DE3812958A1 - Elektrisches anzuendmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzündmittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Unter einem Anzündmittel sind im Rahmen vorliegender Erfindung Anzündelemente in ihrer umfassendsten Bedeutung (wie ins­ besondere einschließlich der Ausführungen als Zündpillen, als Zünd­ hütchen-Anzündelemente oder als Zündmitteln mit unmittelbar spreng­ kräftigen Ausgängen) ebenso zu verstehen, wie in elektrisch-pyro­ technische Auslöser eingebaute Zündmittel.

Ein Anzündmittel in der Bauform einer Zündpille ist aus der US-PS 41 52 988 bekannt. Elektrisch ansteuerbare pyrotechnische Kraftele­ mente, auch als elektrische Auslöser bezeichnet, wie sie z.B. als einmalig verwendbare Sperr-Schaltmittel für Zündsicherungseinrichtungen vielfach im Einsatz sind, werden von der Dynamit Nobel Aktiengesell­ schaft auf den Markt gebracht.

Allen diesen Anzündmitteln ist gemeinsam, daß die Einspeisung eines elektrischen Stromes zur pyrotechnischen Auslösung führt. Problematisch ist jedoch stets, daß unter ungünstigen Umweltgegebenheiten nicht auszuschließen ist, daß hochfrequente Störstrahlungsenergie in die Zuleitungen eingestreut oder eingespeist wird, die bereits zur Aus­ lösung ausreichen kann; mit der Folge, daß die Auslösung des Anzünd­ mittels zur Unzeit, also unkontrolliert erfolgt und beispielsweise Fehlfunktionen hervorruft bzw. Personen oder Sachen gefährdet.

Zur Abhilfe gegen eine derartige Störstrahlungs-Auslösung ist es bekannt, die elektrische Ansteuerung über eine Hochfrequenz-Filter­ schaltung vorzunehmen, welche im Zuge der Verdrahtung der Zündmittel-Zu­ leitungen eingefügt ist und die hochfrequente Störenergie abblocken bzw. kurzschließen soll. Eine solche Filterschaltung wird üblicher­ weise in möglichst dichter Nachbarschaft des Eintritts der Zuleitungen in den Zündmittel-Trägerkörper (der als Polkörper für eine Zündbrücke oder als Haltescheibe einer Hülsen-Einkapselung ausgelegt sein kann) eingeschaltet. Dadurch wird aber die Gefahr nur verringert, nicht ausgeschlossen, daß immer noch hochfrequente Störenergie zwischen der Filterschaltung und dem eigentlichen Anzündmittel einkoppelt und zu ungewünschter Auslösung führt. Deshalb ist in der CH-PS 6 35 673 für ein Anzündelement vorgesehen, auf einen Isolierstoff-Träger­ körper selbst und unmittelbar neben der Zündbrücken-Kontaktierung diejenigen Schaltungen zu realisieren, die sonst als Ansteuer- und Filterschaltungen in den Zündmittel-Zuleitungen in diskreter Schaltungs­ technik ausgeführt sind. Dadurch ergibt sich gewissermaßen ein intelli­ gentes Zündmittel, nämlich ein Zündmittel ohne das Erfordernis der separaten Vorschaltung von Hilfs- und Sicherungsschaltungen. Eine solche Realisierung bedingt allerdings andererseits erheblichen fertigungstechnischen Aufwand.

Wenn das Anzündmittel Bestandteil des sogenannten elektrischen Aus­ lösers (pyrotechnischen Kraftelementes) ist, hat die unmittelbare Ausführung einer Filterschaltung auf einem Trägerkörper auch die nachteilige Folge, daß die standardisierten, bereits ihrer Bauart nach zugelassenen und im Einsatz befindlichen Auslöser nicht ohne zeit- und kostenaufwendige neue Zulassungsverfahren weiter verwendet werden dürfen, weil ein funktionswesentlicher Eingriff unmittelbar im Innern des Anzündmittels vorgenommen wurde.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Anzündmittel gattungsgemäßer Art mit möglichst wirksamen Hochfrequenz-Störschutzmaßnahmen ohne technologisch kritischen Ein­ griff ins Innere des Anzündmittels selbst auszustatten. Dabei soll insbesondere auch die Möglichkeit eröffnet werden, unter Heranver­ legung der Hochfrequenz-Störschutzmaßnahme möglichst dicht an die Zündbrücke doch keine funktionswesentlichen Eingriffe ins Innere elektrischer Auslöser vornehmen zu müssen, also trotz der Möglichkeit, auf externe Zuschaltung von Störschutzmaßnahmen zu verzichten, neue Zulassungsprüfungen zu vermeiden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß das Anzündmittel gattungsgemäßer Art gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist.

Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß der bei einem Anzündmittel stets vorhandene Trägerkörper (sei er nun der Polkörper einer Anzünd­ pille oder einfach die Haltescheibe einer Kraftelement-Einkapselung) bei entsprechender Materialwahl hinsichtlich der dielektrischen Eigenschaften unmittelbar zur Ausbildung einer Querkapazität als Hochfrequenz-Kurzschluß am Zuleitungs-Eintritt in die Zündmittel- Hülse geeignet ist. Damit liegt der Hochfrequenz-Kurzschluß einerseits sehr dicht bei der Zündbrücke, die im übrigen von der metallischen Einkapselung gegen Störeinstrahlungen abgeschirmt ist; während anderer­ seits für diese Störschutzmaßnahme keinerlei mechanische funktions­ wesentliche Eingriffe ins Innere des gekapselten Anzündmittels er­ forderlich sind.

Im Falle der Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung bei einem pyrotechnischen Kraftelement braucht also praktisch nur der bisher als Haltescheibe übliche Messingring, der in das Fußende der Ein­ kapselungs-Hülse eingebördelt ist, durch ein Querkapazitäts-Dielektrikum ersetzt zu werden, das an die Zuleitungen elektrisch angeschlossene Elektrodensysteme trägt. Grundsätzlich können die beiden Elektroden als Halbflächen auf einer Stirnfläche dieser Querkapazitäts-Halte­ scheibe ausgebildet sein, oder auf den beiden einander gegenüber­ liegenden Stirnflächen einer Keramikscheibe hoher Dielektrizitäts­ konstante. Ein größerer Wert der Querkapazität bei vorgegebenen Einbauabmessungen der Haltescheibe (bzw. eines sonstigen Träger­ körpers bei Anzündmitteln für andere Einsatzzwecke) ergibt sich jedoch, wenn die Querkapazität aus einer Vielzahl von dünnen Keramik- Schichten mit dazwischen angeordneten (beispielsweise aufgedampften oder aufkaschierten) Elektroden erstellt ist, die wechselseitig, also kammartig ineinandergreifend, zu dem Paar von Elektrodensystemen zusammengeschaltet sind, die ihrerseits kraftschlüssig oder form­ schlüssig, jedenfalls elektrisch leitend an die jeweils zugeordnete Zuleitung angeschlossen sind. Ein Trägerkörper mit derart integrierter Querkapazität ergibt also einen höchstwirksamen Schutz gegen unge­ wollte Zündmittel-Auslösung durch Hochfrequenz-Störeinflüsse, wofür nur eine minimale Modifikation gegenüber der eingeführten Bauart des jeweiligen Anzündmittels erforderlich ist und insbesondere wegen Eingriffs nicht in die funktionswesentliche Mechanik eines Kraft­ elementes, sondern nur in die apparative Peripherie, kein neues Qualifikationsverfahren für die militärische Bauartzulassung eines bereits eingeführten Auslösers erforderlich wird. Der zusätzliche Einbau und elektrische Anschluß von Schutzschaltungen beim Einsatz derartiger Kraftelemente erübrigt sich damit, was zu geringerem Montageaufwand und größerer Betriebszuverlässigkeit führt.

Wenn, gemäß dem bevorzugten Einsatzbeispiel des erfindungsgemäß ausgestalteten Anzündmittels mit in seinen Trägerkörper integrierter Querkapazität, das Anzündmittel selbst gegenüber dem als Haltescheibe dienenden Trägerkörper beweglich sein muß, dann kann entweder eine gleitende Durchführung der Zuleitungen durch die Querkapazität vorge­ sehen sein; oder im Interesse höherer Betriebssicherheit sind die Zuleitungen mit den Querkapazität-Elektroden verlötet und innerhalb der Einkapselung schlaufen- oder bogenförmig geführt, um (je nach der Relativbewegung zwischen Anzündmittel und Haltescheibe) bei der Anzündmittel-Bewegung gedehnt oder gestaucht werden zu können.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind gleichermaßen bei einpoliger oder zweipoliger elektrischer Ansteuerung des Anzündmittels realisier­ bar; also unabhängig davon, ob für den Schluß des elektrischen Kreises über die Zündbrücke eine zweite Zuleitung den Trägerkörper durch­ quert, oder ob die Einkapselungs-Hülse selbst als Rückleitung dient.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung in nachstehender Beschreibung näher erläutert, aus der sich - auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung - zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung ergeben. Die Zeichnung zeigt unter Beschränkung auf das Wesentliche etwas abstrahiert aber angenähert maßstabsgerecht als bevorzugte Realisierungs- und Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung in

