DE2951113A1

DE2951113A1 - Verfahren zur erzeugung einer elektrischen detonatoreinheit

Info

Publication number: DE2951113A1
Application number: DE19792951113
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Manfred 8899 Aresing Held; Hans 8068 Pfaffenhofen Spies
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1981-07-02
Also published as: GB2065840A; GB2065840B; DE2951113C2; FR2474157B1; FR2474157A1

Description

MESSERSCHMITT-BOLKOW-BLOHM - 3 - Ottobrunn, 12. Dez. 1979

GESELLSCHAFT BTOl Kre/ke

MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

MÜNCHEN 864 3

Verfahren zur Erzeugung einer elektrischen Detonatoreinheit

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrischen Detonatoreinheit mit einem zugeordneten Zündgerät.

Solche Detonatoreinheiten sind an sich in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Alle diese bekannten Einrichtungen erfordern jedoch eigene Sicherungseinheiten, außer in den Fällen, wo sogenannte Exploding Bridge-wire-Systeme - kurz EBW-Systeme genannt - oder Exploding-Foil-Detonatoren - kurz EFD genannt - eingesetzt verden.

Der Nachteil der derzeitigen Sicherungseinheiten, beispielsweise bei Gefechtsköpfen, besteht in einer komplizierten Mechanik zur Unterbrechung der Zündkette, um so eine Trennung der primären Sprengstoffanteile von der Hauptsprengladung zu erreichen, damit eine Lagerung und ein Transport etc. risikolos erfolgen kann. Solche Unterbrechungen sind in der Praxis bisher erforderlich, um keine Gefährdung durch die verschiedensten Umweltbelastungen an den empfindlichen Primärsprengstoffen hervorzurufen.

Wie eingangs schon erwähnt,konnten diese mechanischen Sicherungseinrichtungen nur dann vermieden werden, wenn sogenannte EBW- oder EFD-Systeme zum Einsatz kamen, bei denen nur Sekundärsprengstoffe verwendet werden. Aber auch diese Systeme sind mit einem großen Nachteil behaftet, denn hier werden

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86^3 - k -

Spannungen von rund 2 kV bei 1 uF - also Energiewerte von 2 J - benötigt, vas wiederum äußerst umfangreiche, komplexe und voluminöse Elektronikeinheiten erfordert. Derartige Systeme eignen sich deshalb nur für größere Waffensysteme.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Detonatoreinheit zu schaffen, die ohne den Einsatz zusätzlich erforderlicher mechanischer Sicherungseinrichtungen oder sog. EBW- oder EFD-Systeme sich selbst gegen unerwünschte Zündung sichert.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. Weitere vorteilhafte Maßnahmen gehen aus den Unteransprüchen hervor, die sich auch auf eine anordnungsmäßige Ausgestaltung beziehen, wobei hierzu erwähnt werden muß, daß die erfindungsgemäße Detonatoreinheit aufgrund ihres möglich gemachten kleinen Aufbaus relativ klein im Volumen und gering im Gewicht ausgelegt werden kann. Außerdem können ohne weiteres auch empfindliche Zündmittel eingesetzt werden, denn die Sicherheit wird hier durch eine bestimmte Zündfolge von zwei Zündmitteln, die nur in einem ganz bestimmten Zeitabstand bzw. bei entsprechender Auslegung simultan in Bereichen von fdsec oder sogar darunter gezündet werden müssen. Da eine derartige Zündung sowohl simultan als auch insbesondere in einem bestimmten Zeitintervall aus Umweltbelastungen praktisch auszuschließen ist, stellt diese vorgeschlagene Einheit eine Zündeinrichtung mit sehr hoher Sicherheit dar.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele skizziert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel: Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Hohlladungssysteni;

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Fig. 4 eine Draufsicht gemäß Fig. 3>

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Detonatoreinheit in einem Teilquerschnitt;

Fig. 6-9 Blockschaltbilder von diversen Zündgeräten.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Detonatoreinheit gemäß der Erfindung zeigt ein Verdammungsrohr 1, in dem sich eine Sprengladung 2 befindet. In beiden Rohrenden befinden sich elektrische Zündmittel 3«, 3b, wobei den beiden elektrischen Anzündhütchen Flammendetonatoren 'ta, kb nachgeschaltet sein können. Statt der Zündketten, bestehend aus den Elementen 3a, 3b und ka, kb, können auch elektrische Detonatoren als komplette Baueinheiten verwendet werden.

