DE2937933C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Zünder mit einer pyrotechnischen, leitfähigen Zündverbindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der CH-PS 5 03 968 ist bereits ein elektrischer Zünder mit einer zwischen zwei Elektroden angeordneten pyrotechnischen, leitfähigen Zündverbindung bekannt. Diese Zündverbindung steht mit der pyrotechnischen Nutzladung des Zünders in Berührung, ebenso wie mit zwei Elektroden, die durch einen elektrischen Widerstand überbrückt sind. Die eine Elektrode ist aus einem metallischen Rundkörper gebildet, während die andere einen Metallkörper bildet, der eine zu dem Rundkörper parallele, ebene Oberfläche aufweist. Der die Elektroden überbrückende Widerstand weist eine ausgeprägt spannungsabhängige Widerstandscharakteristik auf. Je nach Anwendung soll der Widerstandswert mit zunehmender Spannung abnehmen oder zunehmen, um zu erreichen, daß der Zünder anspricht, wenn eine durch die Daten des Halbleitermaterials, aus dem der Widerstand besteht, und des Zündsatzes festgelegte Spannung überschritten wird.

Eine pyrotechnische, leitfähige Zündverbindung kann aus einem Sprengstoff gebildet sein, dem ein besonderer leitfähiger Stoff beigegeben ist, z. B. Graphit. Es ist aber schwierig, eine perfekte Homogenität der pyrotechnischen, leitfähigen Verbindung zu verwirklichen, so daß bei der Serienherstellung beträchtliche Abweichungen zwischen den elektrischen Widerständen der verschiedenen Proben der Verbindung festgestellt werden. Der elektrische Widerstand der pyrotechnischen, leitfähigen Verbindungen verändert sich auch mit der Zeit, wodurch beträchtliche Änderungen der Betriebsbedingungen dieser Zünder verursacht werden. Die Erfahrung hat weiter gezeigt, daß die als Isolierbrücke zwischen den Elektroden des Zünders dienende Rundscheibe einen elektrostatischen Speicher bilden kann, der die Ursache von außergewöhnlichen Auslösungen sein kann. Versuche haben gezeigt, daß der Energiebereich für die Auslösung dieser Zünder sehr ausgedehnt ist. Bei niedrigen Spannungen kann der Zünder ausnahmsweise mit Energien von einigen Mikrojoule arbeiten, während bei anderen Zündern außergewöhnliche Zündversager bei einer Energie in der Größenordnung des Joule festgestellt werden können.

Die Mehrzahl der genannten Mängel kann durch die Tatsache erklärt werden, daß der elektrische Widerstand der pyrotechnischen, leitfähigen Verbindung sich in Abhängigkeit von der elektrischen Energie ändert, die daran angelegt wird. Diese beruht auf der Tatsache, daß die leitfähigen Teilchen (im allgemeinen Graphit) ungleichmäßig in der pyrotechnischen Verbindung dieser Zünder verteilt sind. Bei einer relativ niedrigen Spannung läuft der Strom zwischen den leitenden Teilchen auf langen und gewundenen Wegen. Wenn jedoch der Zünder einer relativ hohen Spannung ausgesetzt wird, so werden die genannten Stromwege durch kleinste Bogenentladungen kurzgeschlossen, so daß der Zünder auf einem dynamischen Widerstand arbeitet, dessen Wert wesentlich niedriger als der statische Widerstand bei niedriger Spannung ist. Daraus wird verständlich, daß unter diesen Bedingungen die Auslösung bei einer sehr geringen Energieschwelle erfolgen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zünder mit pyrotechnischer Verbindung zu schaffen, der gegenüber den bekannten Zündern eine bedeutend verbesserte Funktionssicherheit und -zuverlässigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Zünder durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Wegen des bei dem erfindungsgemäßen Zünder parallel zu der pyrotechnischen, leitfähigen Verbindung geschalteten konstanten Widerstandes wird die Zündenergie zwischen diesem parallelgeschalteten Widerstand und der pyrotechnischen Verbindung verteilt. Dadurch wird eine Funktionskonstanz des Zünders erreicht, die derjenigen bei den herkömmlichen Ausführungsformen überlegen ist.