Fig. 1 ein elektrisches Anzündmittel in der Bauform eines Zündhütchens,

Fig. 2 ein Anzündelement mit in seinen Trägerkörper inte­ grierter Querkapazität für ein Anzündhütchen gemäß Fig. 1,

Fig. 3 als Explosiv-Prinzipdarstellung den Schichten-Aufbau eines Trägerkörpers mit integrierter Querkapazität gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Trägerkörper mit integrierter Querkapazität als den Polkörper einer elektrischen Anzündpille,

Fig. 5 ein pyrotechnisches Anzündmittel entsprechend der Anzündpille nach Fig. 4, nun eingesetzt als aktives Element eines Auslöser-Kraftelementes mit einziehendem Sperr-Kolben, bei Realisierung des Trägerkörpers mit integrierter Querkapazität als der Haltescheibe für die Einkapselungs-Hülse des Kraftelementes, und

Fig. 6 ein zweipoliges elektrisches Ersatzschaltbild für die elektrische Ansteuerung einer Zündbrücke mit parallelgeschalteter, in einen Trägerkörper inte­ grierter Querkapazität.

Fig. 1 zeigt bei vereinfachter Darstellung im Axial-Längsschnitt ein elektrisches Anzündmittel 1 in der Ausführungsform eines Zünd­ hütchens 2, dessen Anzündelement 3 mit symbolisch vereinfacht skizzierter Zündbrücke 4 in Fig. 2 im detailliertern Axial-Längsschnitt skizziert ist. Der Trägerkörper 5 des Anzündelementes 3 dient als der Zündbrücke 4 elektrisch parallel geschaltete Querkapazität 6, ausgebildet zwischen Anschlüssen 7-8 für einerseits die Kondensatorelektroden 9 und anderer­ seits die Zündbrücke 4.

Um für eine ausreichend große Querkapazität die hinreichend große Fläche aneinander möglichst dicht gegenüberstehenden Elektroden 9 zu erzielen, ist der Trägerkörper 5 als koaxialer Stapel einzelner scheibenförmiger Schichten 10 eines Materials möglichst hoher Di­ elektrizitätskonstante aufgebaut, auf die jeweils eine Elektrode 9 aufgebracht (beispielsweise aufgedruckt oder aufgedampft) ist. Für diese Schichten 10 eignet sich insbesondere die am Markt, beispiels­ weise von der Firma Murata, erhältliche flexible und bedruckbare sogenannte "X7R-Keramik".

Die axial distanzierten Elektroden 9 sind infolge radialen wechsel­ seitigen Versatzes (wie aus der Schnittdarstellung der Fig. 2 ersichtlich) zu zwei kammförmig ineinandergreifenden Elektrodensystemen zusammen­ gefaßt, indem sie abwechselnd an den zentralen Anschluß 7 und an den peripheren Anschluß 8 geführt und dort elektrisch leitend zusammen­ geschaltet sind. Ein solcher Trägerkörper 5 von beispielsweise 2 mm Höhe und 3,7 mm Durchmesser mit wie dargestellt integrierter Quer­ kapazität 6 erbringt einen Kapazitätswert in der Größenordnung von 15 nf bis 20 nF und damit einen ausreichenden Hochfrequenz-Kurz­ schluß parallel zur Zündbrücke 4.

Die einzelnen Elektroden 9 der aufeinanderliegenden Keramik-Schichten 10 können aber auch gemäß Fig. 3 über achsparallel sie querende Zuleitungen 11 und exzentrische, abwechselnd damit kontaktierte Löcher 12 zum Trägerkörper 5 mit integrierter Querkapazität 6 aufge­ baut sein. Diese Kontaktierung ist insbesondere von Vorteil für den Einsatz eines solchen Trägerkörpers 5 mit integrierter quer­ kapazität 6 als Polkörper 13 eines elektrischen Anzündmittels in der Bauform einer Anzündpille 14, die etwa gemäß Fig. 4 in eine Hülse 15 eingekapselt ist, deren Fußende 16 durch den eingebördelten Polkörper 13 verschlossen ist. Der eigentliche Träger 17 für die Zündbrücke 4 wird im Innern der Hülse 15 von den den Polkörper 13 durchragenden Enden der Zuleitungen 11 gehaltert.

