DE3145057C1 - Piezoelectric device for igniting detonators - Google Patents

Piezoelectric device for igniting detonators

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DE3145057C1
DE3145057C1 DE19813145057 DE3145057A DE3145057C1 DE 3145057 C1 DE3145057 C1 DE 3145057C1 DE 19813145057 DE19813145057 DE 19813145057 DE 3145057 A DE3145057 A DE 3145057A DE 3145057 C1 DE3145057 C1 DE 3145057C1
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ferroelectric
stack
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ferroelectric material
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DE19813145057
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Francois Dr Bauer
Francis Andre
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Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
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    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42CAMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C11/00Electric fuzes
    • F42C11/02Electric fuzes with piezo-crystal

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Vor­ richtung für mit Sprengstoff geladene Projektile, die dazu bestimmt ist, den elektrischen Detonator zu zünden, der diesen Sprengstoff initiiert.The present invention relates to a piezoelectric pre direction for projectiles loaded with explosives is intended to ignite the electrical detonator that this Explosives initiated.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein mit Sprengstoff geladenes Projektil, das eine derartige Vorrichtung enthält.The invention also relates to an explosive loaded projectile containing such a device.

Bekannt ist eine piezoelektrische Vorrichtung zum Zünden eines elektrischen Detonators, der den in einem ballistischen Pro­ jektil oder gelenkten Flugkörper enthaltenen Sprengstoff ini­ tiiert. Diese Vorrichtung enthält ein ferroelektrisches Material, das elektrisch mit dem Detonator verbunden ist. Dieses ferroelektrische Material ist so in dem Projektil untergebracht, daß es beim Geschoßaufschlag eine mechanische Beanspruchung erfährt. Diese mechanische Beanspruchung erzeugt eine elektrische Spannung, die die Zündung des Detonators bewirkt.A piezoelectric device for igniting a electrical detonator, which is used in a ballistic pro jectile or guided missile containing explosives ini tied. This device contains a ferroelectric Material that is electrically connected to the detonator. This ferroelectric material is so in the projectile housed that there was a mechanical impact on the projectile Experienced stress. This creates mechanical stress an electrical voltage that ignites the detonator causes.

Die von einer piezoelektrischen Vorrichtung dieses Typs ge­ lieferte elektrische Energie ist jedoch relativ gering. Eine derartige Vorrichtung ist daher nur für die Zündung sehr empfindlicher Initialsprengstoffe geeignet.The ge of a piezoelectric device of this type delivered electrical energy is however relatively low. A such device is therefore very much only for the ignition sensitive initial explosives.

Nun ist es aus Gründen der Sicherheit und der Zuverlässigkeit von Vorteil, wenig empfindliche Initialsprengstoffe oder direkt Sekundärsprengstoffe, die eine elektrische Energie in der Größenordnung von 0,1 bis 0,5 J während einer Dauer von 0,5 bis 1 µs erfordern, zünden zu können.Now it is for security and reliability reasons beneficial, little sensitive initial explosives or directly secondary explosives which is an electrical energy on the order of 0.1 to 0.5 J over a period of time require 0.5 to 1 µs to be able to ignite.

Gerade die erwähnte Zielsetzung ist Gegenstand der vorlie­ genden Erfindung.The objective mentioned is the subject of the present invention.

Die piezoelektrische Vorrichtung, die die Erfindung beinhaltet, enthält ein elektrisch mit dem Detonator verbundenes ferro­ elektrisches Material, das derart in das Projektil eingebaut ist, daß es beim Geschoßaufschlag eine mechanische Bean­ spruchung erfährt.The piezoelectric device incorporating the invention contains a ferro electrically connected to the detonator electrical material built into the projectile in this way is that when it hits the floor it is a mechanical bean experience experience.

Erfindungsgemäß ist diese piezoelektrische Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere übereinandergeschichtete Platten aus ferroelektrischem Material umfaßt, die elektrisch parallel geschaltet sind, wobei dieser Plattenstapel elek­ trisch einerseits mit einem Kondensator, der in der Lage ist, die unter der Einwirkung der mechanischen Beanspruchung, die der Stapel während des Geschoßaufschlags erfährt, erzeugte elektrische Energie zu speichern und andererseits mit einem Hochspannungsschalter elektrisch verbunden ist, der seinerseits elektrisch mit dem Detonator verbunden ist, wobei dieser Schalter bei einem bestimmten Schwellenwert der im Kondensator gespei­ cherten Energie funktioniert.According to the invention, this piezoelectric device is thereby  characterized in that they are stacked several Includes sheets of ferroelectric material that are electrical are connected in parallel, this plate stack elek trisch on the one hand with a capacitor that is able under the influence of mechanical stress, the the stack experienced during the bullet hit, generated to store electrical energy and on the other hand with one High voltage switch is electrically connected, which in turn is electrically connected to the detonator, this switch at a certain threshold the stored in the capacitor energy works.

Beim Aufschlag werden die übereinandergeschichteten Platten aus ferroelektrischem Material nacheinander depolarisiert. Die so gelieferte elektrische Energie wird im Kondensator ge­ speichert. Erreicht die derart gespeicherte Energie den Funktionsschwellenwert des Hochspannungsschalters, wird diese Energie an den Detonator übertragen, wodurch die Zündung des Sprengstoffs bewirkt wird.When serving, the stacked plates depolarized one after the other from ferroelectric material. The thus delivered electrical energy is ge in the capacitor saves. The stored energy reaches the Functional threshold of the high voltage switch, this will be Energy is transferred to the detonator, causing the ignition of the Explosives.

