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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektro-pyrotechnsichen Anzünder mit
hoher Energie mit Sicherheitsschaltung.
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Der
elektro-pyrotechnische Hochenergieanzünder funktioniert nach dem
gut bekannten Prinzip des „Slapper" oder „exploding
foil initiator" (EFI).
Bei seiner herkömmlichsten
Version, „Slapper
mit fertiger Führung" umfasst er eine
elektrische Schaltung, wie beispielsweise einen Stromimpuls von
einigen Tausend Ampere, der in einigen Dutzend Nanosekunden erzeugt
wird und die Verflüchtigung
eines Teils des Leiters (Sicherungsbrücke) und die Bildung eines metallischen
Plasmas hervorruft. Die sehr plötzliche Expansion
des eingeschlossenen metallischen Plasmas wird verwendet, um auf
die Fläche
einer pyrotechnischen Ladung (Sekundärsprengstoff oder wenig empfindliche
pyrotechnische Zusammensetzung) ein Projektil zu projizieren, das
von einer Kunststoffscheibe von einigen Dutzend Mikrometer Dicke
und einem Durchmesser von ungefähr
einem Millimeter gebildet ist. Diese Scheibe wird durch das Ausschneiden
eines Kunststoffblattes in einem ausgebohrten Teil (Führung) erzeugt.
Die Zündung
der pyrotechnischen Ladung (Detonation des Sekundärsprengstoffes
oder Abbrennen der pyrotechnischen Zusammensetzung) wird durch den
Aufprall des Projektils hervorgerufen, das mit einer Aufprallgeschwindigkeit
von mehreren Kilometern pro Sekunde ankommt.
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Bei
einer weiteren Version des elektro-pyrotechnischen Hochenergieanzünders, „Slapper
mit Blase" genannt,
ist das Kunststoffblatt nicht in der Führung ausgeschnitten, sondern
bildet eine Blase, deren Durchmesser durch die Führung begrenzt ist. Der Aufprall
der Spitze der Blase initiiert die pyrotechnische Ladung.
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Ein
elektro-pyrotechnischer Hochenergieanzünder vom Typ EFI (wie in EP-A-0482969,
das den Oberbegriff des Anspruchs 1 wiedergibt, und in US-A-5347929
beschrieben) ist üblicherweise
von einer Anschlussvorrichtung gebildet, die zwei Kontaktflächen oder
zwei Kontakte umfasst, die elektrisch durch die Sicherungsschaltung
verbunden sind. Die Sicherungsbrücke
und das zu projizierende Kunststoffblatt sind zwischen der Führung und
einem Amboss eingeschlossen. Die komprimierte pyrotechnische Ladung
ist in einem Gehäuse
gegenüber
der Führung
angeordnet. Die so gebildete Einheit kann hermetisch abgedichtet
sein (französisches
Patent 2 669 725).
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Elektrische
Störströme können in
die elektronischen Steuerschaltungen, die stromaufwärts zum Anzünder angeschlossen
sind, auf Grund der Tatsache eingeleitet werden, dass diese Schaltungen
im Allgemeinen nicht oder schlecht gekapselt sind. Auf Grund des
geringen elektrischen Widerstandes der Sicherungsschaltung (einige
Dutzend Milliohm) kann der elektrische Störstrom, der durch die Anschlussbereiche
ankommt, die Sicherungsbrücke
verschlechtern oder zum Schmelzen bringen und so die Zuverlässigkeit
des Anzünders
beeinträchtigen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektropyrotechnischen Anzünder des
Typs „Slapper", dessen Zuverlässigkeit
durch Störströme, die
in die an ihn angeschlossenen Schaltungen eingeleitet werden, nicht
beeinträchtigt
wird, einen Anzünder, dessen
Komponenten einfach in der Herstellung und Montage, kostengünstig sind
und dessen Auslöseeigenschaften
genau und von den umgebenden Bedingungen (Luftdruck, Temperatur,
Luftfeuchtigkeit,...) unabhängig
sind.
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Der
erfindungsgemäße Anzünder des
Typs „Slapper" mit Vorrichtung
zum Anschließen
an Steuerschaltungen, Sicherungsschaltung, Führung und pyrotechnischer Ladung
ist dadurch gekennzeichnet, dass er zwischen der Anschlussvorrichtung
und der Sicherungsschaltung eine Vorrichtung mit kalibrierter elektrischer
Diskontinuität
umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die Studie der detaillierten Beschreibung
einer Ausführungsart,
die als nicht einschränkendes
Beispiel dient und durch die beiliegende Zeichnung dargestellt ist, besser
verständlich,
wobei:
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1 ein
auseinander gezogener Perspektivschnitt einer Ausführungsart
eines erfindungsgemäßen Anzünders ist;
und die 2 und 3 Längsschnittansichten
des Anzünders
aus 1 nach zueinander orthogonalen Schnittebenen,
die beide durch die Achse des Anzünders verlaufen, ist.
