DE3800455A1 - Zuendelement, vorzugsweise mit langer verzoegerungszeit - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Zündelement, enthaltend in zylindersymmetrischer Anordnung, schichtweise nacheinander an­ geordnet, einen Anzündsatz, eine Verzögerungsstrecke, aufgebaut aus einem oder mehreren Verzögerungsladungen, und einem detona­ tiven oder flammgebenden Ausgang.

Ein Zündelement mit einer Verzögerungsstrecke hat die Aufgabe, die bei der Auslösung eines Zündmittels entstehende pyrotech­ nische Reaktion so zu verstärken, daß sie nach einer Verzöge­ rungszeit zur sicheren Zündung oder Anzündung einer Hauptladung führt.

Ein Zündelement ist aus mehreren, hintereinander angeordneten pyrotechnischen Sätzen aufgebaut: das hochempfindliche aber schwache Auslösen eines Anzündsatzes soll nach einer vorgege­ benen Zeit zum sicheren Anzünden einer relativ trägen Hauptla­ dung benutzt werden. Die Schwachstellen eines Zündelementes, an denen das Durchlaufen der Reaktionszone gestört oder unter­ brochen werden kann, sind die Flächen, wo pyrotechnische Sätze mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaf­ ten aneinanderstoßen. An solchen Trennflächen reißt der Reak­ tionsprozeß vor allem dann ab, wenn das Fortschreiten der Reak­ tion noch durch weitere Bedingungen erschwert ist, wie bei­ spielsweise durch eine sehr hohe Rotation des Zündelements, durch tiefe Temperaturen, durch Vibrationen, Stöße, Schocks u.dgl.

Auch die Forderung langer Verzögerungszeiten geht normalerweise einher mit einer Abnahme der Zuverlässigkeit, weil die dafür geeigneten Verzögerungssätze eine solche chemische Zusammen­ setzung haben, daß nur bei einer optimalen Reaktionseinleitung in der Verzögerungsstrecke die gewünschte langsame Weiterlei­ tung sicher erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Fortschreiten der Reaktionszone in einem Zündelement noch sicherer, auch unter erschwerten äußeren Bedingungen zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Mittenbereich des die Verzögerungsstrecke anzündenden Satzes in die (erste) Verzöge­ rungsladung hineinragt.

Der Kern der Erfindung liegt in einer Verbesserung des Über­ gangs zwischen dem Anzündsatz und dem Verzögerungssatz. Die geometrische Ausbildung des die (erste) Verzögerungsladung an­ zündenden Satzes leistet den größten Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit. Dabei ist der die Verzögerungsstrecke anzündende Satz entweder von vornherein ein langsam brennender Anzündsatz oder es sind, besonders bevorzugt, zwischen dem Anzündsatz und der Verzögerungsstrecke ein oder mehrere Übertragungssätze vorhanden, wobei wenigstens der Mittenbereich des die Verzögerungsstrecke anzündenden Satzes in die (erste) Verzöge­ rungsladung hineinragt.

Zwischen den schichtweise aufgebauten Sätzen in einem Zündele­ ment kommt es zu sprungartigen Änderungen der physikalischen Eigenschaften, insbesondere ändert sich die Reaktionsgeschwin­ digkeit sehr erheblich; in einem hochempfindlichen Anzündsatz kann sie in der Größenordnung 500 mm/s liegen; im Verzögerungs­ satz ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Bereich 0,7 bis 1 mm/s; in dazwischen geschalteten Übertragungssätzen liegt sie üblicherweise zwischen 30 und 200 mm/s. Es hat sich gezeigt, daß die Übertragung des Reaktionsprozesses vor allem an solchen Grenzflächen zu Schwierigkeiten führen kann, wo die Reaktions­ geschwindigkeit des Verzögerungssatzes nicht mehr so hoch ist, d.h. die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Reaktionswelle schon relativ klein ist, daß also insbesondere Störungen beim Über­ gang zum Verzögerungssatz auftreten. Wenn sich in die erste Verzögerungsladung der Mittenbereich des den Verzögerungssatz anzündenden Übertragungssatz hineinwölbt, ergibt sich am deutlichsten eine Erhöhung der Zuverlässigkeit.

Die mittige Aufwölbung des die Verzögerungsstrecke anzündenden Satzes ist bevorzugt kegelförmig; sie kann aber auch vorzugs­ weise einer Kugelabschnittsfläche entsprechen. Sie wird be­ stimmt durch das Werkzeug, mit dem der Anzündsatz in die zylin­ drische Hülse gepreßt wird. Dabei zeigt sich, daß es technisch besonders günstig sein kann, wenn der Mittenflächenbereich ku­ gelig abgerundet und die Seitenbereiche kegelstumpfähnlich sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Übergangs zwischen dem die Verzögerungsstrecke anzündenden Satzes und der ersten Ver­ zögerungsladung ist nicht nur auf die oben beschriebene geome­ trische Form zurückzuführen, sondern hängt entscheidend davon ab, daß die gewölbte Grenzfläche über den gesamten Querschnitt reicht.