Auf Grund der Verwendung eines Stapels parallelgeschalteter ferroelektrischer Platten, erhält man ein sehr günstiges Ober­ flächen-Dicken-Verhältnis, so daß die gewonnene elektrische Energie 0,1 bis 0,5 J erreichen kann, was ausreicht, um wenig empfindliche Initialsprengstoffe oder Sekundärsprengstoffe zu zünden.Due to the use of a stack of parallel ones ferroelectric plates, you get a very cheap upper area-thickness ratio, so that the obtained electrical Energy can reach 0.1 to 0.5 J, which is enough to make little sensitive initial explosives or secondary explosives to ignite.

Außerdem ist infolge der Verwendung eines Stapels ferroelek­ trischer Platten die Baubreite der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sehr gering, wodurch ihr Einbau in klassische Projektile oder gelenkte Flugkörper ermöglicht wird.In addition, due to the use of a stack ferroelek trischer plates the width of the Vorrich invention very low, which means that they can be installed in classic projectiles or guided missiles.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Mittel vorgesehen, um die an die Platten aus ferroelek­ trischem Material gelegte Spannung auf einen Wert zu begrenzen, der unter demjenigen der Koerzitivfeldstärke des die besagten bildenden Materials liegt. According to an advantageous embodiment of the invention Means are provided to attach the ferroelek limit the voltage applied to the material, which is below that of the coercive field strength of said forming material.  

Man erreicht so, daß die Gesamtheit der ferroelektrischen Platten des Stapels unter der Einwirkung der Stoßwelle nach­ einander vollständig depolarisiert wird.It is achieved that the whole of the ferroelectric Slabs of the stack under the impact of the shock wave is completely depolarized from each other.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die ferroelektrischen Platten aus einem ferroelektrischen Ma­ terial, das aus einem ferroelektrischen in einen anti-ferro­ elektrischen Zustand übergehen kann. In diesem Fall sind Mittel vorgesehen, um die an die Platten gelegte Spannung auf einen Wert zu begrenzen, der unter demjenigen der Spannung des ersten Übergangs von einem anti-ferroelektrischen in einen ferroelek­ trischen Zustand liegt.According to a preferred embodiment of the invention the ferroelectric plates from a ferroelectric measure material that turns from a ferroelectric into an anti-ferro electrical condition. In this case there are means provided to apply the voltage applied to the plates to a Limit value below that of the tension of the first Transition from an anti-ferroelectric to a ferroelek trical state.

Unter diesen Bedingungen wird ebenfalls gewährleistet, daß sämtliche ferroelektrische Platten unter der Einwirkung der Stoßwelle nacheinander depolarisiert werden.Under these conditions it is also ensured that all ferroelectric plates under the influence of Shock wave can be depolarized one after the other.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein mit Sprengstoff geladenes Projektil, das eine Ogive aufweist, die innen eine Aussparung enthält, in der eine erfindungsgemäße piezoelektrische Vor­ richtung eingebaut ist. Diese Ogive enthält eine beim Geschoß­ aufschlag zusammendrückbare Wandung, wobei ein Stößel zwischen dem Boden der Ogive und dem Plattenstapel aus ferroelektrischem Material vorgesehen ist.The invention also relates to one loaded with explosives Projectile that has an ogive that has a recess on the inside contains, in which a piezoelectric according to the invention direction is installed. This ogive contains one on the floor impact compressible wall, with a plunger between the bottom of the ogive and the plate stack made of ferroelectric Material is provided.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß der Abstand zwischen dem Boden der Aussparung der Ogive und dem Stößel sowie derjenige zwischen diesem Stößel und dem Stapel von Platten aus ferroelektrischem Material derart berechnet ist, daß bei einer Geschoßauftreffgeschwindigkeit zwischen 500 und 1000 m/s der vom Stößel im Stapel induzierte Stoßdruck zwischen 10 und 20 kbar beträgt.A feature of the present invention is that the distance between the bottom of the recess of the ogive and the pestle as well as the one between this pestle and the stack of Plates made of ferroelectric material is calculated so that with a bullet impact speed between 500 and 1000 m / s the impact pressure induced by the ram in the stack is between 10 and 20 kbar.

Weitere Eigenheiten und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.Further peculiarities and advantages of the invention are known from the following description can be seen.

In den beigefügten Zeichnungen, deren Beispiele nicht auf die angeführten beschränkt sind: In the accompanying drawings, the examples of which are not based on the are limited to:  

  • - stellt die Fig. 1 eine Ansicht im Längsschnitt des Vor­ derteils eines ballistischen Projektils dar, das eine er­ findungsgemäße piezoelektrische Vorrichtung enthält,-, Figure 1 is a view in longitudinal section of the pre derteils a ballistic projectile which includes a he invention modern piezoelectric device.
  • - gibt die Fig. 2 ein Schema des elektrischen Kreises der erfindungsgemäßen Vorrichtung wieder,- 2 indicates the Figure is a schematic of the electrical circuit of the inventive apparatus again.
  • - zeigt Fig. 3 das elektrische Schaltschema der übereinander­ geschichteten ferroelektrischen Platten der Vorrichtung,- Figure 3 shows the electrical circuit diagram of the stacked ferroelectric plates of the device.
  • - gibt die Fig. 4 die Kurven der an den Kondensatorklemmen der Vorrichtung als Funktion der Zeit für verschiedene fer­ roelektrische Materialien gemessenen Spannung wieder.- shows the Fig 4, the curves of the measured to the capacitor terminals of the device as a function of time for various materials fer roelektrische voltage again..

Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 enthält das ballistische Projektil eine Ogive 1, deren Boden 1a auf den Geschoß­ körper 2 geschraubt ist. Die Ogive 1 besitzt innen eine Aus­ sparung 3, die auf die X-X′-Achse des Projektils ausgerichtet ist. Der Boden 4 dieser Aussparung 3 ist annähernd kegel­ stumpfförmig. In der Nähe dieses Bodens 4 weist die Wandung 5 der Ogive 1 eine Verengung 6 auf, wodurch diese Wandung 5 beim Aufschlag der Ogive 1 in Richtung der X-X′-Achse zusam­ mendrückbar wird.In the embodiment of Fig. 1, the ballistic projectile comprising a nose cone 1, whose bottom is a screwed onto the projectile body 2 1. The ogive 1 has a recess 3 from the inside, which is aligned with the XX'-axis of the projectile. The bottom 4 of this recess 3 is approximately frustoconical. In the vicinity of this bottom 4 , the wall 5 of the ogive 1 has a constriction 6 , as a result of which this wall 5 can be pressed together when the ogive 1 serves in the direction of the XX ′ axis.

Im Innern der Aussparung 3 sind längs der X-X′-Achse ein Stößel 7 und ein Stapel scheibenförmiger Platten 8, 9, 10, 11 und 12 aus ferroelektrischem Material vorgesehen. Der Stößel 7 besitzt ein kegelstumpfförmiges Vorderteil 13, das zum Boden 4 der Aussparung 3 einen bestimmten Abstand j1 aufweist. Dieser Stößel 7 besitzt andererseits ein kegelstumpfförmig erweitertes Unterteil 14, dessen Abstand zur ersten Platte 8 des Stapels j2 beträgt.Inside the recess 3 , a plunger 7 and a stack of disc-shaped plates 8 , 9 , 10 , 11 and 12 are provided along the XX'-axis of ferroelectric material. The plunger 7 has a frustoconical front part 13 which is at a certain distance j 1 from the bottom 4 of the recess 3 . This plunger 7 , on the other hand, has a truncated cone-shaped lower part 14 , the distance to the first plate 8 of the stack is j 2 .

Der Stößel 7 und der Stapel der ferroelektrischen Platten 8 bis 12 sind in einer Hülse 15 untergebracht, die ihrerseits in der Aussparung 3 der Ogive 1 befestigt ist.The plunger 7 and the stack of ferroelectric plates 8 to 12 are accommodated in a sleeve 15 , which in turn is fastened in the recess 3 of the ogive 1 .

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Teil 15a dieser Hülse 15, in die der Stößel 7 eingebaut ist, mit einem Teil der Wandung 5 der Ogive 1 in der Nähe der Verengung 6 keine Be­ rührung hat. From Fig. 1 it can be seen that the part 15 a of this sleeve 15 , in which the plunger 7 is installed, with part of the wall 5 of the ogive 1 in the vicinity of the constriction 6 has no loading.

Der Stößel 7 ist mit diesem Teil 15a der Hülse 15 über einen Ring 16 aus Plastik verbunden, der beim Aufschlag der Ogive 1 abgeschert wird.The plunger 7 is connected to this part 15 a of the sleeve 15 via a ring 16 made of plastic, which is sheared off when the ogive 1 is opened.

Die übereinandergeschichteten Platten 8 bis 12 aus ferroelek­ trischem Material sind untereinander und mit der Stützplatte 17 einer Elektrode 18 elektrisch verbunden, die ebenfalls längs der X-X′-Achse angeordnet ist. Diese Elektrode 18 und die Platten 8 bis 12 sind elektrisch gegenüber der Hülse 15, der Ogive 1 und dem Geschoßkörper 2 durch Kunstharz - wie z. B. Epoxyharz - isoliert. Dieses Harz 19 umgibt seitlich die Platten 8 bis 12 und die Elektrode 18.The stacked plates 8 to 12 made of ferroelectric material are electrically connected to each other and to the support plate 17 of an electrode 18 , which is also arranged along the XX'-axis. This electrode 18 and the plates 8 to 12 are electrically opposite the sleeve 15 , the ogive 1 and the projectile body 2 by synthetic resin - such as. B. epoxy resin - isolated. This resin 19 laterally surrounds the plates 8 to 12 and the electrode 18 .