Die Wandstärke und das Material des Verdämmungsrohres 1 sowie der Innendurchmesser desselben und damit der Durchmesser der Sprengladung 2 sind zusammen mit der Sprengladungsart so gewählt, daß bei der Detonation nur eines der elektrischen Zündmittel 3a, ^a,"3b oder kb keine radiale Initiierung gegenüber der Ubertragerladung 5 und damit auch der Verstärkerladung 9 erfolgt. Die Stoßwellenstärke ist zwar in der Lage eventuell die Sprengladung durch die Ausweitung des Verstärkerrohres zu zerschlagen, aber nicht zur Detonation zu bringen. Trifft jedoch die Detonationswelle von den beiden Enden innerhalb der Länge 8 der Ubertragerladung 5 zusammen, so ergibt sich bekanntlich ein weitaus erhöhter Stoßwellendruck - der sogenannte Dautriche-Effekt - der nun imstande ist, die Ubertragerladung 5 und damit auch die Verstärkerladung etc. zu initiieren.

Für die Initiierung der Ubertragerladung 5 in der Symmetrieebene 6 - also bei sogenannter mittiger Anordnung der Ladungen 5 und 9 - ist also eine gleichzeitige Zündung der elektrischen Zündmittel 3a, 3b und gleichzeitiger Anlauf der

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Detonation in beiden Zündmitteln ka, kh und an den Initiierstellen notwendig. Die zeitliche Streuung -xt darf also maximal

ot = +_ 2 L/2 : D = _+ L/D

betragen, wobei L die Länge 8 der Übertragerladung 5 und D die Detonationsgeschwindigkeit der Sprengladung 2 ist. Beträgt die Länge 8 der Übertragerladung ζ. B. 12 nun und die Detonationsgeschwindigkeit 8 mm/jasec , so darf die Streuung des Ansprechens der Zündmittel einschließlich Initiierungs-Übertragung _+ 1,5 yusec nicht überschreiten. Ist die Streuung größer, so kommt der Dautriche-Effekt außerhalb der Übertragerladung 5 zustande und die Übertragerladung wird hierbei nicht mehr initiiert. Durch Verkleinerung der Länge L kann die Forderung an exaktere Zündung und damit erhöhter Sicherheit noch vergrößert werden, allerdings geht hierdurch die Zuverlässigkeit entsprechend zurück. Es wird also jeweils das Optimum zwischen Zuverlässigkeit - gegeben durch die Zündmittel -, die zeitliche Streuung des Ansprechens derselben, der Initiierungsübertragung und der Detonationsgeschwindigkeit, gegenüber umweltbedingten Zufallsauslösungen auszuwählen sein.

Simultane gleichzeitige Zündung durch externe Ereignisse, wie z. B. Blitzeinschlag und den damit verbundenen sehr hohen Spannungsentladungen, könnten eventuell bei ungünstiger Leitungsführung und elektronischem Aufbau noch zu einer Zündung führen. Wird nun jedoch die Übertragerladung 5 exzentrisch um die Strecke 7 zu der Symmetrielinie 6 angeordnet, so kommt der Dautriche-Effekt über der Übertragerladung 5 ja nur dann zustande, wenn die beiden Zündmittel um die Zeitdifferenz Ht detonativ zum Ansprechen gebracht werden. Durch diese Maßnahme erhöht sich also weiterhin die Sicherheit, denn daß die beiden Detonatoren in dem Zeitfenster T zufällig ansprechen, ist um weitere Zehnerpotenzen unwahrscheinlicher. Die Zeitdifferenz Δ-t zwischen den beiden Zündmitteln, um gerade

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eine mittige Initiierung in der exzentrisch angeordneten Übertragerladung 5 zu erreichen, ist gegeben durch die Formel

= 2 L_e

wobei L_e der exzentrische Abstand und D die Detonationsgeschwindigkeit sind. Beträgt beispielsweise die Strecke L_e = 2k mm und D = 8 mm/^sec, so beträgt die notwendige Zeitdifferenz, um den Dautriche-Effekt in der Mitte der Übertragerladung 5 zu haben 6 jusec. Bei 12 mm Durchmesser der Übertragerladung 5 darf daher die Zeitdifferenz At maximal +_ 1,5 «see streuen, d.h. die Werte k, 5 - 7,5 usec dürfen nicht unter- bzw. überschritten werden, wenn überhaupt eine Initiierung in der Übertragerladung erreicht werden soll. Dadurch aber ist eine detonative Sicherungseinheit geschaffen, die mit sehr einfachem Aufbau eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit gewährleistet.

