DE3890653C2 - Zündanlage und Verfahren zu deren Auslösung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auslösen, d. h. Inbetriebsetzen einer elektronisch ver­ zögerten Zündanlage für Sprengladungen, wobei die Zündan­ lage vor einer Störung durch elektromagnetische Wellen vollständig geschützt wird. Die vorliegende Erfindung be­ zieht sich auch auf eine Zündanlage, die in Übereinstimmung mit diesem Verfahren funktioniert und eine spezifische Aus­ bildung aufweist.

Aus der Druckschrift US 4 240 350 ist ein Zeitzünder bekannt, der von einem Generator mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei der Generator seine abgegebene Energie aus der Abschußbeschleunigung des Projektils gewinnt.

Bei der Verwendung elektrischer Zündanlagen zum Auslösen von Sprengladungen bilden nahe Radio- und Radarstationen - genauso wie andere Strahlenquellen - eine potentielle Ge­ fahr, da sie das Anwachsen eines ausreichend starken Induk­ tionsstromes in der Zündleitung bewirken und so eine unbe­ absichtigte Auslösung der Ladungen veranlassen können. Das ist ein ernster Nachteil, der mit allen elektrischen Zünd­ anlagen verbunden ist und der mit sich gebracht hat, daß es in elektrischen Zündanlagen für militärische Zwecke nötig war, ein kompliziertes Antistörsystem einzubauen, da bei einer Feldanwendung nicht - wie bei zivilen Sprengtätigkei­ ten mit elektrischen Zündanlagen - erwartet werden kann, daß jegliche Verwendung von Radio-, Radar- oder anderen Ab­ strahlern in der Nachbarschaft der Sprengstelle verhindert werden kann.

Für elektronisch ausgelöste Sprengpatronen (Sprengkapseln) war es früher üblich, auch, wenn nötig, mit pyrotechnischen Verzögerungsladungen herkömmlicher Art ausgestattet zu sein. Zünder mit elektronisch verzögerter Wirkung, mit ei­ nem sehr guten Ausführungsgrad, was präzise und bekannte Zündintervalle und Außenabmessungen betrifft, sind jedoch seit kurzem für äußerst attraktive Preise erhältlich.

Diese Zünder mit elektronisch verzögerter Wirkung bilden ein weiteres Argument zugunsten einer elektrischen anstatt einer nicht-elektrischen Zündanlage für die Auslösung von Sprengladungen. Sobald jedoch eine elektrische Zündanlage verwendet wird, in der die elektrischen Leitungen eine aus­ reichende Länge aufweisen, um Gefahr zu laufen, induzierte Ströme in den Leitungen hervorzurufen, gibt es das zusätz­ liche Erfordernis einer sorgfältigen und deshalb kompli­ zierten und teuren Störabschirmung der gesamten Zündanlage.

Folglich wird es in vielen Fällen wünschenswert sein, auf eine nicht-elektrische Zündanlage zurückzugreifen, die die gleiche genaue Zeitverzögerung wie die elektronischen Zeit­ zünder bietet und welche niemals auch nicht mit der besten pyrotechnischen Verzögerungsladung erreicht werden kann.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine störungsab­ geschirmte, elektronisch verzögerte Zündanlage für Sprengladungen, in der die Zündanlage durch Detonation oder hochenergetische Verbrennung, z. B. einer pyrotechnischen Ladung od. dgl., die in der unmittelbaren Nachbarschaft der Zündanlage ausgelöst wird, ausgelöst wird. Gemäß einem er­ sten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Auslö­ sungseffekt auf die Zündanlage mittels eines Sprengzünders erreicht, der in ihrer Nähe abgefeuert wird. Die Wirkung, die die Zündanlage auslöst, kann dann, gemäß dem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung, verstärkt oder ersetzt werden durch, z. B. eine langsamer brennende pyrotechnische Ladung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zumindest ein Teil der durch Detonation oder Verbrennung erzeugten Ener­ gie in einen elektrischen Strom von ausreichender Stärke, um einen elektrischen Zeitzünder auszulösen, der wiederum die gewünschte Sprengung nach einem vorbestimmten Intervall aus löst, umgewandelt.