In der FR 21 51 495 ist der Anzündsatz des Treibsatzes eines Raketenmotors beispielsweise auch u.a. kegelförmig, die Grenzfläche zwischen Anzündsatz und Treibsatz überdeckt jedoch nicht den gesamten Querschnitt der Treibladung. Bei dem erfin­ dungsgemäßen Zündelement würde eine derartige Geometrie der Grenzfläche nicht zum zuverlässigen Funktionieren - Übertragen der Reaktion des Übertragungssatzes auf den Verzögerungssatz - führen.

Im Gegensatz zur FR 21 51 495 müssen bei dem erfindungsgemäßen Zündelement zuerst der Anzündsatz und danach die Übertragungs­ sätze eingeladen werden, wobei die Übertragungsladung und die Verzögerungsladung mit einem Preßstift konkaver Preßfläche ver­ dichtet werden. Nur durch dieses an sich ungewöhnliche Ferti­ gungsverfahren wird die zuverlässige Reaktionsübertragung vom Anzündsatz auf den Verzögerungssatz erzielt.

Eine gewisse Abhängigkeit wird auch von der Wanddicke und dem Durchmesser des Zündelements beobachtet. Es ist besonders gün­ stig, wenn der Querschnitt der Sätze möglichst groß ist und/oder die Wanddicke des Zündelements möglichst dünn ist. Durch das Hineinragen des Mittenbereichs des die Verzögerungs­ strecke anzündenden Satzes in die (erste) Verzögerungsladung wird diese Abhängigkeit gemildert.

Die erfindungsgemäße Umgestaltung des Übergangsbereichs zwi­ schen dem die Verzögerungsstrecke anzündenden Satz und der (er­ sten) Verzögerungsladung, der "schwierigsten" Stelle innerhalb eines Zündelements, wo es vor allem dann zu einem Versagen kommt, wenn weitere erschwerende Zusatzanforderungen, wie z.B. ein hoher Drall, dazukommen, läßt sich noch durch weitere Maß­ nahmen unterstützen. Eine solche vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zündelements ist beispielsweise die Auftei­ lung des Übertragungssatzes in zwei (oder mehr) Sätze, wodurch es möglich wird, die relativ großen Sprünge in der Reaktionsgeschwindigkeit im Anzünd- und Verzögerungssatz zu verkleinern. Die Auswahl der Stoffe für die aufgeteilten Über­ tragungssätze steht im wesentlichen unter dem Gesichtspunkt, daß die Sprünge in den physikalischen Eigenschaftswerten an den Grenzflächen kleiner werden. Eine solche Maßnahme steigert die Zuverlässigkeit des Zündelements. Die Aufteilung des Übertra­ gungssatzes in zwei oder mehrere Sätze mit sich in kleineren Sprüngen ändernden Eigenschaften kann es darüber hinaus möglich machen, daß der Verzögerungssatz Eigenschaften haben kann, die an sich noch mehr erwünscht sind, wie beispielsweise eine noch kleinere Reaktionsgeschwindigkeit, ein solches Material für den Verzögerungssatz aber bisher deswegen nicht in Frage kam, weil sonst der Übergang vom Anzündsatz zum Verzögerungssatz noch problematischer (weil zu verschieden) geworden wäre.

Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn die sonst bekann­ ten planparallelen Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Verzögerungsladungen auch gemäß dem Hauptanspruch verändert werden. Besonders bevorzugt ist dabei eine Änderung des Be­ reichs zwischen der ersten und zweiten Verzögerungsladung. Die einzelnen Verzögerungsladungen sind normalerweise chemisch und physikalisch gleichartig. Die Verzögerungsstrecke ist nur aus herstellungstechnischen Gründen in mehrere Ladungen unterteilt. Es bedeutet praktisch kein Mehraufwand, wenn die in Detona­ tionsrichtung vordere Seite der ersten Verzögerungsladung auch aufgewölbt ist, was mit dem gleichen Werkzeug erfolgen kann. Es wird mit dieser Maßnahme eine weitere Verbesserung der Zuver­ lässigkeit beobachtet.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und weiter bei­ spielhaft beschrieben.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch ein Zündelement mit detona­ tivem Ausgang.