Wieder dient die Ausbildung der Trägerkörpers 5, hier als Polkörper 13 eingesetzt, als Schichtkondensator mit einer Querkapazität 6 zwischen den Zuleitungen 11 zur Ableitung etwa eingekoppelter höher­ frequenter Störenergie, um zu vermeiden, daß die Zündbrücke 4 bereits durch solche Störeinflüsse gezündet wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 dient eine gekapselte Anzünd­ pille 14 etwa gemäß Fig. 4 als innerhalb einer äußeren Hülse 15 axial verlagerbare Kraftquelle eines als elektrischer Auslöser (auch als elektrisch ansteuerbares pyrotechnisches Kraftelement bezeichnet) mit einziehendem Kolben ausgelegten elektrischen Anzündmittels 1. Als Trägerkörper 5 mit integrierter Querkapazität 6 ist beim Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 5 nun aber nicht der Zündpillen-Pol­ körper 13, sondern die in das Fußende 16 der äußeren Hülse 15 einge­ bördelte Haltescheibe 18 vorgesehen. An der Innenmantelfläche der äußeren Hülse 15 ist ein Hohlkolben 19 axial verschiebbar gehaltert, der das Anzündmittel 1 einfaßt. Dieses weist auf seinem Polkörper 13 einen die Anzündpille 14 umgebenden Anzündsatz 20 auf. Bei elek­ trischer Speisung der Zuleitungen 11 zündet der glühende Brückendraht über die Pille 14 den Anzündsatz 20. Die Entwicklung von Abbrand- Reaktionsgasen läßt eine Abdeckung 21 des Hohlkolbens 19 bersten, so daß die Gase durch einen Kanal 22 in einen Expansionsraum 23 im druckfest verschlossenen Stirnende 24 der äußeren Hülse 15 über­ treten und zwischen dem Stirnende 24 sowie dem Hohlkolben 19 einen Druck zur Axialverschiebung zum Hülsen-Fußende 16 hin aufbauen. Dadurch wird ein mit dem Hohlkolben 19 verbundener, aus dem Hülsen-Stirn­ ende 24 koaxial austretender kolbenförmiger Sperrstift 25 aus seiner (in der Zeichnung dargestellten) Ursprungsstellung nach Maßgabe der Bewegung des Hohlkolbens 19 in die Hülse 15 hineingezogen.

Damit die elektrische Auslösung der Anzündpille 14 nicht ungewollt durch eingestrahlte oder sonstwie in die Zuleitungen 11 eingekoppelte, höherfrequente Störenergie erfolgt, sondern nur durch gezielte An­ steuerung aus einer elektrischen Speise-Leistungsquelle 26 (Fig. 6), ist wieder zwischen den Leitungen 11-11, nun möglichst dicht vor der Anzündpille 14, die Querkapazität 6 zum Kurzschließen höher­ frequenter Energieanteile angeordnet. Die innenliegenden Elektroden 9 sind in Fig. 5 nicht dargestellt. Es können aber auch die Stirn­ flächen der Haltescheibe 18 aus elektrisch isolierendem Material mit Elektroden 9 belegt sein.

Wie oben (Fig. 3) schon angedeutet kann die jeweilige elektrische Verbindung zwischen Elektroden 9 und Zuleitungen 11 dadurch erfolgen, daß die Löcher 12 durchkaschiert sind, wie es aus der Technologie der gedruckten Leiterplatten bekannt ist; mit Anschluß der Elektroden 9 direkt an die Loch-Kaschierungen. Es kann dabei eine mechanische Gleitpreßeinfassung der durch die Löcher 12 unisoliert hindurchge­ führten Zuleitungen 11 ausgebildet sein. Es kann aber auch eine direkte Lötbrücken-Verbindung zwischen den Elektroden 9 und dem durch die Löcher 12 hindurchtretenden Bereich der jeweiligen Zu­ leitungen 11 vorgesehen sein.

Wenn, wie gemäß dem bevorzugten Einsatzbeispiel dargestellt, das Anzündmittel 1 (als kraftlieferndes Element eines Sperr-Auslösers) der äußeren Hülse 15 und ihrer Haltescheibe 18 gegenüber verlagerbar eingekapselt ist, mit mechanischer Festlegung der Zuleitungen 11 in der als Querkapazität 6 ausgelegten Haltescheibe 18, dann erfolgt eine mechanische Festlegung der Zuleitungen 11 in den Löchern 12 zweckmäßigerweise unter Vorgabe einer Schikane, etwa eines Stauch-Bogens 27 in jeder der Zuleitungen 11 über der Haltescheibe 18.

