DE3935873A1 - Aktivierungsvorrichtung und aktivierungsverfahren fuer eine elektrochemische zelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aktivierungsvorrich­ tung und ein Verfahren zum Aktivieren für eine elektroche­ mische Zelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. Anspruches 12.

Derartige elektrochemische Zellen enthalten einen von der eigentlichen Zelle getrennten Eletrolytbehälter, um eine sehr langjährige Lagerungszeit zu ermöglichen. Erst bei der Inbetriebnahme wird der Elektrolytbehälter geöffnet oder zerstört, so daß der Elektrolyt in die übrige Zelle eindringt und die Zelle aktiviert wird. Der Elektrolytbe­ hälter kann z. B. in einem Zellbecher angeordnet sein. Er kann aus Glas bestehen, das durch mechanische Einwirkung zerstört wird, wonach der Elektrolyt in den übrigen Raum des Zellbechers eintritt.

Bei bestimmten Anwendungszwecken, beispielsweise bei Geschossen und Raketen, ist es erwünscht, daß die Aktivierung der Zelle automatisch erfolgt, insbesondere beim Abfeuern des Geschosses oder der Rakete. Hierbei kommt es auf eine sehr zuverlässige Auslösung des Aktivierungsvorganges an, die Aktivierung soll weder zu früh noch zu spät sein, insbesondere soll die Aktivierung nicht vorzeitig erfolgen, etwa beim Transport, aufgrund von Erschütterungen usw.

In der DE-OS 20 51 881 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der aufgrund des Gewichtes des Stempels im Falle einer Längsaxialbeschleunigung die Schlagspitze des Stempels auf den Boden des Elektrolytbehälters in Form einer Glasampul­ le drückt und diesen zerstört. Die Funktion kann durch irgendwelche Schläge in Längsaxialrichtung ausgelöst werden und ist daher nicht ausreichend zuverlässig.

Die DE-OS 33 13 713 beschreibt eine ziemlich aufwendige Vorrichtung, die sicherstellen soll, daß ein Auslösen eines Zünders nur bei Geradeausflug erfolgt. Dies ist insbesondere bei einem Abschuß von einem Flugzeug aus von Bedeutung, damit nicht das Flugzeug selbst abgeschossen wird.

Die DE-OS 81 17 675 beschreibt eine Schaltung, wonach der Zünder beim Auftreffen ausgelöst wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Aktivie­ rungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. ein Verfahren zum Aktivieren einer elektrochemischen Zelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12 so auszuge­ stalten, daß eine zuverlässige Aktivierung zum richtigen Zeitpunkt nach Auftreten einer Längsaxialbeschleunigung eines Körpers stattfindet, daß jedoch eine Aktivierung zur falschen Zeit aufgrund von Umwelteinflüssen und Störungen, insbesondere mechanischen Schlageinwirkungen, sicher ver­ mieden wird.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 12 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Die Grundidee besteht darin, zwischen Stempel und Elektro­ lytbehälter, bzw. elektrochemische Zelle, die den Elektro­ lytbehälter enthält, Sperrglieder vorzusehen, die beim Auftreten erst einer ganz bestimmten, ziemlich hohen, Längsaxialbeschleunigung seitlich aus dem Zwischenraum heraustreten und das Aufschlagen der Schlagspitze des Stempels auf den Elektrolytbehälter ermöglichen, in der Regel aufgrund des eigenen Gewichtes des Stempels und der Längsaxialbeschleunigung desselben. Die elektrochemische Zelle ist hierbei häufig als sogenannter im wesentlichen zylindrischer Zellbecher ausgebildet, der einen zentrisch angeordneten Elektrolytbehälter enthält, wobei die übrigen Teile der elektrochemischen Zelle im wesentlichen am Umfang des Elektrolytbehälters angeordnet sind. Es ist jedoch auch eine weitere Vorspannung des Stempels selbst gegenüber dem Elektrolytbehälter, beispielsweise durch eine weitere Feder, denkbar, die ein definiertes Auslösen des Stempels nach dem radialen Wegrollen der Sperrglieder ermöglichen. Die Sperrglieder, vorzugsweise in Form von Kugeln, können durch Federn gelagert sein. Unter Umständen reicht jedoch auch eine definierte, durch eine Drehbewe­ gung des Körpers zu überwindende Haftreibung oder erzeugte Verformkraft aus.