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Der
unten beschriebene Anzünder
ist vom Typ mit Anschlusssockel mit zwei Kontakten und Sicherung,
der in einer Ebene quer zu seiner Achse angeordnet ist, aber es
versteht sich, dass die Erfindung auch andere Anschlusstypen und
Sicherungen betrifft, die anders angeordnet sind.
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Der
erfindungsgemäße elektro-pyrotechnische
Anzünder
kann vom Typ Detonator mit einer Sprengladung als auch vom Typ Zünder mit
einer Ladung sein, die eine pyrotechnische Zusammensetzung umfasst.
Er kann verwendet werden, um die Funktion einer Militärladung,
eines Triebwerks einer Lenkwaffe oder eines ungelenkten Flugkörpers oder eines
Gaserzeugers zu initiieren.
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Die
Ausführungsart
des Anzünders 1,
die in den 1 bis 3 dargestellt
ist, umfasst im Wesentlichen die folgenden Elemente in folgender
Reihenfolge: einen Anschlusssockel 2, umfassend zwei Anschlusskontakte 3, 4,
die voneinander getrennt sind und bündig mit der Rückseite
des Sockels ankommen (siehe 2), ein
erstes Blatt aus einem dielektrischen Material 5, in das
zwei Löcher 6, 7 gebohrt
sind, die den hinteren Enden der Kontakte 3, 4 gegenüber liegen,
wenn dieses Blatt an die Rückseite
des Sockels angelegt wird, wobei der Durchmesser dieser Löcher im
Wesentlichen gleich jenem der Kontakte 3, 4 ist,
wobei eine metallische Sicherungsschaltung 8 auf der Rückseite
des Blattes 5 befestigt oder ausgebildet ist, ein zweites
Blatt 9 aus einem dielektrischen Material auf der Vorderseite
(jene, die dem Blatt 5 gegenüber liegt), auf der zwei metallische Pastillen 10, 11 befestigt
oder aus ihr ausgebildet sind, eine „Führung" 12 und den Körper 13 des
Anzünders,
der auf seiner Vorderseite eine koaxiale pyrotechnische Ladung 14 umfasst.
Der Körper 13 ist
in Form eines zylindrischen Gefäßes vorhanden,
dessen Innendurchmesser praktisch gleich dem Außendurchmesser des Sockels 2 ist.
Die Elemente 2 und 8 bis 14 sind auf
an sich bekannte Weise hergestellt und nur kurz beschrieben.
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Der
Sockel 2 umfasst im Wesentlichen einen ringförmigen Körper 15,
in den eine Mittelscheibe 16 aus Glas hermetisch dicht
eingelassen ist, durch die die Kontakte 3, 4 hermetisch
abgedichtet hindurchgehen. Die Rückseite
der Scheibe 16 ist flach, und die hinteren Enden der Kontakte 3, 4 kommen
bündig mit
dieser Fläche
an, wie oben angeführt.
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Das
Blatt 5, das eines der wichtigen und neuen Elemente der
Erfindung ist, hat eine sehr wohl bestimmte Dicke, die von der Auslösespannung
des Anzünders
abhängt,
wie unten beschrieben. Nach einem Ausführungsbeispiel hat dieses Blatt
eine Dicke von mehreren Dutzend Mikrometern, beispielsweise von
ungefähr
50 •m.
Die Löcher 6, 7,
die in das Blatt 5 eingearbeitet sind, befinden sich gegenüber den hinteren
Enden der Kontakte 3, 4, wenn das Blatt 5 in dem
Anzünder
angebracht und fest an die Rückseite der
Scheibe 16 angelegt wird. Die Sicherungsschaltung 8 hat
beispielsweise eine längliche
Form mit einer Einschnürung 17 in
der Mitte ihrer Länge
und zwei Öffnungen 18, 19,
die an ihren Enden in Übereinstimmung
mit den Löchern 6, 7 vorgesehen
sind. Die Durchmesser der Öffnungen 18, 19 sind
im Wesentlichen gleich mit jenen der Löcher 6, 7.
Die Pastillen 10, 11 sind zu den Löchern 6 bzw. 7 koaxial (wenn
der Anzünder
montiert ist), und ihr Durchmesser ist größer als jener der Löcher. Vorzugsweise
ist der Durchmesser der Pastillen 10, 11 gleich
oder etwas größer als
die Breite der länglichen
Form der Sicherungsschaltung 8 (gemessen senkrecht auf
die Linie, die die Mittelpunkte der Öffnungen 18, 19 verbindet).
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Um
die richtige Montage der Blätter 5 und 9 in
Bezug auf den Sockel 2 und die Führung 12 sicher zu
stellen, werden in die Peripherie jedes dieser Blätter beispielsweise
zwei Kerben 20 eingearbeitet, die einander diametral gegenüber liegen
und in die bei der Montage Einrastzungen 21 mit einer Form,
die jener der Kerben 20 entspricht, eingreifen. Die Einrastzungen 21 greifen
bei der Montage auf Abflachungen 22 ein, die in der Peripherie
des Sockels 2 vorgesehen sind, um die Kontakte 3, 4 bündig mit
den Löchern 6, 7 des
Blattes 5 und den Pastillen 10, 11 des Blattes 9 auszurichten.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
ist das Blatt 5 aus einem weichen dielektrischen Material, beispielsweise
Polyimid, mit einigen Dutzend •m
Dicke, beispielsweise 50 •.