Dieser Bogen 27 fördert ein definiertes Ausknicken beim Stauchen der Zuleitungen 11 infolge sich verringernden lichten Abstandes zwischen der Haltescheibe 18 und dem sich annähernden Hohlkolben 19; so daß eine bewegliche Führung der Leitungen 11 durch die Halte­ scheibe 18 hindurch nicht mehr erforderlich ist, die die sichere elektrische Verbindung der Zuleitungen 11 mit den Elektroden 9 der Querkapazität 6 beeinträchtigen könnte. Bei einer Schub-Arbeits­ bewegung des Kolbens 19 ist die Länge der Bögen 27 so dimensioniert, daß die Ausschubbewegung nicht etwa von straff gespannten Zuleitungen 11 begrenzt wird.

Um eine Beschädigung der Querkapazität 6, bzw. der Keramik-Schichten 10, beim Einbördeln des Kapsel-Fußendes 16 zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, deren Peripherie durch einen stabilen Armier-Ring 28 einzufassen, wie in Fig. 1 berücksichtigt.

Als zusätzliche Störschutzmaßnahme kann es von Vorteil sein, außerhalb der Haltescheibe 18 auf die Zuleitungen 11 noch Drosselröhrchen 29, etwa Röhrchen aus hochpermeablem Material wie Ferrit, aufzu­ schieben und dadurch zwei Längs-Induktivitäten 30 als hochohmige Hochfrequenzwiderstände direkt vor der Querkapazität 6 auszubilden. Diese Drosselröhrchen 29 werden zweckmäßigerweise durch eine Kunst­ stoff-Einbettung 31 vor der Außenseite der Haltescheibe 18 mechanisch gehaltert und gegen Biegebeanspruchungen sowie Umwelteinflüssen geschützt.

Claims (16)

1. Elektrisches Anzündmittel (1) mit einem Trägerkörper (5), der von Zuleitungen (11) zur Zündbrücke (4) durchquert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (5) als Querkapazität (6) ausgebildet ist, die an die Zündbrücken-Zuleitungen (11) angeschlossen ist.

2. Anzündmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querkapazität (6) mit Elektroden (9) ausgestattete Keramik-Schichten (10) aufweist.

3. Anzündmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (9) abwechselnd mit achsparallel durchlaufenden Zuleitungen (11) kontaktiert sind.

4. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querkapazität (6) in einen Armier-Ring (28) eingefaßt ist.

5. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Anzündelement (3) eines Zündhütchens (2) ausgelegt ist, mit Ausbildung der Querkapazität (6) in einem geschichteten Trägerkörper (5) mit zentraler und peripherer Ausbildung der Anschlüsse (7, 8) der Elektroden (9).

6. Anzündmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Anzündpille (14) ausgelegt ist, mit Ausbildung der Querkapazität (6) als ihr Polkörper (13), der wenigstens ein Durchgangs-Loch (12) für eine Zuleitung (11) aufweist.

7. Anzündmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (12) durchkontaktiert und mit jeder zweiten Lage von Elektroden (9) sowie der zugeordneten Zuleitung (11) elektrisch verbunden ist.

8. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ansteuerung seiner Zündbrücke (4) über eine Zuleitung (11) und eine Einkapselungs-Hülse (15) erfolgt.

9. Anzündmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung seiner Zündbrücke (4) über zwei den Trägerkörper (5) durchquerende Zuleitungen (11) erfolgt.

10. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als auslösendes Element in einem mechanischen Schalt- oder Sperrglied ausgelegt ist.

11. Anzündmittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querkapazität (6) in die Hülsen-Haltescheibe (18) inte­ griert ist, der gegenüber innerhalb der Hülse (15) eine Anzünd­ pille (14) verschiebbar gehaltert ist.

12. Anzündmittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Haltescheibe (18) durch ein Loch (12) durchquerende Zuleitung (11) darin unter Friktion und elektrischer Kontaktierung zu einer Querkapazitäts-Elektrode (9) axial verschiebbar ist.

13. Anzündmittel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Haltescheibe (18) durch ein Loch (12) durchquerende Zuleitung (11) am Loch (12) mit einer Querkapazität-Elektrode (9) elektrisch leitend starr verbunden ist.

14. Anzündmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Haltescheibe (18) durchquerende Zuleitung (11) längs eines Bogens (27) an eine in einer äußeren Hülse (15) axial verschiebbare Anzündpille (14) angeschlossen ist.

15. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zuleitung (11) vor Eintritt in das Trägerkörper-Loch (12) ein Drosselröhrchen (29) aufgeschoben ist.

16. Anzündmittel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselröhrchen (29) durch eine Kunststoff-Einbettung (31) gegen Umgebungseinflüsse geschützt und mit dem Trägerkörper (5) verbunden ist.