Die verschiedenen Zündgeräte für die vorgeschlagene Detonatoreinheit sind in den Fig. 6 bis 9 gezeigt. Das in Fig. 6 gezeigte Zündgerät für simultane Zündung besteht aus einer Schaltelektronik 20, welche über eine Energiequelle 21 elektrisch versorgt wird. Bei Schließung des Schaltkontaktes wird der Strom über die beiden parallel oder in Serie geschalteten elektroexplosiven Elemente 2J, 2k entladen. Eine ähnliche Anordnung ist in Fig. 7 gezeigt. Hier ladet die Energieversorgung 121 über einen Ladewiderstand 125 einen Speicherkondensator 126 auf. Dieser wird über den Schaltkontakt 122 über die beiden Elemente 123, 12k entladen.

Für eine definierte Zündung der elektro-explosiven Elemente in einer bestimmten Zeitdifferenz zeigt die Fig. 8 das entsprechende Blockschaltbild. Der Schaltkontakt 222 steuert einen Impulsformer 225 an. Dieser Impulsformer triggert nun eine Zündstufe 226, die ohne Zeitverzögerung das elektroexplosive Element 223 zum Ansprechen bringt. Parallel zur

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Triggerung der Zündstufe 226 wird der Zeitverzögerungsgenerator 227 angesteuert, der nach der voreingestellten Zeitverzögerung die Zündstufe 228 triggert, welche ihrerseits nun zeitverzögert das elektroexplosive Element 224 zum Ansprechen bringt.

Die Fig. J zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung bei einer Hohlladung. Diese besteht aus einem Mantel 303 mit einer trichterförmigen Auskleidung 301 und dsr Sprengladung 302. Zentrisch in der Achse befindet sich di■:; Übertrngerladung 305· Darüber ist die Detonatoreinheit 100 gemäß dem bereits beschriebenen Beispiel angeordnet, wobei die beiden elektrischen Detonatoren 30'la, 30'ib, im vorliegenden Falle ohne Anzündhütchen und getrennten Detonatoren, als eine Baueinheit mit der Sprengladung 3O6 bzw. dem Verdämmungsrohr 307 in Wirkverbindung stehen. Die Elektronik 308 befindet sich an der Stirnseite der Sprengladung 3O2 in der gesamten Querschnittsebene und wird von dem Mantel 303 auf der Sprengladung gehalten, wobei die erfindungsgemäße elektrische Detonatoreinheit in einem Schlitz 309 darin untergebracht ist. Durch die vorgegebene Zeitdifferenz bei η Ansprechen der beiden elektroexplosiven Detonatoren 3O4;i, 304b kommt der Dautriche-Effekt über der zentrischen Üb^rtragerladung 305 zustande, so daß dann die Hohlladung zentrisch initiiert wird.

Findet nun bei einer Hohlladung eine exzentrische Initiierung statt, so wird der Hohlladungsstachel derart gespreizt, daß keine große Tiefenleistung mehr entsteht, dafür aber eine wesentlich größere Schnittwirkung erreicht wird. Dieser Effekt läßt sich ausgezeichnet bei der Bekämpfung von Schützenpanzer, Fahrzeugen usw. ausnützen, denn bei diesen Objekten ist nicht die hohe Durchschlagsleistung, dafür aber ein größerer Lochquerschnitt im Ziel erwünscht.

