DE4222223C1 - Elektrische Anzünd-/Zündmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Anzünd-/Zünd­ mittel mit einem isolierenden Trägerkörper, der durch eine Zündbrücke verbundene Kontakte trägt.

Sprengstoffe werden im Bergbau und im Bauwesen häufig dazu eingesetzt, Gestein zu lockern oder zu bewegen. Dabei werden elektrische Zündmittel eingesetzt, um aus einer sicheren Entfernung die Sprengung auszulösen. Bei solchen Sprengungen werden meistens gleichzeitig meh­ rere Sprengladungen zur Detonation gebracht, um im Ge­ stein die gewünschte Druckverteilung oder beim Sprengen von Gebäuden ein kontrolliertes Einstürzen hervorzu­ rufen. Da Zündversager die Druckverteilung negativ be­ einflussen und zu einem unkontrollierten Einstürzen führen können, müssen die Zündmittel eine hohe Sicher­ heit gegen Fehlfunktionen besitzen.

Außerdem werden Anzündmittel als flammenbildende Ele­ mente benützt, um pyrotechnische Stoffe wie z. B. Treib­ ladungspulver für Patronen oder gaserzeugende Mischun­ gen zu entzünden. Auch hierfür ist eine hohe Sicherheit gegen Fehlfunktionen erforderlich.

DE-PS 20 20 016 beschreibt ein elektrisches Zündmittel mit einem elektrisch leitenden Gehäuse, einem darin isoliert angeordneten, von außen zugänglichen Polstück, das nur über eine Zündbrücke mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden ist, und einem Zündsatz. Dabei liegt die Zündbrücke als Metallschicht auf der dem Zündsatz zugekehrten Seite eines Isolierkörpers auf und ist mit Kontakten versehen. Die Kontakte bestehen aus Nickel, Palladium, Palladium-Silber-, Palladium-Gold-, Platin- Gold-, Platin-Silber- oder Silber-Aluminium-Legierun­ gen. Die die Kontakte verbindende Zündbrücke besteht aus Tantal oder Tantanitrid und ist durch Kathodenzer­ stäubung oder durch Bedampfung im Hochvakuum auf den Trägerkörper aufgebracht. Die exakte Form der Zünd­ brücke wird durch Fotoätztechnik oder durch eine andere Maskentechnik erzeugt. Zur Zündung des Zündmittels wird eine Spannung angelegt, so daß ein Zündstrom zwischen den Kontakten und über die Zündbrücke fließt. Dieser Zündstrom erwärmt die Zündbrücke, so daß das Zündmittel die Sprengladung zündet.

Ein in EP 0 120 176 B1 beschriebene Zündmittel weist ebenfalls einen isolierenden Trägerkörper, einen lei­ tenden Polkörper sowie ein leitendes Gehäuse auf. Es besitzt jedoch keinen eigenen Zündsatz. Auf den iso­ lierenden Trägerkörper ist eine leitende Metallschicht aufgebracht, die eine nahezu kreisförmige Aussparung aufweist, so daß ein innerer Bereich der Leitschicht mit einem äußeren Bereich der Leitschicht nur über eine Zündbrücke verbunden ist. Die Leitschicht ist aus einer oder mehreren einzelnen Metallschichten aufgebaut, wo­ bei eine Haftschicht aus einer Chrom-Nickel-Legierung und die eigentliche reine Leitschicht aus Gold, reinem Nickel, Chrom, Aluminium, Palladium oder aus Legierun­ gen besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kosten­ günstiges und hinsichtlich seines Zündverhaltens sicheres Zündmittel zur Verfügung zu stellen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei der Erfindung besteht die die auf den isolierenden Trägerkörper angebrachten Kontakte verbindende Zünd­ brücke aus Titan, Titannitrid oder aus einer überwie­ gend Titan enthaltenden Legierung. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Titan oder Titannitrid aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit einen breiten Zünd­ brückendurchbrand bewirkt, so daß die zur Zündung des Zündsatzes erforderliche Wärme über einen großen Flä­ chenbereich in eine große Anzahl von Zündsatzkristallen eingeleitet wird. Bei Titan oder Titannitrid besteht daher eine sehr gute Anpassung der thermischen Kopplung zwischen Zündsatz und Zündbrücke.

