. B. aus Metall bestehen, verschlossen. Die Überwurfscheibe 9 wird z. B. mit einem Gewinde
11, das sich entsprechend auch am oberen äußeren Rand 12 des runden
topf förmigen Behälters 2 befindet, angeschraubt. Die Überwurf
scheibe 9 drückt hierbei mit ihrer planen Innenseite auf die
ebenfalls plane, kreisrunde Ausgleichsscheibe 10, die in die Ausnehmung 3 eingepaßt ist und ihrerseits auf dem Sekundärsprengstoff
8 aufliegt. Zur Verbesserung der Sprengwirkung kann erfindungsgemäß
eine Schwermetalleinlage 13 als Widerlager, vorzugsweise aus Blei bestehend, dem Piezoelement 5 gegstüberstehen, wobei
die Schwermetalleinlage 13 allseitig mit Sekundärsprengstoff 8 umgeben ist. Bei einem kreisrunden Behälter 2 kann diese
Schwermetalleinlage 13 als kreisrunde zylindrische Scheibe ausgeführt sein, deren Querschnittsfläche 14 kleiner als die Querschnittsfläche
4 der Ausnehmung 3 ist und die koaxial in der Ausnehmung 3 angeordnet ist. Im Sinne dieser Erfindung können auch
andere Behälter 2 verwendet werden, die nicht rotationssymmetrisch
sind und deren Ausnehmungen 3 und Schwermetalleinlagen 13 keine
kreisrunden Querschnitte aufweisen. Erfindungsgemäß ist es weiterhin denkbar, daß der Sekundärsprengstoff 8 direkt auf dem
Boden aufliegt und daß das Piezoelement 5 zwischen Sekundärsprengstoff 8 und Ausgleichsscheibe 10 angebracht ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden in Fig. 2 zwei Piezoelemente 5 verwendet, die über eine dünne flächenhaft ausgebildete
und mit einer Elektrodenzuleitung 16' versehenen Mittelelektrode 7 * auf einanderliegen, wobei die äußeren Elektroden 7
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ORIGINAL INSPECTED
Über Elektrodenzuleitungen 16 miteinander verbindbar sind. Da
lange Elektrodenzuleitungen 16 und 16· mit entsprechend hohen Induktivitäten behaftet sind, verwendet man, wegen des zur Zündung
notwendigen steil ansteigenden Spannungsimpulses, bevorzugt
kurze Elektrodenzuleitungen 16 und 16·.
Von Vorteil kann auch die Verwendung eines unverdämmten Detonators
1 sein. Für diesen Fall sind die Überwurfscheibe 9 und die
Ausgleichsscheibe 10 abnehmbar angebracht.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann in dem Behälter 2 ein rohrförmiges Piezoelement 15 verwendet werden,
an dessen Innen- und Außenumfang jetzt ringförmige Elektroden 17 sowie innen Sekundärsprengstoff 8 koaxial angeordnet sind. Die
Elektroden 17 sind in nicht näher dargestellter Weise mit Zuleitungen verbunden. Beim Anlegen eines steil ansteigenden Spannungsimpulses an die beiden Elektroden 17 wird eine radiale nach innen
laufende Stoßwelle im Sekundärsprengstoff 8 erzeugt.
In Weiterbildung dieses Beispiels sind auch Ausführungsformen
denkbar, bei denen sich der Sekundärsprengstoff 8 sowohl innerhalb
als auch außerhalb des Piezoelements 5 befindet. Weiter können erfindungsgemäß auch zwei oder mehr konzentrische gegenläufig
sich bewegende rohrförmige Piezoelemente 15 verwendet
werden, die den dazwischenliegenden Sprengstoff zusammenpressen.
Diese Weiterbildung der Erfindung kann auch auf plättchenförmige
Piezoelemente 5 der Figuren 1 und 2 übertragen werden, wobei
zwischen sich gegenläufig bewegende Piezoelemente 5 der Sekundärsprengstoff
8 angeordnet ist.