Das Zündelement besteht aus einer zylindrischen Hülse 1 mit ei­ nem Außendurchmesser von 5 mm und einer Länge von 17 mm. In Richtung des Fortschritts der Detonationszone gesehen (in der Zeichnung von unten nach oben) besteht die erste Schicht 2 aus einem empfindlichen Friktionssatz hoher Reaktionsgeschwindig­ keit, der mit einer Anstichnadel angezündet wird, und in dem die Rekationszone mit einer Geschwindigkeit von ca. 500 mm/s fortschreitet.

Das Zündelement ist für relativ lange Verzögerungszeiten (größenordnungsmäßig 10 s) ausgelegt. In der Verzögerungs­ strecke liegt die Reaktionsgeschwindigkeit unter 0,8 mm/s. Fer­ tigungsbedingt besteht der Verzögerungssatz aus vier chemisch und physikalisch gleichartigen Ladungen 3, 4, 5, 6. Die Über­ tragungsstrecke besteht hier aus zwei Sätzen 7, 8, die sich in der chemischen Zusammensetzung unterscheiden und die so aufein­ ander abgestimmt sind, daß die Stufen der Eigenschaftswerte an den Grenzflächen möglichst klein sind.

In diesem Beispiel ist zweimal beim Übergang zwischen den Sät­ zen von der erfindungsgemäßen Gestaltung des Übergangsbereichs bzw. der Gestaltung der Bodenfläche der üblicherweise zylindri­ schen Sätze Gebrauch gemacht. Als wichtigster Übergangsbereich wird die Fläche zwischen dem Übertragungssatz 8 und der ersten Verzögerungsladung 3 angesehen. Darüber hinaus hat auch noch der Übergangsbereich von der ersten Verzögerungsladung 3 zur zweiten Verzögerungsladung 4 die gleiche Form. Dieser zweite gewölbte Übergang wäre aufgrund der gleichen Zusammensetzung der Sätze 3 und 4 nicht unbedingt erforderlich. Es kommt jedoch bei der Pressung der vorderen Elementflächen auch noch zu einer besseren Verbindung zwischen der Verzögerungsladung 3 und dem Übertragungssatz 8.

Der Ausgang des Detonators ist in bekannter Weise ausgeführt. An die letzte Verzögerungsladung 6 schließt sich eine Bleiazid­ ladung 9 und an diese eine PETN-Ladung 10 an, die mit einem Aluminiumplättchen 11 abgedeckt ist. Die letzte Schicht 12 be­ steht aus einem Dichtungslack.

Bisher hat man bei einem Zündelement mit so langen Verzöge­ rungszeiten, das in Munition eingebaut ist, die mit 12000 U/min und mehr rotiert, immer wieder ein Abreißen der Reaktion beobachtet. Mit Zündelementen, wie sie in der Figur dargestellt sind, wurden solche Versager selbst bei Rotationsgeschwindig­ keiten von 17000 U/min nicht mehr beobachtet. Auch die Anfäl­ ligkeit gegen Schocks und tiefe Temperaturen ist hier auffällig reduziert.

Claims (8)

1. Zündelement, enthaltend in zylindersymmetrischer Anord­ nung, schichtweise nacheinander angeordnet, einen Anzünd­ satz, eine Verzögerungsstrecke, aufgebaut aus einem oder mehreren Verzögerungsladungen, und einen detonativen oder flammgebenden Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenbereich des die Verzögerungsstrecke (3, 4, 5, 6) an­ zündenden Satzes (8) in die (erste) Verzögerungsladung (3) hineinragt.

2. Zündelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Verzögerungsstrecke anzündende Satz ein langsam brennender Anzündsatz ist.

3. Zündelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Verzögerungsstrecke (3, 4, 5, 6) anzündende Satz ein Übertragungssatz (7, 8) ist.

4. Zündelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Übertragungssatz (7) zwischen dem Anzündsatz (2) und der Verzögerungsstrecke (3, 4, 5, 6) vorhanden ist, und die Übertragungssätze (7, 8) aus sol­ chen Komponenten aufgebaut sind, daß die Sprünge der Ei­ genschaftswerte (insbesondere bei Ausbreitungsgeschwin­ digkeit der Reaktion) an den Grenzflächen kleiner werden.

5. Zündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Übergangsbereich zwischen dem die Verzögerungsstrecke anzündenden Satz (8) und der (ersten) Verzögerungsladung (3) näherungsweise kegelförmig ist.

6. Zündelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Bereich des Kegels näherungsweise kugelförmig abgerundet ist.

7. Zündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich zwischen dem die Verzögerungsstrecke anzündenden Satz (8) und der ersten Verzögerungsladung (3) kugelabschnittsförmig ist.

8. Zündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verzögerungsstrecke mit meh­ reren Verzögerungsladungen (3, 4, 5, 6) der Mittenbereich wenigstens der ersten Verzögerungsladung (3) in die zweite Verzögerungsladung (4) hineinragt.