Aus den Fig. 1 und 3 geht hervor, daß die ferroelek­ trischen Platten 8 bis 12 mit Hilfe der Leiter 20, 21 elektrisch parallelgeschaltet sind. Die Leiter 20 sind in dem Kunstharz 19 eingebettet und mit der negativen Aus­ gangselektrode verbunden. Die Leiter 21 stehen elektrisch mit der Hülse 15 in Kontakt, die die positive Elektrode darstellt.From FIGS. 1 and 3 shows that the ferroelek trical plates are electrically connected in parallel with 8 to 12 by means of conductors 20, 21. The conductors 20 are embedded in the synthetic resin 19 and connected to the negative output electrode. The conductors 21 are in electrical contact with the sleeve 15 , which is the positive electrode.

Die übereinandergeschichteten ferroelektrischen Platten 8 bis 12 sind elektrisch (siehe Fig. 2) mit einem Kondensator 22 verbunden, der die nacheinander von diesen Platten 8 bis 12 unter der Einwirkung der beim Aufschlag der Ogive 1 auftretenden Stoßwelle freigesetzten Energien speichern kann.The stacked ferroelectric plates 8 to 12 are electrically connected (see FIG. 2) to a capacitor 22 , which can store the successive releases of these plates 8 to 12 under the influence of the shock waves that occur when the ogive 1 strikes.

Der elektrische Kreis der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält ebenfalls einen Hochspannungsschalter - z. B. eine Funkenstrecke 23 mit dielektrischem Durchschlag - der elektrisch mit den Platten 8 bis 12 und dem Kondensator 22 verbunden ist. Diese Funkenstrecke spricht an, sobald die Spannung einen bestimmten Schwellenwert erreicht, und gibt die im Kondensator 22 gespeicherte Energie an den Detonator 25 z. B. vom Typ Drahtdetonator ab.The electrical circuit of the device according to the invention also contains a high-voltage switch - for. B. a spark gap 23 with dielectric breakdown - which is electrically connected to the plates 8 to 12 and the capacitor 22 . This spark gap responds as soon as the voltage reaches a certain threshold, and gives the energy stored in the capacitor 22 to the detonator 25 z. B. from the wire detonator type.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Platten 8 bis 12 und der Kondensator 22 außerdem elektrisch durch ein Gleichrichterelement 24 - z. B. eine Diode - miteinander verbunden.In the embodiment of FIG. 2, the plates 8 to 12 and the capacitor 22 are also electrically by a rectifier element 24 - z. B. a diode - connected to each other.

Für die übereinandergeschichteten Platten 8 bis 12 kann man jedes Ferroelektrikum verwenden, vorausgesetzt, es läßt sich unter elektrischer Spannung depolarisieren. Um diese Depolarisation möglich zu machen, muß diese Spannung unter dem Wert der Koerzitivfeldstärke des ferroelektrischen Materials liegen.Any ferroelectric can be used for the stacked plates 8 to 12 , provided that it can be depolarized under electrical voltage. In order to make this depolarization possible, this voltage must be below the value of the coercive field strength of the ferroelectric material.

Die besten Ergebnisse erhält man bei Verwendung von Platten aus ferroelektrischem Material, das unter Stoßeinwirkung von einem ferroelektrischen Zustand in einen antiferro­ elektrischen Zustand übergehen kann. Damit die Depolarisation des Materials erfolgen kann, muß die von dem zusammenge­ drückten Material gelieferte Spannung unter dem Wert der Spannung bleiben, die dem ersten Ubergang von einem anti­ ferroelektrischen (AF) in einen ferroelektrischen (F) Zustand entspricht. Die Energieausbeute ist maximal, wenn der beim Geschoßaufschlag auf den Stapel der Platten 8 bis 12 wirkende Druck auf einen Wert von 10 bis 20 kbar begrenzt wird bei einer zwischen 500 und 1000 m/s liegenden Auftreffgeschwindigkeit.The best results are obtained when using plates made of ferroelectric material, which can change from a ferroelectric state to an antiferroelectric state under the action of impact. So that the depolarization of the material can take place, the voltage supplied by the compressed material must remain below the value of the voltage which corresponds to the first transition from an anti-ferroelectric (AF) to a ferroelectric (F) state. The energy yield is at a maximum if the pressure acting on the stack of plates 8 to 12 when the projectile hits is limited to a value of 10 to 20 kbar at an impact speed between 500 and 1000 m / s.

Diese Druckverhältnisse erhält man, durch Regelung der vorgenannten Abstände j1 und j2 und indem man für das ferroelektrische Material der Platten 8 bis 12 eine geeignete Stoßimpedanz wählt.These pressure ratios are obtained by regulating the aforementioned distances j 1 and j 2 and by choosing a suitable shock impedance for the ferroelectric material of the plates 8 to 12 .

Sofern das ferroelektrische Material von einem ferroelek­ trischen in einen anti-ferroelektrischen Zustand übergehen kann, können durch Synthese erhaltene Sinterkeramiken, die folgenden Formeln entsprechen, verwendet werden:If the ferroelectric material is from a ferroelek transition into an anti-ferroelectric state sintered ceramics obtained by synthesis can correspond to the following formulas:

