DE3800455A1 - Zuendelement, vorzugsweise mit langer verzoegerungszeit - Google Patents
Zuendelement, vorzugsweise mit langer verzoegerungszeitInfo
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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.
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