Daürber hinaus wird durch die Parallelschaltung des konstanten Widerstands zu der leitfähigen Verbindung, deren Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der angelegten Energie stark ändern, eine hohe Unempfindlichkeit des Zünders in bezug auf Zündversager erreicht, ohne daß dadurch die Schwelle für eine sichere Funktion des Zünders spürbar beeinflußt wird.

Die Ringscheibe aus elektrischem Widerstandsmaterial ersetzt Ringscheiben aus dielektrischem Material, die bei bekannten elektrischen Zündern Anwendung finden.

Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines elektrischen Zünders; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des elektrischen Zünders.

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Der Zünder enthält eine äußere, im wesentlichen zylindrische Metallhülle 1, welche die pyrotechnische Nutzladung 2 des Zünders und die leitfähige Verbindung 3 umschließt. Die pyrotechnische Nutzladung 2 ist von der äußeren Metallhülle 1 durch einen Metallbecher 4 getrennt, dessen Boden mit einer mittleren Öffnung 5 versehen ist. Die pyrotechnische Nutzladung 2 ist von einer Metallschale 2a bedeckt, die diese Ladung 2 zu der pyrotechnischen, leitfähigen Verbindung 3 hin komprimiert. Diese leitfähige Verbindung 3 ist in Berührung mit der Nutzladung 2, und zwar durch die mittlere Öffnung 5 des Bechers 4 hindurch.

Die leitfähige Verbindung 3 ist in elektrischem Kontakt mit zwei Elektroden. Die erste Elektrode ist gebildet aus einem Metallkörper 6, der eine ebene Oberfläche 8 aufweist, die in Berührung mit der leitfähigen Verbindung 3 ist. Die andere Elektrode ist aus einer metallischen Ringscheibe 7 gebildet die unter dem Metallbecher 4 parallel zur ebenen Oberfläche 8 angeordnet ist. Die Ringscheibe 7 und der Metallkörper 6 sind elektrisch von der äußeren Metallhülle 1 durch einen Isolierbecher 9 isoliert, der diese Ringscheibe 7 und den Metallkörper 6 umgibt.

Die ebene Oberfläche 8 des Metallkörpers 6 ist ferner von der Ringscheibe 7 durch eine weitere Ringscheibe 10 getrennt, deren Abmessungen im wesentlichen die gleichen wie diejenigen der Ringscheibe 7 sind. Diese Ringscheibe 10 hat einen vorbestimmten elektrischen Widerstand, der in Abhängigkeit von der daran angelegten Energie stabil ist. Ein zylindrischer Hohlraum der durch Öffnungen 7a und 10a der Ringscheiben 7 bzw. 10 gebildet ist, ist mit der pyrotechnischen leitfähigen Ladung 3 ausgefüllt.

Die Ringscheibe 10 bildet einen elektrischen Widerstand, der parallel zu dem Widerstand geschaltet ist, der durch die leitfähige Verbindung 3 gebildet ist.

Der Widerstand dieser Ringscheibe 10 liegt vorzugsweise etwa zwischen dem 0,8 und Zweifachen des Eigenwiderstandes der pyrotechnischen, leitfähigen Verbindung 3.

Die Ringscheibe 10 kann aus einem thermoplastischen Stoff gebildet sein oder aus Kautschuk, der durch Graphitteilchen leitend gemacht ist.

Der Gewichtsanteil des Graphits liegt vorzugsweise zwischen 3 und 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Ringscheibe 10. Bei der Herstellung der runden Ringscheibe 10 wird diese unter einem Druck in der Größenordnung von 1000 bar komprimiert. Unter diesen Bedingungen hat diese Ringscheibe 10 einen spezifischen Widerstand, der zwischen 300 und 2000 Ωcm liegt, je nach dem Graphitgehalt.

Um einen besseren elektrischen Kontakt zwischen der Ringscheibe 10 und den durch die Ringscheibe 7 und den Metallkörper 6 gebildeten Elektroden zu gewährleisten, wird diese Ringscheibe 10 zwischen Metallkörper 6 und Ringscheibe 7 zusammengedrückt, und zwar unter dem Einfluß des von der Nutzladung 2 ausgeübten Druckes.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun die Arbeitsweise des elektrischen Zünders beschrieben.