Da Titan und Titannitrid einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als die bisher verwendeten Zündbrückenmaterialien haben, kann die Zündbrücke bei der Verwendung von Titan bzw. Titannitrid eine größere Schichtdicke bzw. einen größeren Querschnitt aufweisen als bei der Verwendung der bekannten Materialien, um zu einer Zündbrücke mit gleichem Widerstand zu gelangen.

Der größere Querschnitt erlaubt es, die sich erwärmende Zündbrücke mit einer größeren Oberfläche zu versehen. Dadurch wird die Wärmeeinkopplung verbessert. Eine Zündbrücke mit größerem Querschnitt ist zudem leichter herzustellen und erlaubt außerdem eine leichtere Ein­ stellung des Widerstands der Zündbrücke. Darüber hinaus bewirkt die größere Schichtdicke verbesserte mecha­ nische Eigenschaften der Zündbrücke und die Zündbrücke ist dadurch unempfindlicher gegen Kratzen und Scheuern.

In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen auch die Kontakte aus Titan oder einer überwiegend Titan ent­ haltenden Legierung. Die Kontakte sind großflächig und als dicke Schicht von mehr als 1 µm ausgeführt, um nur einen geringen elektrischen Widerstand aufzuweisen. Die ausschließliche Verwendung von Titan als Basismaterial sowohl für die Zündbrücke als auch für die Kontakte vereinfacht die Herstellung des Zündmittels gegenüber der bekannten Mehrschichten-Technik. Da die Kontakte großflächig ausgestattet sind, wird ein unerwünschtes Ansteigen des elektrischen Widerstands der Zuleitung zu der Zündbrücke vermieden.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung vier Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu­ tert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines elektrischen Anzünd-/Zündmittels in einem Schnitt,

Fig. 2 das elektrische Anzünd-/Zündmittel gemäß der ersten Ausführungsform in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des elektrischen Anzünd-/Zündmittels in einem Schnitt,

Fig. 4 das elektrische Anzünd-/Zündmittel gemäß der zweiten Ausführungsform in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des elektrischen Anzünd-/Zündmittels in einem Schnitt,

Fig. 6 das elektrische Anzünd-/Zündmittel gemäß der dritten Ausführungsform in einem Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 eine vierte Ausführungsform des elektrischen Anzünd-/Zündmittels in einem Schnitt und

Fig. 8 das elektrische Anzünd-/Zündmittel gemäß der vierten Ausführungsform in einem Schnitt gemäß der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

Ein in Fig. 1 gezeigtes elektrisches Anzünd-/Zündmittel 110 weist ein Gehäuse 112 auf, das an seinem unteren Ende mit einem isolierenden Trägerkörper 114 verschlos­ sen ist. Im Innern des Gehäuses 112 ist ein pyrotechni­ scher Satz 116 angeordnet, der aus zwei verschiedenen pyrotechnischen Materialien 118, 120 besteht.

Zur Zündung des Anzünd-/Zündmittels 110 ist auf der Oberseite 122 des isolierenden Trägerkörpers 114 an dem pyrotechnischen Satz 116 anliegend eine Metallschicht 124 aus Titan aufgedampft. Die Metallschicht 124 ist linienförmig durchgeätzt, so daß ein Randbereich 126 entsteht, der einen ersten Kontakt 128 und einen zwei­ ten Kontakt 130 umgibt, die durch eine Zündbrücke 132 miteinander verbunden sind.