Durch Verwenden eines Sprengzünders, wie einem Pentylzünder oder einem Niedrigenergiezünder des Typs, der aus einem Rohr besteht, das mit einem Primärsprengstoff beschichtet ist, um den Zünder elektrisch verzögert auszulösen, wird somit gemäß der vorliegenden Erfindung der Zugriff auf eine Zündanlage ermöglicht, die in Bezug auf Induktionsströme in der Zündanlage völlig frei von Störungen ist, gleichzeitig liefert die elektronisch verzögerte Wirkung - mit ihrer außerordentlich hohen Präzision - eine Genauigkeit des Zündzeitpunktes, die heute unmöglich mit ausschließlich py­ rotechnischen Zündern erreicht werden kann.

Sprengzünder des Pentylzündertyps oder der oben kurz be­ schriebene Niedrigenergiezünder erzeugen beim Abfeuern im­ mer - in größerem oder kleinerem Ausmaß - sowohl eine Stoßwelle als auch Hitze und Licht. Gemäß der vorliegenden Erfindung können all diese Energieformen zur Auslösung ver­ schiedene Ausführungsformen des Zünders gemäß der vorlie­ genden Erfindung verwendet werden. Der Unterschied zwischen diesen Ausführungsformen des Zünders liegt darin, welche der durch den Sprengzünder erzeugten Energie formen für die Auslösung des elektronischen Zeitzünders verwendet werden und wie diese Auslösung ausgeführt wird. Wie bereits ange­ deutet, können auch andere Detonations- oder Verbrennungs­ arten, die Stoßwellen-, Licht- oder Hitzeerzeugung ausrei­ chend anwachsen lassen, zur Auslösung der Zündanlage gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird eine Stoßwelle verwendet, die z. B. von einem Sprengzünder erzeugt wird, um einen körpernah angeordneten piezoelektrischen Wandler zu beeinflussen, um einen elek­ trischen Impuls zu erzeugen, der einen mit dem Wandler ver­ bundenen Kondensator auf eine ausreichende Spannung laden kann, damit dieser wiederum über einen mit diesem elektro­ nisch verzögerten Zünder nach einem vorbestimmten Verzöge­ rungsintervall entlädt und dabei über sehr kurze elektri­ sche Leitungen einen herkömmlichen elektrischen Zünder aus­ löst. Alle Bauelemente die diese Zündervariante aufweist, sind von bekannter Art. Ferner macht es die Technologie des Standes der Technik möglich, alle Bauelemente mit Ausnahme des elektrischen Zünders zu miniaturisieren. Da die minia­ turisierten Bauelemente keine weitere äußere Energiezufuhr benötigen als die Stoßwelle, die den piezoelektrischen Wandler aktiviert, kann der gesamte Zünder vorteilhafter­ weise in einen geeigneten Kunststoff eingebettet und zu ei­ ner praxisgerechten äußeren Gestalt geformt werden, z. B. als Rohr oder Rinne, um einen Sprengzünder in ausreichende Nähe zu dem piezoelektrischen Wandler zu bringen. Der elek­ trische Zünder und sein Sprengzünder (falls vorhanden) kön­ nen entweder zusammen mit den anderen Bauteilen in dem so erhaltenen Zündkörper aufgenommen werden oder in herkömmli­ cher Weise mit Leitern verbunden werden, die ausreichend kurz sind, daß sie nicht durch Induktionsströme beeinflußt werden können.