Die Erzeugung des zur Zündung erforderlichen Spannungsimpulses
kann erfindungsgemäß durch eine elektronische Schaltung nach
Fig. 4 erfolgen, die nachstehend beschrieben ist. Ein Piezogenerator
20 erzeugt in bereits bekannter Weise elektrische
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,9 _
Energie, die bei Erreichen einer ausreichend hohen Spannung von beispielsweise 2 kV über eine Funkenstrecke 21 auf die
Kapazität des Piezoelements 5 bzw. 15 umgeladen wird und damit den SekundärSprengstoff 8 zündet. Hierbei sind der Piezogenerator
20, die Funkenstrecke 21 und das Piezoelement 5 bzw.
15 elektrisch in Serie geschaltet. In bevorzugter Ausführung liegt parallel zum Piezogenerator 20 ein Sicherungsschalter 22,
der beispielsweise bis zum Abschuß des Geschosses kurzgeschlossen ist. Weiter ist es vorteilhaft, parallel zum Piezoelement 5
bzw. 15 einen relativ hochohmigen Widerstand 23 zu schalten, der Ladungen, die z. B. durch Ionisation vergleichsweise langsam
an dem Piezoelement 5 bzw. 15 entstehen, abbaut.
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e e rs eit
Claims (9)
- Patentansprüche:Detonator ohne Initialsprengstoff zum elektrischen Zünden von Explosivstoffen, insbesondere Sprengstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Detonator (1) mindestens ein Piezoelement (5) aufweist, das zumindest teilweise von Sekundärsprengstoff (8) umgeben ist und das mit einem steil ansteigenden Spannungsimpuls beaufschlagbar ist und dadurch außerordent lieh schnell expandiert und daß damit der anliegende Sekundärsprengstoff (8) durch die entstehende Stoßwelle initiierbar ist.
- 2. Detonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Piezoelemente verwendet werden und daß die Piezoelemente (5) elektrisch parallel und mechanisch in Serie geschaltet sind.
- 3. Detonator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Piezoelement (5) und den Sprengstoff (8) enthaltende Detonator (1) mit einer Verdammung (9, 10) versehen ist.
- 4. Detonator nach einem der Ansprüche 1 oder 2r dadurch gekennzeichnet, daß der Detonator (1) unverdämmt ausgeführt ist.
- 5. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß dem Sekundärsprengstoff (8) ein Metallpulver und/oder andere Zusätze beigemischt sind» so daß die Dichte des Sekundärsprengstoffs erhöht wird.030066/0572ORIGINAL INSPECTED
- 6. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiger Schwermetalleinsatz (13), vorzugsweise aus Blei, der von Sekundärsprengstoff (8) umgeben ist, parallel dem Piezoelement (5) gegenüber steht, wobei die Querschnittsfläche (14) des Schwermetalleinsatzes (13) kleiner ist als die Querschnittsfläche (4) einer Ausnehmung (3) des Detonators (1), die den Sekundärsprengstoff (8) enthält.
- 7. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Auflageflächen (6) des plättchenförmigen Piezoelements (5) der Querschnittsfläche (4) der Ausnehmung (3) des Detonators (1) entsprechen.
- 8. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement als rohrförmiger Körper (15) ausgebildet ist, an dessen Außenumfang und Innenumfang ringförmige Elektroden (17) koaxial angebracht sind und der innen und/oder außen von Sekundärsprengstoff (8) umgeben ist.
- 9. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des steil ansteigenden Spannungsimpulses ein an sich bekannter Piezogenerator (20) verwendbar ist, der über eine Funkenstrecke (21) mit dem Piezoelement (5) verbindbar ist, wobei parallel zum Piezogenerator (20) ein KurzSchlußschalter (22) geschaltet ist.0. Detonator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Piezoelement (5) ein Widerstand (23) geschaltet ist.30066/0572
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