DE2951113C2

DE2951113C2 - Einrichtung zur Erzeugung einer Zündeinheit

Info

Publication number: DE2951113C2
Application number: DE19792951113
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Phys. Dr. 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: 1985-05-09
Also published as: GB2065840B; GB2065840A; FR2474157A1; FR2474157B1; DE2951113A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung einer Zündeinheit mit einem zugeordneten Zündgerät, wobei zur Initiierung der Zündkette mindestens zwei Initiierstellen verwendet werden.

Detonatoreinheiten sind an sich in vielfältigen Ausführungsformen bekannt Alle diese bekannten Einrichtungen erfordern jedoch eigene Sicherungseinheiten, außer in den Fällen, wo sogenannte Exploding Bridgewire-Systeme — kurz EBW-Systeme genannt — oder Exploding-Foil-Detonatoren — kurz EFD genannt — eingesetzt werden, oder beschleunigte Foliendetonatoren mit explodierenden Drähten, deren jeweilige Energie so hoch ist, daß sie in Zündsystemen normalerweise nicht zur Verfügung steht.

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 Spannungen von rund 2 kV bei 1 μΡ — also Energiewerte von 2 J — benötigt, was wiederum äußerst umfangreiche, komplexe und voluminöse Elektronikeinheiten erfordert Derartige Systeme eignen sich deshalb, air für größere Waffensysteme.

Durch die US-PS 39 73 499 ist es bekanntgeworden, eine Durchzündung von der Zündeinheit auf die Sprengladung zu verhindern, wenn die beiden Initiierstellen nicht in einem bestimmten zeitlichen Verhältnis zueinander gezündet werden.

Weiterhin ist aus der FR-PS 21 44 122 eine Zündvorrichtung für eine Sprengladung bekannt, bei der eine in einem Verdämmungsrohr befindliche Sprengladung gleichzeitig von den beiden Enden des Verdämmungsrohres aus initiiert wird.

Mit diesen Einrichtungen ist es jedoch nicht möglich, eine exakte, einstellbare örtliche Zündung zu erhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne den Einsatz zusätzlich erforderlicher mechanischer Sicherungseinrichtungen sich selbst gegen unerwünschte Zündung sichert und die ein graduell erhöhtes Initiiervermögen sowie eine exakte örtliche Zündung, die durch die Zeitdifferenz auch einstellbar ist erzielt

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgezeigten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Maßnahmen gehen aus den Unteransprüchen hervor, 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 psec oder sogar darunter gezündet werden müssen, gewährleistet Da eine ungewollte 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 skid Ausführungsbeispiele skizziert Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel,

Fig.2 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1,

Fig.3 einen Querschnitt durch ein Hohlladungssystem,

F i g. 4 eine Draufsicht gemäß F i g. 3,

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Detonatoreinheit in einem Teilquerschnitt,

Fig.6—9 Blockschaltbilder von diversen Zündgeräten.

Wenn zwei Stoßwellenfronten aufeinanderprallen, so entsteht an diesem Ort durch die Überhöhung des Stoßwellenspitzendruckes im Sprengstoff — beispielsweise an einer an der Sprenganordnung angebrachten Metallplatte — eine deutlich sichtbare Kerbe. Dies wird nach dem Entdecker als »Dautriche-Effekt« bezeichnet. Dautriche verwendete den nach ihm benannten Effekt zur