Die fraglichen Körper, insbesondere Geschosse, werden nicht nur in Längsaxialrichtung beschleunigt, sondern gleichzeitig um diese Achse gedreht. Nach mehreren unterschiedlichen Ausführungsbeispielen bewirkt die Dreh­ beschleunigung oder Drehgeschwindigkeit, um entgegen einer Vorspannung, einer Haftreibung oder Einspannkräften bei einem ganz bestimmten Wert die Sperrglieder radial nach außen zu drücken und so zum gewünschten Zeitpunkt den Schlag des Stempels auf den Elektrolytbehälter freizuge­ ben.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Längsaxialbeschleunigung erforderlich, die seitlich am Umfang angeordnete Halteglieder entgegen der Längsaxialbe­ schleunigung verschiebt und damit die Sperrglieder, vorzugsweise in Form von Kugeln, radial nach außen treten läßt, beispielsweise aufgrund einer entsprechenden Ab­ schrägung nach außen. Insbesondere um Fehlauslösungen zu vermeiden, können Meß- und Steuereinrichtungen vorgesehen werden, die nur bei bestimmten (Dreh-)Geschwindigkeiten oder (Dreh-)Beschleunigungen oder nur bei einer bestimmten Drehrichtung des Körpers die Sperrglieder freigeben;, beispielsweise dann nicht, wenn das Geschoß in falsche Richtung beschleunigt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aktivierungs­ vorrichtung, bei der Kugeln vorgesehen sind, die über einen Hebel gelenkig mit der Innenwand eines Zylinders verbunden sind, in welchem Vorratsbehäl­ ter und Stempel hintereinander angeordnet sind, wobei der Hebel durch eine Feder vorgespannt ist,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel ähnlich demjenigen von Fig. 1, wobei die Kugeln über Federn vorge­ spannt sind, die in Ausbuchtungen des Zylinders angeordnet sind,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Zwischenglied außer Kugeln noch eine Haltevorrich­ tung mit Ausnehmung für eine Schlagspitze umfaßt,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit am Umfang angeordnetem Halteglied, wobei eine reine längsaxiale Beschleunigung zum Auslösen genügt,

Fig. 5 das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel nach dem seitlichen Wegrollen der Kugeln.

In der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ teilen versehen. Dies bezieht sich insbesondere auf den Elektrolytbehälter (1) als Teil der elektrochemischen Zelle, den Stempel (2) und die daran angeordnete Schlag­ spitze (3). Bei allen Ausführungsbeispielen sind Elektro­ lytbehälter bzw. Zelle (1) und Stempel (2) hintereinander in einem zylinderförmigen Rohr angeordnet, das jedoch teilweise unterschiedlich ausgestaltet ist.

In Fig. 1 ist ein kreiszylindrisches Rohr (4) für die Unterbringung von Elektrolytbehälter (1) und Stempel (2) vorgesehen. Dieses Rohr ist in aller Regel achsparallel zum Körper angeordnet, damit die erfindungsgemäße Wirkung unmittelbar und ohne entsprechende Sperrglieder oder Vorkehrungen eintritt. Ein Ende von Hebeln (7) ist jeweils gelenkig mit der Innenwand des Zylinders (4) verbunden, das andere Ende ist mit einem kugelförmigen Zwischenglied (5) verbunden, die an die Schlagseite des Stempels (2) drückt. Die Kugeln werden je über eine Feder (6) in ihrer Position gehalten. Beim Auftreten einer starken Drehbewe­ gung des Körpers und des damit verbundenen Zylinders werden die Kugeln (5) radial nach außen gedrückt, so daß sie entgegen der Federkraft der Federn (6) an der Zylinder-Innenwand anliegen und den Weg des Stempels (2), insbesondere der Schlagspitze (3), in Richtung auf den Elektrolytbehälter bzw. den Zellbecher oder die Zelle (1) freigeben, um diesen zu zerstören.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel von Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Zylinder (8) mehrere Ausbuchtungen (9) aufweist, um die Kugel (10) aufzunehmen, die über eine Feder (11) gelagert ist, deren äußeres Ende am Ende der Ausbuchtung (9) befestigt ist.