Der erste und der zweite Kontakt 128, 130 sind mittels der Zündbrücke 132 miteinander elektrisch verbunden und durch eine Isolierzone 133 gegenüber dem Randbereich 126 elektrisch isoliert. Die Zündbrücke 132 besteht dabei aus einem Bereich der Metallschicht 124, der beim Ätzen der Metallschicht 124 zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt 128, 130 stehengelassen worden ist, wo­ bei die Kontakte 128, 130 Zündbrückenanschlußflächen darstellen.

Der erste Kontakt 128 ist mit einem durch den isolieren­ den Trägerkörper 114 hindurchragenden ersten Kontakt­ stift 134 und der zweite Kontakt 130 mit einem durch den isolierenden Trägerkörper 114 hindurchragenden zweiten Kontaktstift 136 elektrisch verbunden.

Der isolierende Trägerkörper 114 ist eine aus Keramik gefertigte Kreisscheibe, die an ihrem Umfang von einem metallischen Kreisring 138 eingefaßt ist. Der Kreisring 138 bildet einen Teil des Gehäuses 112 und weist an seiner Unterseite einen radial auswärts gerichteten Flansch auf. Eine ein weiteres Teil des Gehäuses 112 bildende Hülse 140, die an ihrer Unterseite einen ring­ förmigen axialen Vorsprung 142 aufweist, ist komple­ mentär passend auf die von dem Kreisring 138 und dem Flansch 139 gebildete Schulter aufgesteckt. Der Kreis­ ring 138 und die Hülse 140 weisen übereinstimmende Außendurchmesser auf und sie sind mit einer umlaufenden Naht miteinander verschweißt. Der Innendurchmesser der Hülse 140 ist jedoch größer als der des Kreisrings 138.

Die aus Titan bestehende Metallschicht 124 überlagert mit ihrem Randbereich teilweise die obere Stirnseite des Kreisrings 138. Der erste und der zweite Kontakt 128, 130 sind in der Draufsicht etwa rechteckig und neh­ men jeweils etwa 25% der Fläche der Metallschicht 124 ein. Der zwischen den beiden Kontakten 128, 130 beste­ hende Abstand wird durch die Zündbrücke 132 überbrückt, deren Länge durch den Abstand zwischen den beiden Kon­ takten definiert ist. Die Breite der in Draufsicht etwa rechteckigen Zündbrücke ist so bemessen, daß die Ober­ fläche der Zündbrücke 132 etwa 2% der Oberfläche der Metallschicht 124 umfaßt, wobei die Schichtdicke der aufgedampften oder durch Kathodenzerstäubung aufge­ brachten Metallschicht 124 und damit der Zündbrücke 132 größer als 1 µm ist. Der Widerstand der Zündbrücke 132 ist dabei durch deren Querschnitt, der als Produkt aus Schichtdicke und Breite der Zündbrücke 132 definiert ist, sowie durch die Länge der Zündbrücke 132 bestimmt. Der Widerstand lädt sich den Erfordernissen ent­ sprechend leicht durch die Wahl der Breite und der Länge der Zündbrücke 132 anpassen.

Das Anzünd-/Zündmittel 110 wird dadurch gezündet, daß an dem ersten und dem zweiten Kontaktstift 134, 136 eine Spannung angelegt wird. Dadurch fließt ein Strom durch die Zündbrücke 132, die sich dabei erwärmt und auf­ schmilzt. Auf diese Weise wird Wärme in das vollflächig auf der Zündbrücke 132 aufliegende pyrotechnische Mate­ rial 120 eingekoppelt, so daß eine Zündung des pyro­ technischen Satzes 116 erfolgt.

Bei der zweiten Ausführungsform ist der erste Kontakt 228 des Anzünd-/Zündmittels 210 so geformt, daß er mit seinem äußeren Rand den Kreisring 238 teilweise über­ lagert. Außerdem stört der erste Kontakt 228 gegen die Hülse 240. Auf diese Weise ist der erste Kontakt 228 mit dem Gehäuse 212 elektrisch leitend verbunden.