Die Sicherungsschaltung 8 ist eine metallische Schicht
von einigen •m
Dicke, beispielsweise aus Kupfer mit einer Dicke von 5 •m. Das Blatt 9 ist
mit demselben Material wie jenes des Blattes 5 hergestellt
und hat eine Dicke von derselben Größenordnung wie jene des Blattes 5,
beispielsweise von 25 •m.
Die beiden Pastillen 10, 11 sind jeweils von einer
metallischen Schicht von einigen •m Dicke, beispielsweise aus
Kupfer mit einer Dicke von 5 •m,
gebildet. Die Führung 12 ist
ein Teil aus einem isolierenden oder leitenden Material mit einer Dicke
von ungefähr
0,2 mm, und sie ist mit einem Mittelloch 12A mit einem
Durchmesser von ungefähr
1 mm durchbohrt. Die pyrotechnische Ladung 14 ist von einem
Sekundärsprengstoff
oder einer pyrotechnischen Zusammensetzung gebildet. Sie ist in
dem Körper 13 angeordnet
oder in situ komprimiert.
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Der
in 1 dargestellte Zusammenbau der Elemente besteht
darin, die Blätter 5 und 9 zwischen der
Führung 12 und
dem Sockel 2 anzuordnen, wobei ihre Kerben 20 mit
den entsprechenden Abflachungen 22 ausgerichtet werden,
wobei die Pastillen 10, 11 an die Sicherungsschaltung 8 angelegt
werden, dann die Führung
fest an den Sockel anzulegen, wodurch die Zungen 21 der
Führung
auf den Abflachungen 22 eingerastet werden. Die so gebildete Einheit
wird mit Vorspannung in dem Körper 13 montiert,
in dem die Last 14 vorher befestigt wurde. Der Körper 13 wird
dann hermetisch dicht an den Sockel 2, beispielsweise durch
Laserschweißen,
geschweißt.
Es wird nun die in den 2 und 3 dargestellte
Vorrichtung erhalten.
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Die
Funktion der oben beschriebenen Vorrichtung ist folgende. Der elektrische
Zündungsimpuls,
der auf an sich bekannte Weise von den stromaufwärts zum Anzünder angeschlossenen Schaltungen
erzeugt wird, kommt an den Anschlusskontakten 3, 4 an.
Ein Lichtbogen bildet sich alsbald zwischen den flachen hinteren
Flächen
der Kontakte 3, 4 und den metallisierten Pastillen 10, 11.
Da diese Pastillen in galvanischem Kontakt mit der Sicherungsschaltung 8 sind,
zirkuliert der Zündungsstrom
in der Einschnürung 17 dieser
Sicherungsschaltung, wobei er sie sublimiert. Das so gebildete metallische
Plasma treibt den Mittelteil des Blattes 9 durch das Loch 12A der
Führung 12 mit
sehr hoher Geschwindigkeit (von ungefähr 3000 bis 4000 m/s). Der
Aufprall dieses Teils des Blattes 9 auf jeder pyrotechnischen
Ladung 14 führt
zu deren Zündung.
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Da
der Anzünder
bei der Montage hermetisch dicht geschlossen wird, ist es einfach,
die Qualität
der Atmosphäre,
die er einschließt,
zu kontrollieren (trockene Luft, mit sehr wohl bestimmtem Druck und
Zusammensetzung). Auf Grund dessen, dass ferner der Abstand zwischen
den Pastillen 10, 11 und dem hinteren Ende der
Kontakte 3, 4 perfekt durch die Dicke des Blattes 5 definiert
ist, erscheint der im Inneren des Anzünders erzeugte Lichtbogen für eine sehr
wohl definierte, an die Kontakte 3, 4 gesandte Spannung,
und diese Bedingungen sind für
alle Anzünder
reproduzierbar. Auf Grund der geringen Dicke des Blattes 5 (einige
Dutzend •m
im Allgemeinen) ist die durch die Diskontinuität der Zündungsschaltung (kein elektrischer
Kontakt zwischen den Kontakten 3, 4 und der Sicherungsschaltung 8)
gering, und die Funktion des Anzünders
bleibt sehr zuverlässig.
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Die
weiteren Vorteile des erfindungsgemäßen Anzünders sind: eine starre und
robuste Konstruktion (hohe mechanische Festigkeit des Körpers 13 und
des Sockels 2), die hermetische Abdichtung des von dem
Körper
und dem Sockel gebildeten Raums, was dem Anzünder unabhängig von seiner Umgebung (Feuchtigkeit
und Höhe)
eine lange Lebensdauer sichert, eine einfache Herstellung der verschiedenen
Komponenten und ein einfacher Zusammenbau und Einsatz.