Fig. 3 zeigt zum einen einen entsprechenden Aufbau wie Fig. 2, die Zelle selbst ist hier nicht mehr im Gehäuse untergebracht, dies könnte jedoch genauso gut der Fall sein. Als Besonderheit ist in Fig. 3 eine Haltevorrichtung (16) mit einer Ausnehmung (30) dargestellt, durch welche die Schlagspitze (3) des Stempels (2) hindurchtreten kann, wenn die Kugeln (14) entgegen der Kraft der Feder (15), die in Ausbuchtungen (13) gelagert sind, nach außen treten. Der Stempel (2) kann innerhalb des Zwischenraumes (20) durch weitere Federn (17) gelagert werden. Diese werden nach dem seitlichen Austreten der Kugeln (14) aufgrund des Gewichts des Stempels bzw. der Längsaxialbe­ schleunigung zusammengedrückt. Der Zylinder selbst ist hier mit (12) bezeichnet.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Zwischen­ raum (29) zwischen Elektrolytbehälter (1) und Stempel (2) ebenfalls ein Sperrglied in Form von mehreren regelmäßig um den Umfang verteilten Kugeln (21) vorgesehen ist. Die Halterung dieser Kugeln wird durch am Umfang vorgesehene Halteglieder (23) mit entsprechenden Haltestufen (24) bewirkt, während die verbreiterte Schlagfläche des Stem­ pels (2) als Gegenlager für die Kugeln dient. Die Haltestufe kann in Form eines radial nach innen vorsprin­ genden Ringes (24) ausgebildet sein, wobei das Ringteil als Lager für eine Feder dient, deren anderes Ende an einer Kante des speziell ausgebildeten Zylinders (22) gelagert ist.

Das Halteglied (23) weist eine weitere Lagerfläche (28) auf, die radial nach außen entgegen der Längsaxialbewegung abgeschrägt ist und in eine Umfangsrille (31) mündet; die Funktion wird aus Fig. 5 deutlich.

Die Fig. 5 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel wie Fig. 4 im Zustand nach der Aktivierung, wobei die Kugeln (21) radial nach außen verschoben sind, wobei das Halteglied (23) in Pfeilrichtung nach unten, d. h. entgegen der Längsaxialbeschleunigung, bewegt ist, und wobei die Kugeln (21) über die abgeschrägte Lagerfläche (28) hinweg gerollt und in der Umfangsrille (31) gelagert sind. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist der Weg der Schlagspitze (3) des Stempels (2) in Richtung auf den Elektrolytbehälter (1) freigegeben und hat dessen Boden verformt.

Claims (16)