Messung von Laufzeiten. Die vorliegende Erfindung schlägt nun erstmals vor, diesen »Dautriche-Effekt« auszunützen, um selbstsichernde Zündeinheiten zu schaffen.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Zünd- bzw. Detonatoreinheit zeigt ein Verdämmungsrohr I, in dem sich eine Sprengladung 2 befindet. In beiden Rohrenden befinden rieh elektrische Zündmittel 3a, 36, wobei den beiden elektrischen Anzündhütchen Flammendetonatoren 4a, 46 nachgeschaltet sein können. Statt der Zündketten, bestehend aus den Elementen 3a, 36 und 4a, 46, 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, 4a, Zb oder 4b keine radiale Initiierung gegenüber der Übertragerladung 5 und damit auch der Verstärkerladung 9 erfolgt. Die Stoßwellenstärke ist zwar in der Lage evtl. die Sprengladung durch diie Ausweitung des Verstärkerrohres zu zerschlagen, aber nicht zur Detonation zu bringen. Trifft jedoch die Detonationswelle von den beiden Enden innerhalb der Länge 8 der Übertragerladung 5 zusammen, so ergibt sich bekanntlich ein weitaus erhöhter Stoßwellenspitzendruck, der nun imstande ist, die Übertragerladung 5 und damit auch die Verstärkerladung etc. zu initiieren (Dautriche-Effekt).

Für die Initiierung der Übertragerladung 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 Detonation in beiden Zündmitteln 4a, 46 und an den Initiierstellen notwendig. Die zeitliche Streuung At darf also maximal

At = ±2L/2:D= ±L/D

betragen, w-bei L die Länge 8 der Übertragerladung 5 und D die Detonationsgeschwindigkeit der Sprengladung 2 ist Beträgt die Länge 8 der Übertragerladung z. B. 12 mm und die Detonationsgeschwindigkeit 8 mm/ μβεΰ, so darf die Streuung des Ansprechens der Zündmittel einschließlich Initiierungsübertragung ±l^sec 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 evtl. 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 At 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 Al zwischen den beiden Zündmitteln, um gerade eine mittige Initiierung in der exzentrisch angeordneten Übertragerladung 5 zu erreichen, ist gegeben durch die Formel

At

1L·. D

wobei L_e der exzentrische Abstand und D die Detonationsgeschwindigkeit sind. Beträgt beispielsweise die Strecke L_e = 24 mm und D = S mm^sec, so beträgt die notwendige Zeitdifferenz, um den Dautriche-Effekt in

der Mitte der Übertragerladung 5 zu haben 6 usec Bei 12 mm Durchmesser der Übertragerladung 5 darf daher die Zeitdifferenz At maximal ± 1,5 \isec streuen, d. h. die Werte 4,5—7,5 μβεΰ dürfen nicht unter- bzw, überschritten werden, wenn überhaupt eine Initiierung in der

Übertragerieitung erreicht werden soll. Dadurch aber ist eine detonative Sicherungseinheil ^."schaffen, die mit sehr einfachem Aufbau eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit gewährleistet

Die verschiedenen Zündgeräte für die vorgeschlagene Detonatoreinheit sind in den F i g. 6 bis 9 gezeigt Das in Fig.'3 gezeigte Zündgerät für simultane Zündung besteht aus einer Schaltelektronik 20, weiche über eine Energiequelle 21 elektrisch versorgt wird. Bei Schließung des Schaltkontaktes 22 wird der Strom über die beiden parallel oder in Serie geschalteten elektroexplosiven Elemente 23, 24 entladen. Eine ähnliche Anordnung ist in F i g. 7 gezeigt Hier ladet die Energieversorgung 121 über einen Ladewiderstand 125 einen Speicherkondensator 126 auf. Dieser wird über den Schallkontakt 122 über die beiden Elemente 123,124 entladen. Für eine definierte Zündung der elektroexplosiven Elemente in einer bestimmten Zeitdifferenz zeigt die Fig.8 das entsprechende Blockschaltbild. Der Schaltkontakt 222 steuert einen Impulsformer 223 an. Dieser Impulsformer triggert nun eine Zündstufe 226, die ohne Zeitverzögerung das elektroexplosive Element 223 zum Ansprechen bringt Parallel zur Triggerung der Zündstufe 226 wird der Zeitverzögerungsgenerator 227 angesteuert, der nach der voreingesteliten Zeitverzögerung die Zündstufe 228 triggert, welche ihrerseits nun zeitverzögert das elektroexplosive Element 224 zum Ansprechen bringt.