Die dritte Ausführungsform des Anzünd-/Zündmittels 310 stimmt mit den ersten beiden Ausführungsformen hin­ sichtlich der Gestaltung des Gehäuses 312, des isolie­ renden Trägerkörpers 314 und des pyrotechnischen Satzes 316 überein. Im Gegensatz zu den ersten beiden Ausfüh­ rungsformen weist das elektrische Anzünd-/Zündmittel 310 jedoch nur einen ersten Kontaktstift 334 auf, der durch den isolierenden Trägerkörper 314 hindurchragt. Der Kontaktstift 334 ist in der Mitte des isolierenden Trägerkörpers 314 angeordnet und an der Oberseite 322 des isolierenden Trägerkörpers 314 mit dem ersten Kon­ takt 328 elektrisch leitend verbunden. Der erste Kon­ takt 328 nimmt eine Kreisfläche der Metallschicht 324 ein. Der zweite Kontakt 330 wird von einer den ersten Kontakt 328 umgebenden Ringfläche gebildet, die von dem ersten Kontakt 328 nur durch eine schmale Isolierzone 333 getrennt ist. Der zweite Kontakt 330 überlagert an seinem äußeren Rand den metallischen Kreisring 338 und stört gegen die Hülse 340 an. Der erste und der zweite Kontakt 328, 330 sind mittels der Zündbrücke 332 ver­ bunden, deren Fläche etwa der der Zündbrücken der er­ sten und zweiten Ausführungsform entspricht. Die Länge der Zündbrücke 332 ist durch die Länge zweier paralle­ ler Fortsätze, 344, 346, die sich von der Isolierzone 333 nach außen erstrecken, bestimmt. Die Breite der Zündbrücke 332 ist gleich dem Abstand der Fortsätze 344, 346. Der Widerstand der Zündbrücke 332 kann bei festgelegter Schichtdicke der Zündbrücke 332 dadurch eingestellt werden, daß die Fortsätze 344, 346 beim Ätzen verlängert oder verkürzt werden oder dadurch, daß ihr Abstand variiert wird.

Um das Anzünd-/Zündmittel 310 gemäß der dritten Ausfüh­ rungsform zu zünden, werden das Gehäuse 312 mit dem einen Pol und der erste Kontaktstift 334 mit dem ande­ ren Pol einer Spannungsquelle verbunden.

Die in den Fig. 7 und 8 gezeigte vierte Ausführungs­ form des Anzünd-/Zündmittels 410 weist ein Gehäuse 412 auf, das becherartig geformt ist und in dem an seiner Unterseite geformten Boden 448 einen kreisförmigen Durchbruch 450 aufweist. Im Inneren des Gehäuses 412 ist eine Baugruppe aus einem isolierenden Trägerkörper 414, zwei Isolierkörpern 452, 454 und einem Polschuh 456 angeordnet.

Der Polschuh 456 ist ein metallischer, kreisförmiger Schalenkörper, der an seiner Unterseite einen zentral angeordneten, sich von dem Schalenkörper verjüngenden, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Vorsprung 458 auf­ weist, an dem durch Schrauben oder Klemmen ein elek­ trisches Anschlußkabel befestigt werden kann. Der Pol­ schuh 456 hat eine Wandung 459, die eine sich konisch in Richtung auf den Vorsprung 458 verjüngende Öffnung 460 begrenzt. Der Polschuh 456 wird umfangsmäßig von halbschalenförmigen Isolierkörpern 452, 454 gekapselt. Die Isolierkörper 452, 454 sind so geformt, daß sie die Wandung 459 über den Rand nach innen und bereichsweise den Boden 461 des Polschuhs 456 umgreifen. Die die Wan­ dung 459 innen umgreifenden halbringförmigen Teilstücke 462, 464 begrenzen dabei zwischen sich einen zylinderför­ migen Freiraum.