Aus der schematischen Darstellung in Fig. 2 ist ersichtlich, daß die zwischen den Elektroden angeordnete Ringscheibe 10 einem Widerstand Rp äquivalent ist, der parallel zu einem Widerstand Rs geschaltet ist, welcher durch die pyrotechnische leitfähige Verbindung 3 gebildet ist. Unter diesen Bedingungen wird bei der Auslösung des Zünders die Auslöseenergie zwischen der Verbindung 3 und dem dazu parallelgeschalteten Widerstand, der durch die Ringscheibe 10 gebildet ist, verteilt. Da der elektrische Widerstand der leitenden Verbindung 3 in Abhängigkeit von der an die Elektroden angelegten Energie stark unterschiedlich ist, ermöglicht es die Parallelschaltung eines Festwiderstandes mit dem Widerstand dieser Verbindung 3, den Zünder im Hinblick auf den Zündversagerschwellwert recht unempfindlich zu machen, ohne dabei jedoch die Schwelle für die sichere Funktion des Zünders spürbar zu beeinflussen.

Dieses Ergebnis kann anhand der folgenden Rechnungen nachgewiesen werden.

Bei einer Spannung U = 1 (als Einheit), die zwischen die Elektroden des Zünders angelegt wird, ist im statischen Betrieb die von dem Zünder verbrauchte Energie W gleich (1/Rs + 1/Rp)t, wobei in dieser Beziehung Rs der statische Widerstand der leitenden Verbindung 3 und Rp der Widerstand der Ringscheibe 10 sowie t die Zeit sind.

Das Verhältnis W_Rs/W der in der leitenden Verbindung 3 aus der Gesamtenergie W verbrauchten Energie ist gleich:

Da Rs im allgemeinen in der gleichen Größenordnung wie Rp liegt, wird zur Vereinfachung angenommen, daß Rs = Rp. Folglich ist W_Rs/W gleich 1/2.

Im dynamischen Betrieb ist der dynamische Widerstand der leitenden Verbindung gleich 1/k Rs, worin k zwischen 2 und 10 variieren kann, nämlich innerhalb des im Zusammenhang mit der Erfindung zu berücksichtigenden Bereichs der elektrischen Energie.

In diesem Fall gilt:
WRd/W = k/(1 + k)
Für k = 2	WRd/W = 2/3
Für k = 5	WRd/W = 5/6
Für k = 10	WRd/W = 10/11.

Die obigen Berechnungen zeigen, daß im statischen Betrieb die leitende Verbindung 3 nur die Hälfte der angelegten Energie verbraucht, während sie einen wesentlich größeren Bruchteil aufnimmt, sobald der dynamische Widerstand Rd sehr verschieden von dem statischen Widerstand Rs ist.

Der Unterschied zwischen der sogenannten Sicherheitsspannung und der sogenannten Funktionsspannung vergrößert beträchtlich die Differenz der Energie, die bei der entsprechenden Schwelle in dem Zünder verbraucht wird.

In der Praxis ist die sogenannte Funktionsspannung gleich etwa dem Zwei- bis Dreifachen der Sicherheitsspannung. Die entsprechende Spannungsstaffelung unterstützt in starkem Maße den Stromstoß in einem Widerstand mit nun wesentlich schwächer dynamischem Verhalten. Bei gleicher Energie steigt in diesem Falle die Funktionswahrscheinlichkeit, was sich in geringen Auslöseenergien des Zünders äußert, während bei niedriger Spannung diese durch den erfindungsgemäßen Zünder stark verringerte Wahrscheinlichkeit eine sehr hohe Energie fordert.

Folglich ist der elektrische Gesamtwiderstand, der durch den Eigenwiderstand Rs der Verbindung 3 und den parallelgeschalteten Festwiderstand Rp der Ringscheibe 10 gebildet ist, präziser als bei einem herkömmlichen Zünder. Die Verbindung dieser zwei Widerstände mit jeweils gegebener Präzision führt ferner zu einer gewissen Kompensierung von statischen Fehlern, die deren Streuung überwiegt.

Ferner zeigt der elektrische Widerstand des erfindungsgemäßen Zünders eine wesentlich geringere zeitliche Veränderung als bei den bekannten Zündern. Durch Parallelschaltung eines Festwiderstands mit dem Widerstand der leitenden Verbindung 3 wird nämlich die Widerstandsabweichung verkleinert.