  • a) die Materialien vom Typ Pb(Zr1-x Tix)O3 mit 0,03 <x < 0,08 mit nachstehender Phasenfolge bei Temperaturanstieg AF (anti-ferroelektrisch) → F (ferroelektrisch) → P (paraelektrisch).
    Beispiel
    Pb (Zr0,965Ti0,035) O₃ + 1% Nb₂O₅;
    Pb (Zr0,95Ti0,05) O₃ + 0,8% WO₃;
    a) the materials of the type Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 with 0.03 <x <0.08 with the following phase sequence with temperature increase AF (anti-ferroelectric) → F (ferroelectric) → P (paraelectric).
    example
    Pb (Zr 0.965 Ti 0.035 ) O₃ + 1% Nb₂O₅;
    P b (Zr 0.95 Ti 0.05 ) O₃ + 0.8% WO₃;
  • b) die ternären Verbindungen Pb (Zr, Sn, Ti) O₃, die bei Temperaturanstieg die Phasenfolge: F → AF → Paufweisen.
    Beispiel
    Pb0,99Nb0,02 [(Zr0,73Sn0,27)0,93Ti0,07]0,98O₃
    b) the ternary compounds Pb (Zr, Sn, Ti) O₃, which have the phase sequence when the temperature rises: F → AF → P.
    example
    Pb 0.99 Nb 0.02 [(Zr 0.73 Sn 0.27 ) 0.93 Ti 0.07 ] 0.98 O₃
  • c) die Verbindungen der allgemeinen Formel
    Pb (Hf1-yZry)1-xTixO₃
    Beispiel
    Pb (Hf0,3Zr0,7)0,915Ti0,085O₃ + 1% La₂O₃
    c) the compounds of the general formula
    Pb (Hf 1-y Zr y ) 1-x Ti x O₃
    example
    Pb (Hf 0.3 Zr 0.7 ) 0.915 Ti 0.085 O₃ + 1% La₂O₃
  • d) die Verbindungen der allgemeinen Formel
    Pb1-yLay (Zr1-xTix) O₃.
    d) the compounds of the general formula
    Pb 1-y La y (Zr 1-x Ti x ) O₃.

Diese Materialien haben die Eigenschaft, daß sie unter Einwirkung eines elektrischen Feldes durch die Phasenänderung AF → F polarisiert werden. Das elektrische Übergangsfeld AF → F (3,5 kV/mm und mehr) ist weit stärker als die Koerzitiv­ kraft. Das polarisierte Material bleibt in einem großen Temperaturbereich ferroelektrisch. Die Depolarisation erfolgt unter einer ebenen Stoßwelle durch irreversible Phasenände­ rung F → AF, selbst unter Einfluß eines elektrischen Fel­ des (Fall des Stapels).These materials have the property that they are under Effect of an electrical field due to the phase change AF → F can be polarized. The electrical transition field AF → F (3.5 kV / mm and more) is far stronger than the coercive force. The polarized material stays in one big one Temperature range ferroelectric. Depolarization takes place under a flat shock wave due to irreversible phase changes tion F → AF, even under the influence of an electric field of (case of the stack).

Schließlich weisen alle diese Materialien für Pr 2/2E (Pr remanente Polarisation, E Dielektrizitätskonstante) einen hohen Wert auf, der theoretisch die gespeicherte elektrische Energie darstellt.Finally, all of these materials have a high value for P r 2 / 2E (P r remanent polarization, E dielectric constant), which theoretically represents the stored electrical energy.

Zur Herstellung dieses Stapels können andere ferroelek­ trische Materialien verwendet werden unter der Voraussetzung, daß sie eine starke Koerzitivkraft und eine niedrige Dielek­ trizitätskonstante besitzen, so daß sie mindestens teil­ weise depolarisiert werden können, wenn die Spannung an den Klemmen ihrer Elektroden zunimmt (Fall gewisser Keramiken vom Typ PZT oder von piezoelektrischen Polymeren). Tat­ sächlich führt ein Anstieg des elektrischen Feldes zu einer Stabilisierung des ferroelektrischen Zustands des Materials, insbesondere wenn dieses Feld die Koerzitiv­ feldstärke aufweist oder stärker ist. Um diese Schwierig­ keit zu umgehen, kann man die Dicke der an letzter Stelle im Stapel liegenden Materialien verstärken.To make this stack, other ferroelek tric materials are used provided that they have a strong coercive force and a low Dielek possess tricity constant so that they are at least part can be depolarized if the voltage at the  Clamping their electrodes increases (case of certain ceramics PZT or piezoelectric polymer). Did actually leads to an increase in the electric field stabilization of the ferroelectric state of the Materials, especially if this field is the coercive has field strength or is stronger. To make this difficult You can avoid the thickness of the last place Reinforcing materials in the stack.

Die Dicke der ferroelektrischen Platten 8 bis 12 wird unter Berücksichtigung des Wertes der Dielektrizitäts­ konstante und desjenigen der an den Klemmen des Kondensators 22 zu erreichenden Maximalspannung gewählt. Jede der Platten 8 bis 12 kann z. B. einen Durchmesser von 10 mm und eine Dicke von 0,5 mm aufweisen.The thickness of the ferroelectric plates 8 to 12 is selected taking into account the value of the dielectric constant and that of the maximum voltage to be reached at the terminals of the capacitor 22 . Each of the plates 8 to 12 can e.g. B. have a diameter of 10 mm and a thickness of 0.5 mm.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Beim Aufschlag der Ogive 1 wird deren Wandung 5 zusammen­ gedrückt. Der Boden 4 dieser Ogive 1 stützt sich auf den Stößel 7, wodurch die Abscherung des Ringes 16 bewirkt wird. Der Stößel 7 gleitet dann längs der X-X′-Achse und induziert eine Stoßwelle in der ersten ferroelektrischen Platte 8.
The device according to the invention works as follows:
When the ogive 1 hits its wall 5 is pressed together. The bottom 4 of this ogive 1 is supported on the plunger 7 , whereby the ring 16 is sheared off. The plunger 7 then slides along the XX'-axis and induces a shock wave in the first ferroelectric plate 8 .