Diese exzentrische Initiierung wird gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel durch die exzentrische Übertragerladung 310

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erreicht. Han muß hierfür nur die Zeitverzögerung des Ansprechens der beiden elektrischen Detonatoren 304a, 304b so wählen, daß der detonative Zusammenprall oberhalb der exzentrischen Übertragerladung 310 stattfindet und diese dadurch initiiert wird. Hierzu benötigt man lediglich ein Zündgerät, das die beiden möglichen Zeitverzögerungen für das Ansprechen der elektrischen Detonatoren 304a, 3O4b so erlaubt, daß der Zusammenprall der Detonatorwellen für hohe Tiefenleistung der Hohlladung oberhalb der Übertragerladung 305 stattfindet, um so eine große Schnittwirkung im Ziel zu erhalten.

Die Fig. 5 zeigt eine Detonatoreinheit lOO mit einer Übertragerladung 405, welche sich über einen größeren Bereich der elektrischen sich selbstsichernden Detonatoreinheit erstreckt. Die elektrischen Detonatoren sind mit 404a und 4O4b bezeichnet, die Sprengladung mit 406 und das Verdämmungsrohr mit 407. Durch entsprechende Wahl der Zeitverzögerung an den elektrischen Detonatoren 4O4a, 4O4b kann die Exzentrizität der Initiierung kontunuierlich eingestellt werden, wobei man von einer Schnittwirkung von rechts nach links übergehen kann, entsprechend der Stachelwirkungen durch die Initiierung von links nach rechts, denn der Stachel - und damit auch die Schnittwirkung - weicht immer entgegengesetzt der Initiierungsstelle in der Hohlladung ab.

Zu obigem Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 9 ein entsprechendes Zündgerät. Der Eingangsimpuls 522 steuert hier eine Impulsformerstufe 525 an, welche einen Zeitverzögerungsgenerator 529 ansteuert, der eine fest eingestellte Verzögerungszeit aufweist. Dieser triggert seinerseits die Zündstufe 526, welche wiederum das elektroexplosive Element 523 zum Ansprechen bringt. Die Impulsformerstufe 525 triggert gleichzeitig den Zeitverzögerungsgenerator 52?i der von außen her einstellbar ist. Nach der variablen Zeitverzögerung triggert nun der Generator 527 die Zündstufe 528, die ihrerseits das Element 524 zum Ansprechen bringt.

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Durch die vorbeschriebenen und erläuterten Maßnahmen ist eine sich selbstsichernde Detonatoreinheit giischaffen, die keinerlei Sicherungseinrichtungen mehr erfordert und dadurch den Aufbau volumenmäßig wesentlich kleinerer Einheiten erlaubt.

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L e e r s e 11 e

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Q V

erfahren zur Erzeugung einer elektrischen Detonatoreinheit mit einem zugeordneten Zündgerät, dadurch gekennzeichnet , daß zur Initiierung der Ubertragerladung zwei Initiierstellen mit gegenläufiger Detonation unter Ausnützung des an sich bekannten Dautriche-Effektes verwendet werden und die Detonatoreinheit dadurch selbstsichernd wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen Detonatoren gleichzeitig gezündet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Übertragerladung (5) zur Symmetrielinie der Detonatoreinheit (lOO) exzentrisch versetzt angeordnet ist.

k. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet , daß durch unterschiedliche Zeitdifferenzen unterschiedliche Initiierstellen angesteuert werden.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Hohlladung von zentrischer Initiierung mit großer Tiefenleistung auf exzentrische Initiierung mit großem Querschnitt umschaltbar ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet , daß die Initiierung längs einer Ubertragerladung kontinuierlich durch Veränderung der Zeitdifferenz der beiden elektrischen Detonatoren erfolgt und so bei Hohlladungen die Schnittlänge bzw. Durchschlagtiefe kontinuierlich einstellbar ist.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß an beiden Enden eines mit einer Sprengladung (2) versehenen Verdämmungsrohres (l) elektrische Zündmittel (3a, 3b) mit Flammendetonatoren (ka, ^b) beziehungsweise elektrische Detonatoreinheiten angeordnet sind und hierzu die Ubertragerladung (5) gegebenenfalls mit einer spitzkegeligen Verstärkerladung (9) ^um eine bestimmte Strecke (7) von der Symmetrielinie (6) versetzt angebracht ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die elektronischen Baugruppen (Fig. 6 bis Fig. 9) des Zündgerätes (beispielsweise 3O8) mit der elektrischen Detonatoreinheit (lOO) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

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