Zum Vergleich werden nun anhand von Ausführungsbeispielen die Eigenschaften und Betriebsdaten eines herkömmlichen Zünders einerseits und eines erfindungsgemäßen Zünders andererseits gegenübergestellt, wobei sich der erfindungsgemäße Zünder von dem herkömmlichen dadurch unterscheidet, daß er eine runde Ringscheibe 10 aufweist, die anstelle einer elektrisch isolierenden Ringscheibe zwischen dem Metallkörper 6 und der Ringscheibe 7 angeordnet ist.

Beim Vergleich der in der obigen Tabelle aufgeführten Zahlenwerte wird ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Zünder pyrotechnische Betriebsdaten aufweist, die in der Nähe derjenigen des herkömmlichen Zünders liegen. Der erfindungsgemäße Zünder hat jedoch einen etwas konstanteren Widerstand, der zeitlich wesentlich beständiger ist.

Überdies wird die Spannungsschwelle, die zu einem unbedingten Zündversager führt, im Mittel von 3,5 auf etwa 7 Volt verändert. Bei 10 Volt, d. h. bei der Sicherheitsschwelle, ist der erfindungsgemäße Zünder etwa 1000mal unempfindlicher als der herkömmliche Zünder, und dies ist ein beträchtlicher Fortschritt. Bei 18 Volt Spannung, also bei der Funktionsschwelle des Zünders, ist der erfindungsgemäße Zünder nur zweimal unempfindlicher als der herkömmliche Zünder, was in der Praxis vernachlässigbar ist.

Durch den erfindungsgemäßen Zünder wird also eine bezüglich den herkömmlichen Zündern bedeutend gesteigerte Funktionssicherheit geschaffen.

Im Rahmen der Erfindung sind weitere Ausführungsformen vorgesehen, insbesondere elektrische Zünder, die bei niedrigen Spannungen (10 bis 20 Volt) arbeiten, sowie Zünder, die bei mittleren Spannungen (z. B. 200 Volt) arbeiten.

Der erfindungsgemäße Zünder ist auch bei Sprengsätzen anwendbar, die starke Beschleunigungen aushalten müssen.

Die Form des Metallkörpers 6, der Ringscheibe 7 die der zu der pyrotechnischen, leitfähigen Verbindung 3 parallelgeschalteten Ringscheibe 10 kann verschieden von derjenigen bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sein.

Ferner kann die Ringscheibe 10 aus irgendeinem geeigneten Material geschaffen werden, das einen spezifischen Widerstand aufweist, der mit demjenigen der leitfähigen Verbindung 3 vergleichbar ist, vorausgesetzt, daß dieser Widerstand in Abhängigkeit von der daran angelegten Energie ausreichend stabil ist.

Claims (5)

1. Elektrischer Zünder mit einer zwischen zwei Elektroden angeordneten pyrotechnischen, leitfähigen Zündverbindung, die in Berührung mit der pyrotechnischen Nutzladung des Zünders steht und mit den zwei Elektroden in elektrischem Kontakt steht, und mit einem die beiden Elektroden überbrückenden elektrischen Kontakt steht, und mit einem die beiden Elektroden überbrückenden elektrischen Widerstand, wobei die eine Elektrode aus einem metallischen Ringkörper und die andere Elektrode aus einem Metallkörper gebildet ist, der eine zu dem Ringkörper parallele, ebene Oberfläche aufweist, und wobei der durch den Ringkörper geschaffene zylindrische Hohlraum von der pyrotechnischen leitfähigen Zündverbindung ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (7) von der ebenen Oberfläche des Metallkörpers durch eine Ringscheibe (10) von konstantem Widerstandswert getrennt ist und daß auch der durch die Ringscheibe (10) geschaffene zylindrische Hohlraum von der pyrotechnischen, leitfähigen Verbindung (3) ausgefüllt ist.

2. Elektrischer Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (10) einen ohmschen Widerstandswert aufweist, der zwischen dem 0,8- und 2fachen des statischen Widerstands der pyrotechnischen, leitfähigen Zündverbindung (3) liegt.

3. Elektrischer Zünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (10) aus einem thermoplastischen, graphithaltigen Stoff gebildet ist.

4. Elektrischer Zünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (10) aus Kautschuk gebildet ist, der zwischen etwa 3 und 10% Graphit enthält.

5. Elektrischer Zünder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial der Ringscheibe (10) einen spezifischen Widerstand aufweist, der im wesentlichen zwischen 300 und 2000 Ωcm liegt.