Dank den Abständen j1 und j2 beträgt der Stoßdruck 10 bis 20 kbar bei üblicherweise zwischen 500 und 1000 m/s liegenden Auftreffgeschwindigkeiten.Thanks to the distances j 1 and j 2 , the impact pressure is 10 to 20 kbar at impact speeds that are usually between 500 and 1000 m / s.

Dank der kegelstumpfförmigen Ausbildung des Bodens 4 der Ogive 1 und des Vorderteils 13 des Stößels 7 arbeitet die Vorrichtung einwandfrei, wenn der Auftreffwinkel, bezogen auf die X-X′-Achse, zwischen 0 und 60° liegt.Thanks to the frustoconical design of the bottom 4 of the ogive 1 and the front part 13 of the plunger 7 , the device works properly when the angle of incidence, based on the XX'-axis, is between 0 and 60 °.

Die beim Aufschlag erzeugte Stoßwelle breitet sich in den fünf ferroelektrischen Platten 8 bis 12 aus und depolari­ siert sie nacheinander. Auf diese Weise lädt die erste Platte 8 den Kondensator 22 auf eine Spannung V1 auf, eben­ so wie die weiteren vier ferroelektrischen Platten 9 bis 12. Die zweite mit der Spannung V1 aufgeladene Platte 9 wird ihrerseits depolarisiert und lädt den Kondensator 22 auf, dessen Spannung V2 erreicht und so fort. Nach ca. einer Mikrosekunde wird die Maximalspannung an den Klemmen des Kondensators 22 erreicht, dessen Kapazität z. B. bei 30 nF liegt.The shock wave generated on impact spreads in the five ferroelectric plates 8 to 12 and depolarizes them one after the other. In this way, the first plate 8 charges the capacitor 22 to a voltage V 1 , just like the other four ferroelectric plates 9 to 12 . The second plate 9 charged with the voltage V 1 is in turn depolarized and charges the capacitor 22 , the voltage of which reaches V 2 and so on. After approximately one microsecond, the maximum voltage is reached at the terminals of the capacitor 22 , the capacitance of which, B. is 30 nF.

Das zwischen dem Kondensator 22 und den ferroelektrischen Platten 8 bis 12 liegende Gleichrichterglied 24 verhindert die dielektrischen Verluste sowie die Repolarisation der depolarisierten Platten 8 bis 12.The rectifier element 24 located between the capacitor 22 and the ferroelectric plates 8 to 12 prevents the dielectric losses and the repolarization of the depolarized plates 8 to 12 .

Die Funkenstrecke 23 wird kurzgeschlossen, sobald die elektrische Spannung einen z. B. auf 3000 V festgelegten maximalen Schwellenwert erreicht. Der Kondensator 22 ent­ lädt sich dann augenblicklich über den Detonator 25, wo­ durch die Zündung des Sprengstoffs bewirkt wird.The spark gap 23 is short-circuited as soon as the electrical voltage reaches a z. B. reached maximum threshold set to 3000 V. The capacitor 22 ent then instantly charges via the detonator 25 , where it is caused by the ignition of the explosive.

In dem betrachteten Beispiel erreicht die von den über­ einandergestapelten Platten 8 bis 12 gelieferte elektrische Energie 100 bis 150 mJ. Diese Energie kann bis auf 500 mJ erhöht werden, indem man leistungsfähigere ferroelektrische Materialien und/oder eine größere Anzahl übereinanderge­ schichteter Platten verwendet.In the example considered, the electrical energy supplied by the stacked plates 8 to 12 reaches 100 to 150 mJ. This energy can be increased up to 500 mJ by using more powerful ferroelectric materials and / or a larger number of stacked plates.

Dank der Tatsache, daß derartige elektrische Energiewerte erzielt werden, ist es möglich, wenig empfindliche Initial­ sprengstoffe oder sogar Sekundärsprengstoffe zu zünden. Man kann daher die Zündsicherheit der ballistischen Pro­ jektile oder gelenkten Flugkörper erheblich erhöhen.Thanks to the fact that such electrical energy values achieved, it is possible to initial little sensitive detonate explosives or even secondary explosives. One can therefore check the ignition safety of the ballistic pro significantly increase jectile or guided missiles.

So können mit Hilfe eines Stapels elektrisch parallel­ geschalteter ferroelektrischer Platten sehr hohe elektrische Energien bei gleichzeitig sehr geringem Raumbedarf erzielt werden.So with the help of a stack electrically parallel switched ferroelectric plates very high electrical Energy achieved with very little space will.