Die Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung bei einer Ladung mit zwei Initiierstellen. Diese besteht aus einem Mantel 303 und der Sprengladung 302. Zentrisch in der Achse befindet sich die Übertragerladung 305. Darüber ist die Detonatoreinheit 100 gemäß dem bereits beschriebenen Beispiel angeordnet, w obtl die beiden elektrischen Detonatoren 304a, 3046, im vorliegenden Falle ohne Anzündhütchen und getrennten Detonatoren, als eine Baueinheit mit der Sprengladung 306 bzw. dem Verdämmungsrohr 307 in Wirkverbindung stehen. Die Elektronik 308 befindet sich an der Stirnseite der Sprengladung 302 in der gesamten Querschnittsebene und wird von dem Mantel 303 auf der Sprengladung gehalten, wobei die erfindungsgemäße elektrische Detonatoreinheit ir; einem Schlitz 309 darin untergebracht ist Durch die vorgegebene Zeitdifferenz beim Ansprechen der beiden elektroexplosiven Detoratoren 304a, 3046 kommt der Dautriche-Effekt über der zentrischen Übertragerladung 305 zustande, so daß dann die Ladung zentrisch initiiert wird.

Eine exzentrische Initiierung wird gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel durch die exzentrische Übertragerladung 310 erreicht. Man muß hierfür nur die Zeitverzögerung des Ansprechens der beiden elektrischen Detonatoren 304a, 304£> 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 304<), 3O4£> erlaubt.

Die Fig. 5 zeigt eine Detonatoreinheit 100 mit einer Übertragerladung 405. welche sich über einen größeren Bereich der elektrischen sich selbstsichernden Detonatoreinheit erstreckt. Die elektrischen Detonatoren sind ΐί mit 404a und 4046 bezeichnet, die Sprengladung mit 406 und das Verdämmungsrohr mit 407. Durch entsprechende Wahl der Zeitverzögerung an den elektrischen Detonatoren 404a. 4046 kann die Exzentrizität der Initiierung kontinuierlich eingestellt werden.

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 trigger! gleichzeitig den Zeitverzögerungsgenerator 527. der von außen her einstellbar ist. Nach der variablen Zeitverzögerung triggcrt jo nun der Generator 5/7 die Zündstufe 528, die ihrerseits das Element 524 zum Ansprechen bringt.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung einer Zündeinheit mit einem zugeordneten Zündgerät, wobei zur Initiierung der Zündkette mindestens zwei Initiierstellen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß unter Ausnützung der Überhöhung des Stoßwellenspitzendruckes bei gegenläufiger Detonation an der Treffebene der Stoßwellenfronten ein weiterführendes Glied (Übertragerladung 100) der Zündkette initiiert wird, während bei einer durchlaufenden (nicht überhöhten) Stoßwellenfront eine Initiierung dieses Gliedes unterbleibt und dadurch die Zündeinheit selbstsichernd wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Enden eines mit einer Sprengladung (2) versehenen Verdämmungsrohres (1) elektrische Zündmittel (3a, 3b) mit Flammendetonatoren (4a, -Zb) bzw. elektrische Detonatoreinheiten angeordnet sind und hierzu die Übertragerladung (5) um eine bestimmte Strecke (7) von der Symmetrielinie (6) versetzt angebracht ist

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Detonatoren gleichzeitig gezündet werden.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragerladung (5) zur Symmetrielinie der Detonatoreinheit (100) exzentrisch versetzt angeordnet ist

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch unterschiedliche Zeitdifferenzen bei der ZündUiig der Detonatoren unterschiedliche InitiierstcUen angesteuert werden.

6. Einrichtung nach den Ansp. liehen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Initiierung längs einer Übertragerladung kontinuierlich durch Veränderung der Zeitdifferenz bei der Zündung der beiden elektrischen Detonatoren erfolgt.

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