1. Aktivierungsvorrichtung für eine elektrochemische Zel­ le bei der in Abhängigkeit von einer Längsaxialbe­ schleunigung eines Körpers ein mechanischer Stempel direkt oder indirekt auf einen zerbrechlichen Elektro­ lytbehälter einwirkt, um diesen zu öffnen bzw. zu zerstören und dadurch eine Verbindung des Elektrolyten mit der (übrigen) elektrochemischen Zelle herzustellen, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß zwischen zerbrechlichem Elektrolytbehälter (1) und Stempel (2) Sperrglieder (5, 10, 14, 21) vorgesehen sind,
• b) daß sich die Sperrglieder bei Auftreten einer bestimmten Längsaxialbeschleunigung seitlich aus den Zwischenräumen (18, 18, 20, 29) bewegen können,
• c) daß die Längsaxialbeschleunigung nach dem seitlichen Heraustreten der Sperrglieder die Schlagspitze (3) des Stempels (2) auf den Elektrolytbehälter (1) schlagen und diesen zerstören kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das seitliche Heraustreten der Sperrglieder (5, 10, 14, 21) bei Überschreiten einer bestimmten Winkelge­ schwindigkeit oder Winkelbeschleunigung erfolgt, die durch eine gleichzeitig mit der Längsaxialbeschleuni­ gung des Körpers erzeugte Rotationsbewegung erzeugt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei­ chnet, daß die Sperrglieder (5, 10, 14, 21) Kugeln sind, die vorzugsweise radial nach innen vorgespannt sind vorzugsweise über Federn (6, 11, 15), wobei ein Ende der Feder an der Kugel und das andere Ende an der Innenwand eines Zylinders gelagert ist, innerhalb dem Elektrolytbehälter (1) und Stempel (2) hintereinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (4, 8, 12) Ausbuchtun­ gen (9, 13) vorgesehen sind, an deren äußerem Ende ein Ende der Vorspannfeder (11, 15) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied aus einer Kugel (14) und zusätzlich in Richtung zum Elektrolytbehälter (1) aus einer Scheibe (16) mit einer Ausnehmung für die Schlagspitze (3) des Stempels (2) besteht, durch welche Ausnehmung (30) die Schlagspitze nach dem seitlichen Wegrollen der Kugeln (14) hindurchtreten kann, um den Elektrolytbehälter (1) zu zerstören.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder, vorzugsweise in Form von Kugeln (21), über ein Halteglied (23) oder über mehrere Halteglieder gehalten werden, die am Umfang von Elektrolytbehälter (1) und dahinter angeord­ netem Stempel (2) vorgesehen sind, und die bei einer bestimmten Längsaxialbeschleunigung des Körpers entge­ gen der Kraft einer längsaxial angeordneten Vorspann­ einrichtung, vorzugsweise einer Federeinrichtung (26), entgegen der Längsbeschleunigungskraft verschiebbar sind und dadurch den Weg der Sperrglieder (21) radial nach außen freigeben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach außen wegrollenden Kugeln (21) über eine entgegen der Axialbeschleunigungskraft abge­ schrägte Lagerfläche (28) in einer Umfangsrille (31) gelagert sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stempel (2) breiter als der Elektro­ lytbehälter, der Zellbecher oder die Zelle (1) ist, um vor der Aktivierung ein Gegenlager für einen radial nach innen sich erstreckenden Vorsprung (24) des Haltegliedes (23) zu bilden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gegeneinander verschieb­ bare Stempel derart aufgebaut sind, daß die auf den Elektrolytbehälter (1) aufschlagende Schlagspitze (3) des Stempels (2) erst mit einer dadurch verursachten Verzögerung freigegeben wird, so daß erst bei maxima­ ler Längsaxialbeschleunigung das Zerbrechen des Elek­ trolytbehälters und damit die Aktivierung der elektro­ chemischen Zelle erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 gekennzeich­ net durch mechanische oder elektromechanische Steuer­ einrichtungen, welche die Sperrglieder lediglich in einem bestimmten Bereich der Axialbeschleunigung, der Drehwinkelbeschleunigung oder der Drehgeschwindigkeit freigeben.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, gekenn­ zeichnet durch Meß- und Steuereinrichtungen, welche die Sperrglieder lediglich bei einer bestimmten Drehrichtung des Körpers um seine Längsachse freige­ ben.

12. Verfahren zur Aktivierung einer elektrochemischen Zelle, bei der in Abhängigkeit von einer Längsaxialbe­ schleunigung eines Körpers ein mechanischer Stempel auf einen zerbrechlichen Elektrolytbehälter einwirkt, um diesen zu öffnen bzw. zu zerstören und dadurch eine Verbindung des Elektrolyten mit der elektrochemischen Zelle herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Elektrolytbehälter (1) und Stempel (2) vorgesehene Sperrglieder (5, 10, 14, 21) in Abhängig­ keit von einer bestimmten Längsaxialbeschleunigung seitlich aus den Zwischenräumen (18, 18, 20, 29) nach außen bewegt werden, so daß der Stempel (2) bzw. dessen Schlagspitze (3) auf den Elektrolytbehälter (1) schlägt und diesen öffnet bzw. zerstört.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das seitliche Austreten der Sperrglieder aufgrund einer gleichzeitigen Drehbewegung des Körpers während der Längsaxialbeschleunigung erzeugt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sperrglieder seitlich vorgespannt werden, vorzugsweise über Federeinrichtungen, wobei die Vorspannkraft durch die Drehgeschwindigkeit oder Drehbeschleunigung des Körpers überwunden wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder nur innerhalb eines bestimmten Bereiches der Längsaxialbeschleuni­ gung, der Drehwinkelbeschleunigung oder der Drehge­ schwindigkeit freigegeben werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder lediglich bei einer bestimmten Drehrichtung des Körpers um seine Längsachse freigegeben werden.