Der oben allgemein beschriebene Zünder enthält nur sehr kurze elektrische Leiter, die vorteilhafterweise auf einer Schaltplatte gruppiert sein können. Das bedeutet, daß die Gefahr von Induktionsströmen in den elektrischen Leitern unbeachtet bleiben kann. Folglich ist der Zünder gemäß der vorliegenden Erfindung völlig frei von Störungen in Bezug auf elektromagnetische Wellen etc. von nahen Radio- oder Radarsendern.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird die Hitze verwendet, die durch den Sprengzünder erzeugt wird, in dem er einen Elektrolyten einschmilzt und dadurch eine Stromemission von einem Elektolyten des Typs startet, der nur Strom emittiert, wenn der Elektrolyt sich in dem geschmolzenen Zustand befindet, nicht aber wenn er sich in einem Festzustand befindet. Der durch den geschmol­ zenen Elektrolyten emittierte Strom wird nun dazu verwen­ det, einen elektronischen Zeitzünder des Typs, wie dem in Verbindung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten, auszulösen. Auch gemäß dieser zwei­ ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der ge­ samte Zünder von äußerst kompakter Form, wobei die gesamte Zündanlage gut eingekapselt ist und vollständig vor Störun­ gen in Bezug auf elektromagnetische Wellen geschützt ist. Wenn ein Sprengzünder verwendet wird, um Hitze abzugeben kann dessen Wirkung durch eine zusätzliche pyrotechnische Ladung verstärkt werden.

Der Sprengzünder wird in geeigneter Weise durch einen Kanal oder eine Rinne durch den Zünder hindurchgeführt, wobei er von dem Elektrolyten durch z. B. eine Metallwand von guter Wärmeleitfähigkeit und in geeigneter Weise auch einem guten Wärmespeichervermögen getrennt ist, so daß die Hitze bei Detonation des Zünders in dem Elektrolyten maximal ausge­ nutzt wird.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird das Licht verwendet, das bei Detonation des Sprengzünders erzeugt wird, so daß es auf eine Fotozelle einwirkt, die wiederum einen elektronischen Zeitzünder des gleichen Typs wie dem in den vorstehend erwähnten Ausfüh­ rungsformen der vorliegenden Erfindung startet. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Stich­ flamme (needle flame), die bei Detonation des Sprengzünders gebildet wird, - möglicherweise durch eine extra pyrotech­ nische Ladung verstärkt - auch dazu verwendet werden, eine Sicherheitsschicht abzubrennen, die die Fotozelle bis zur Detonation des Sprengzünders von jeglichem Umgebungslicht gänzlich abschirmt. Die Sicherheitsschicht kann z. B. aus einer Aluminiumauflage auf einer Glasplatte oder Glaslinse bestehen, die die Fotozelle und den elektronischen Zeitzün­ der von dem Sprengzünder abschirmt. In dieser Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise ein Niedrigenergie-Sprengzünder für die Aktivierung verwendet.

Ein solcher Niedrigenergie-Sprengzünder kann aus einem Kunststoffrohr bestehen, das innen mit geringen Mengen ei­ nes Primärsprengstoffs, z. B. vom oktogenen Typ, beschichtet ist. In solchen Niedrigenergie-Sprengzündern, die mittels eines normalen Hochenergie-Sprengzünders gestartet werden, z. B. einen Pentylsprengzünder, folgt die Detonationswelle der Sprengschicht entlang dem Inneren des Rohres. In dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein solcher rohrförmiger Niedrigenergie-Sprengzünder durch eine herkömmliche pyrotechnische Ladung, die durch eine alumini­ umbeschichtete Glaslinse festgelegt ist, hinter der die Fo­ tozelle und der damit verbundene elektronische Zeitzünder angeordnet sind, abgeschlossen werden. Schließlich wird der Zeitzünder durch geeignete Mittel mit einer Sprengkapsel oder einem Detonator herkömmlicher Art verbunden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im fol­ genden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 einen scheinatischen Schnitt durch einen schockwel­ lenaktivierten Zünder;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch einen thermisch aktivierten Zünder; und

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch einen lichtakti­ vierten Zünder.