Die Fig. 4 gibt als Beispiel die Kurven der Spannung T in Volt als Funktion der Zeit t in Mikrosekunden wieder, wobei die Werte an den Klemmen des 32-nF-Kondensators 22 in fol­ genden Fällen gemessen wurden Fig. 4 shows, by way of example, the curves of the voltage T in volts as a function of the time t in microseconds, the values at the terminals of the 32 nF capacitor 22 being measured in the following cases

  • a) Fall eines Stapels von 5 ferroelektrischen Scheiben vom Typ "metastabil" mit Phasenänderung,a) Case of a stack of 5 ferroelectric disks dated Type "metastable" with phase change,
  • b) Fall eines Stapels von 5 ferroelektrischen Scheiben, von denen die beiden letzten doppelt so dick sind wie die drei ersten, b) case of a stack of 5 ferroelectric disks, of where the last two are twice as thick as the three first,  
  • c) Fall eines Stapels von fünf ferroelektrischen Schei­ ben mit einer Koerzitivfeldstärke in der Größenordnung von 2000 V/mm.c) case of a stack of five ferroelectric slices ben with a coercive force of the order of magnitude of 2000 V / mm.

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die soeben beschriebenen Beispiele, und es können an diesen zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne daß der Rahmen dieser Erfindung überschritten würde.The invention is of course not limited to the examples just described, and you can use them numerous changes can be made without the Would exceed the scope of this invention.

Anstatt konstant zu sein, kann somit die Dicke der ferro­ elektrischen Platten 8 bis 12 in der Ausbreitungsrichtung der Stoßwelle zunehmen. Diese Anordnung erlaubt überdies, den Wert der erhaltenen elektrischen Energie zu erhöhen.Thus, instead of being constant, the thickness of the ferroelectric plates 8 to 12 can increase in the direction of propagation of the shock wave. This arrangement also allows the value of the electrical energy obtained to be increased.

Im Falle eines Hohlladungsgeschosses sind die ferroelek­ trischen Platten bevorzugt ringförmig, so daß sie eine axiale Öffnung aufweisen, die die Störung des Hohlladungs­ strahls begrenzt.In the case of a shaped charge floor are the ferroelek trical plates preferably annular, so that they are a have axial opening that the disturbance of the shaped charge beam limited.

Die Funkenstrecke 23 kann durch jeden beliebigen anderen Hochspannungsschalter oder durch ein lawinenartig arbei­ tendes Halbleiterglied ersetzt werden.The spark gap 23 can be replaced by any other high-voltage switch or by an avalanche-like semiconductor element.

Claims (10)