Der isolierende Trägerkörper 414 ist eine keramische Kreisscheibe, die in ihrer Mitte eine ihre Ober- und Unterseite 422, 423 verbindende Bohrung 466 aufweist. Der isolierende Trägerkörper 414 ist an seiner Ober- und an seiner Unterseite 422, 423 sowie an der Wandung der Bohrung 466 mit einer Schicht aus Titan oder Titan­ nitrid versehen. Auf der Oberseite 422 des isolierenden Trägerkörpers 414 sind mittels Laserschnittechnik der erste und der zweite Kontakt 428, 430 gebildet. Die mit dem Laser hergestellte im wesentlichen kreisförmige Isolierzone 433 zwischen den Kontakten 428, 430 bestimmt mit ihrer Breite den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt 428, 430 und damit die Länge der Zündbrücke 432, die aus einem stehengelassenen Bereich der Metallschicht 424 besteht und die beiden Kontakte 428, 430 elektrisch leitend verbindet. Der isolierende Trägerkörper 414 ist so in den Freiraum zwischen den halbringförmigen Teilstücken 462, 464 eingepaßt, daß die mit der an seiner Unterseite 423 befindliche Metall­ schicht mit dem Polschuh 456 leitend verbunden ist.

Die Baugruppe aus dem isolierenden Trägerkörper 414, den Isolierkörpern 452, 454 und dem Polschuh 456 ist so in das becherartige Gehäuse 412 eingesetzt, daß die Isolierkörper 452, 454 an der Innenwand des Gehäuses 412 passend anliegen. Der Polschuh 456 ist dabei gegenüber dem Gehäuse 412 elektrisch isoliert. Ein Kontakthütchen 468, das mit seiner äußeren Mantelfläche 470 an der Innenseite des Gehäuses 412 anliegt, überlagert mit seinem eine zentrale Öffnung 472 aufweisenden Bodenteil 474 den äußeren Rand des zweiten Kontakts 430. Auf die­ se Weise ist das Gehäuse 412 mit dem zweiten Kontakt 430 elektrisch leitend verbunden.

Der pyrotechnische Satz 416 besteht bei dieser Ausfüh­ rungsform nur aus einem pyrotechnischen Material 418, das von oben in das Gehäuse 412 eingefüllt ist, wobei das verbleibende Innere des Gehäuses 412 und insbeson­ dere die zentrale Öffnung 472 des Kontakthütchens 468 vollständig ausfüllt sind. Dabei liegt der Zündsatz 416 vollflächig auf der Zündbrücke 432 auf. Zur Zündung wird bei dieser Ausführungsform der eine Pol der Span­ nungsquelle an dem Gehäuse 412 und der andere Pol an dem Polschuh 456 angeschlossen, so daß elektrischer Strom von dem Gehäuse 412, über das Kontakthütchen 468 zu dem zweiten Kontakt 430 fließen kann und von dort über die sich dabei erwärmende Zündbrücke 432, den ersten Kontakt 428, die Metallschicht in der Bohrung 466 und an der Unterseite 423 des Isolierträgers 412 zu dem Polschuh 456.

Claims (4)

1. Elektrisches Anzünd-/Zündmittel mit einem isolie­ renden Trägerkörper (114, 214, 314, 414), der zwei durch eine Zündbrücke (132, 232, 332, 432) verbundene Kontakte (128, 228, 328, 428; 130, 230, 330, 430) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündbrücke (132, 232, 332, 432) aus Titan, Titannitrid oder einer überwiegend Titan enthalten­ den Legierung besteht.

2. Anzünd-/Zündmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündbrücke (132, 232, 332, 432) aus technisch reinem Titan be­ steht.

3. Anzünd-/Zündmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (128, 228, 328, 428; 130, 230, 330, 430) und die Zünd­ brücke (132, 232, 332, 432) einstückig ausgebildet sind und aus demselben Material bestehen.

4. Anzünd-/Zündmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (128, 228, 328, 428; 130, 230, 330, 430) aus einem Werk­ stoff bestehen, der einen niedrigeren spezifischen Widerstand als Titan hat.