In Bezugnahme auf die Zeichnungen werden in den Fig. 1, 2 und 3 Zünder in jeweiliger Übereinstimmung mit einer der drei unterschiedlichen Hauptausführungsformen der vorlie­ genden Erfindung dargestellt, wobei alle Zünder eine Anzahl gleicher Bauelemente aufweist, die mit gleichen Bezugszei­ chen versehen sind.

Alle Zünder umfassen somit einen elektronischen Zeitzünder 1. Dieser wiederum ist so angeordnet, daß er nach einem vorbestimmten Zeitintervall seiner eigenen Auslösung die finale Zündfunktion auslöst. In den Figuren wird die finale Zündfunktion durch eine elektrische Zündperle 2 markiert, die über Leitungen 3 und 4 versorgt wird. Die finale Zünd­ funktion kann jedoch in jeder anderen per se bekannten Weise ausgeführt werden oder sogar in Übereinstimmung mit einer bisher unbekannten Zündtechnik, da diese nicht einen Ausführungsteil der vorliegenden Erfindung bildet.

Die in den Figuren gezeigte Zündperle 2 kann z. B. mit einem Detonator per se bekannter Art kombiniert werden. Der Zeit­ zünder wiederum wird durch einen Strom gestartet, der zu dem Zeitzünder über Leitungen 5 und 6 von einem Wandler ge­ führt wird, welcher geeignet ist zumindest einen Anteil der durch eine Detonation in der Nähe des Wandlers erzeugten Energie in einen elektrischen Strom umzuwandeln.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Wand­ ler, der Detonationsenergie in einen elektrischen Strom um­ wandeln muß, ein piezoelektrischer Wandler 8, der nahe ei­ nem detonierbaren Sprengzünder 7 angeordnet ist. Ein Schutzbelag 9 ist zwischen dem Wandler 8 und dem Sprengzün­ der 7 angeordnet. Wenn der Sprengzünder detoniert ist, emp­ fängt der Wandler 8 eine Stoßwelle, die einen elektrischen Impuls erzeugt, welcher wiederum einen Kondensator 10 auf­ lädt, der sich über den Zeitzünder 1 entlädt und dadurch den Zünder startet. Wenn das in den Zeitzünder vorprogram­ mierte Verzögerungsintervall abgelaufen ist löst der Zeit­ zünder die Zündfunktion 2 aus. Wenn der Wandler durch einen detonierbaren Sprengzünder ausgelöst wird, kann dieser sich entweder quer hinter dem Wandler erstrecken, wie in Fig. 1 gezeigt oder in Längsrichtung zu dem Wandler, wie in Fig. 2. Es können auch andere Sprengladungen verwendet werden, um den Wandler auszulösen.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Hitze verwendet, die bei Detonation des Sprengzünders 7 er­ zeugt wird, um einen Elektrolyten einzuschmelzen, der nahe des Sprengzünders 7 angeordnet ist, wobei der Elektrolyt von dem Typ ist, welcher nur in geschmolzenen Zustand Bat­ terie- oder Akkustrom emittiert, nicht aber in seinem fe­ sten Zustand bei normalen Temperaturen. Der Elektrolyt ist mit 11 bezeichnet. Er ist von dem Sprengzünder durch eine Schutzwand 9 getrennt, damit er nicht bei der Detonation des Sprengzünders zersprengt und zerstreut wird. Von dem Elektrolyten gehen zwei elektrische Leitungen 5 und 6 zu dem elektronischen Taktgeber 1. Alle Bauteile und Funktio­ nen für den Zeitzünder 1 und dessen Start sind identisch mit der Anlage gemäß Fig. 1.