1. Piezoelektrische Vorrichtung für mit Sprengstoff geladene Projektile, die zur Zündung eines elektrischen Detonators dient, der diesen Sprengstoff initiiert, wobei diese Vor­ richtung ein ferroelektrisches Material enthält, das elektrisch mit dem Detonator verbunden und so in das Projektil eingebaut ist, daß es beim Geschoßaufschlag eine mechanische Beanspruchung erfährt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es einen Stapel mehrerer Platten (8, 9, 10, 11, 12) aus ferroelektrischem Material enthält, die elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei dieser Stapel mit einem Kondensator (22) elektrisch verbunden ist, der in der Lage ist, die unter der Einwirkung der beim Geschoßaufschlag auf den Stapel wirkenden mechanischen Beanspruchung erzeugte Energie zu speichern, wobei dieser Stapel außerdem elektrisch mit einem Hochspan­ nungsschalter (23) verbunden ist, der seinerseits elek­ trisch mit dem Detonator (25) in Kontakt steht, wobei der Schalter (23) in Funktion tritt, sobald die im Kondensator (22) gespeicherte Energie einen bestimmten Schwellenwert erreicht.1. Piezoelectric device for explosives charged projectiles, which is used to ignite an electrical detonator that initiates this explosive, this device contains a ferroelectric material that is electrically connected to the detonator and installed in the projectile so that it hits the projectile experiences a mechanical stress, characterized in that it contains a stack of several plates ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) made of ferroelectric material which are electrically connected in parallel, this stack being electrically connected to a capacitor ( 22 ) which is able to store the energy generated under the action of the mechanical stress acting on the stack upon projectile impact, this stack also being electrically connected to a high-voltage switch ( 23 ), which in turn is in electrical contact with the detonator ( 25 ) is standing, the switch ( 23 ) comes into operation as soon as the energy stored in the capacitor ( 22 ) reaches a certain threshold. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die an die Platten (8, 9, 10, 11, 12) aus ferroelektrischem Material gelegte Spannung auf einen Wert zu begrenzen der niedriger ist als derjenige der Koerzitivfeldstärke des Materials, aus dem diese Platten gebildet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that means are provided to limit the voltage applied to the plates ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) made of ferroelectric material to a value which is lower than that of the coercive force of the material from which these plates are formed. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (8, 9, 10, 11, 12) aus einem Ferro­ elektrikum bestehen, das von einem ferroelektrischen in einen anti-ferroelektrischen Zustand übergehen kann, und daß Mittel vorgesehen sind, um die an diese Platten gelegte Spannung auf einen Wert zu begrenzen der niedriger ist als die Spannung des ersten Übergangs von einem anti-ferroelektrischen in einen ferroelektrischen Zustand. 3. Device according to claim 1, characterized in that the plates ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) consist of a ferroelectric which can change from a ferroelectric to an anti-ferroelectric state, and in that means are provided to limit the voltage applied to these plates to a value lower than the voltage of the first transition from an anti-ferroelectric to a ferroelectric state. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte ferroelektrische Material aus Sinter­ keramiken folgender Zusammensetzung gewählt wurde: Pb (Zr1-xTix) O₃
Pb (Zr, Sn, Ti) O₃
Pb (Hf1-yZry)1-xTixO₃
Pb1-yLay (Zr1-xTix) O₃wobei die Anteile der Elemente so gewählt sind, daß diese Materialien metastabile Ferroelektrika darstellen.
4. The device according to claim 3, characterized in that said ferroelectric material was selected from sintered ceramics of the following composition: Pb (Zr 1-x Ti x ) O₃
Pb (Zr, Sn, Ti) O₃
Pb (Hf 1-y Zr y ) 1-x Ti x O₃
Pb 1-y La y (Zr 1-x Ti x ) O₃whereby the proportions of the elements are chosen so that these materials represent metastable ferroelectrics.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Material aus Pb (Zr1-x Tix) O3 mit 0,03 < x < 0,08 besteht.5. The device according to claim 4, characterized in that the ferroelectric material consists of Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 with 0.03 <x <0.08. 6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stromkreis zwischen dem Stapel Platten (8, 9, 10, 11, 12) aus ferroelektri­ schem Material ein Gleichrichterglied (24) enthält.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrical circuit between the stack of plates ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) made of ferroelectric material contains a rectifier ( 24 ). 7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der aus ferroelektrischem Material bestehenden Platten (8, 9, 10, 11, 12) in Rich­ tung der beim Geschoßaufschlag auf den Stapel wirkenden Stoßwelle zuninmt.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the thickness of the plates made of ferroelectric material ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) increases in Rich direction of the shock wave acting on the stack upon projectile impact. 8. Vorrichtung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 7, bestimmt für ein Hohlladungsgeschoß, dadurch gekennzeichnet, daß jede der aus ferroelektrischem Material bestehenden Platten eine Öffnung aufweist, die auf die Projektilachse zentriert ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, determined for a shaped charge floor, characterized in that each of the plates made of ferroelectric material has an opening centered on the projectile axis is. 9. Mit Sprengstoff geladenes Projektil, das eine Ogive (1) besitzt, die eine innere Aussparung (3) aufweist, in der eine erfindungsgemäße piezoelektrische Vorrichtung ein­ gebaut ist, wobei die Ogive eine beim Geschoßaufschlag kompressible Wandung (5) besitzt und ein Stößel (7) zwischen dem Boden (4) der Aussparung (3) der Ogive und dem Stapel von Platten (8, 9, 10, 11, 12) aus ferro­ elektrischem Material vorgesehen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand (j1) zwischen dem Boden (4) der Aussparung (3) der Ogive und dem Stößel (7) sowie der Zwischenraum (j2) zwischen dem Stößel (7) und dem Stapel von Platten (8, 9, 10, 11, 12) aus ferroelek­ trischem Material so berechnet sind, daß bei Auftreff­ geschwindigkeiten des Projektils von 500 bis 1000 m/s der vom Stößel (7) im Stapel induzierte Stoßdruck zwischen 10 und 20 kbar liegt.9. Projectile loaded with explosives, which has an ogive ( 1 ) which has an inner recess ( 3 ) in which a piezoelectric device according to the invention is built, the ogive having a wall ( 5 ) which is compressible when the projectile hits and a plunger ( 7 ) between the bottom ( 4 ) of the recess ( 3 ) of the ogive and the stack of plates ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) made of ferroelectric material, characterized in that the distance (j 1 ) between the bottom ( 4 ) of the recess ( 3 ) of the ogive and the plunger ( 7 ) and the space (j 2 ) between the plunger ( 7 ) and the stack of plates ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) made of ferroelectric Material are calculated so that at impact speeds of the projectile from 500 to 1000 m / s, the impact pressure induced by the plunger ( 7 ) in the stack is between 10 and 20 kbar. 10. Geschoß gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel von Platten (8, 9, 10, 11, 12) aus ferroelektrischem Material und der Stößel (7) axial in einer Hülse (15) angeordnet sind, die in der Aus­ sparung (3) der Ogive (1) vorgesehen ist, wobei der Teil (15a) dieser Hülse, der der verformbaren Wandung (5) der Ogive gegenüberliegt, von dieser durch einen Zwi­ schenraum getrennt ist und der Stößel (7) mit dem ge­ nannten Teil (15a) der Hülse über ein mechanisches Ver­ bindungsstück (16) fest verbunden ist, das beim Geschoß­ aufschlag unter Einwirkung der vom Boden (4) der Ogive auf den Stößel (7) ausgeübten Schubkraft zerstört wird.10. Projectile according to claim 9, characterized in that the stack of plates ( 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ) made of ferroelectric material and the plunger ( 7 ) are arranged axially in a sleeve ( 15 ) which in the savings ( 3 ) the ogive ( 1 ) is provided, the part ( 15 a) of this sleeve, which lies opposite the deformable wall ( 5 ) of the ogive, is separated from it by an intermediate space and the plunger ( 7 ) with said ge Part ( 15 a) of the sleeve via a mechanical Ver connector ( 16 ) is firmly connected, which is destroyed in the projectile impact under the action of the thrust force exerted on the plunger ( 7 ) by the bottom ( 4 ) of the ogive.
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