In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung wird der Zeitzünder 1 durch eine Fotozelle 12 gestartet, die mit dem elektronischen Zeitzünder 1 mit­ tels Leitungen 5 und 6 verbunden ist. Eine Schutzlinse aus Glas 13 ist zwischen der Fotozelle und dem Sprengzünder an­ geordnet. Diese Schutzlinse ist wiederum zu dem Sprengzün­ der hin mit einer Sicherheitsschicht überzogen, die aus ei­ nem Material besteht, das abgebrannt werden kann, in diesem besonderen Fall aus einer Aluminiumfolie 14. Dieses bildet so eine Sicherheitsfunktion, die wirksam jegliches Licht von der Fotozelle 12 abhält. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird ein Niedrigenergie-Sprengzünder von der Art verwendet, der aus einem Kunststoffrohr 7a besteht, das innen mit einer Primärsprengladung 15 beschichtet ist. Da diese nicht genügend Verbrennungsenergie besitzt, um die Schutzschicht 14 abzubrennen, wird eine spezielle pyrotech­ nische Ladung 16 in Verbindung mit der Schutzschicht ange­ ordnet. Die pyrotechnische Ladung 16 dient auch dazu, einen längeren Lichtimpuls zu liefern, so daß die Fotozelle eine längere Reaktionszeit haben kann. Der Niedrigenergie- Sprengzünder 7a kann durch einen Pentylsprengzünder norma­ ler Qualität ersetzt werden.

Wenn der Sprengzünder 7a detoniert und die pyrotechnische Ladung 16 verbrannt ist, wird die Schutzschicht 14 gleich­ zeitig verbrannt, wobei das durch die Flamme erzeugte Licht auf die Fotozelle 12 einwirkt, was über die Leitungen 5 und 6 den elektronischen Zeitzünder startet, welcher nach der vorprogrammierten Zeitverzögerung dann die Zündfunktion 2 über die Zündleitungen 3 und 4 auslöst.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen und Auslösen einer elektro­ nisch verzögerten Zündanlage für Sprengladungen, wobei die Anlage vollständig gegen Störungen durch elektromagnetische Wellen geschützt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Zünder mit elektronischer Verzögerungswirkung mit kurzen Leitungen einerseits mit einem Wandler verbunden ist, der zumindest einen Teil der Energie, die bei einer Detonation oder einer anderen pyrotechnischen Verbrennung in dessen Nähe auftritt, in einen elektrischen Strom umwan­ deln kann, und andererseits mit einem herkömmlichen elek­ trischen Zünder verbunden ist; und
daß der Wandler durch eine Detonation oder andere pyrotechnische Verbrennung in dessen unmittelbarer Nähe veranlaßt wird, einen Stromstoß von ausreichender Größe zu liefern, um den Zünder mit Ver­ zögerungswirkung zu starten, so daß dieser nach einem vor­ bestimmten Zeitverzögerungsintervall den elektrischen Zün­ der auslöst.

2. Störungsgeschützter Zünder für Sprengladungen zur Ver­ wendung gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er einen elektronisch verzö­ gerten Zünder (1) aufweist, der mit einem elektrischen Zün­ der (2-4) verbunden ist, wobei der verzögerte Zünder an einen Wandler (8, 11, 12) gekoppelt ist, der die bei einer Detonation oder alternativ einer anderen pyrotechnischen Verbrennung in der Nähe des Wandlers (8, 11, 12) erzeugte Energie in einen elektrischen Strom von ausreichender Stärke umzuwandelt, um den elektronisch verzögerten Zünder (1) zu starten.

3. Störungsgeschützter Zünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein piezoelek­ trischer Wandler (8) ist.

4. Störungsgeschützter Zünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einem Elektrolyt (11) besteht, der in festem Zustand keinen Strom liefert, bei der Detonation geschmolzen wird und dann aus­ reichend Strom liefert, um den Zeitzünder zu starten.

5. Störungsgeschützter Zünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einer Fo­ tozelle (12) besteht.

6. Störungsgeschützter Zünder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Verbindung oder einen Durchgang bildet, die/der in der Nähe des Wandlers (8, 11, 12) für einen Sprengzünder (7, 7a) angeordnet ist, in Form eines Kanals oder dgl.

7. Störungsgeschützter Zünder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang oder Kanal für den Sprengzünder (7) sich so durch den Zünder hindurch erstreckt, daß der Sprengzünder sich hinter dem Zünder zu weiteren Zündern erstrecken kann.