-
Diese
Erfindung betrifft ein Zündmittelgemisch
für einen
Aufschlagzünder.
Genauer enthält
das im wesentlichen bleifreie Zündmittelgemisch
Calciumsilicid und Dinol. Das Zündmittelgemisch
hat ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung sowohl in Boxer-
als auch in Berdan-Zündsystemen.
-
Näherungsweise
die letzten fünfzig
Jahre lang war der in Handfeuerwaffen-Zündmittelzusammensetzungen
verwendete Zündsprengstoff
Bleistyphnat. Das Bleistyphnat wird mit Oxidationsmitteln und Reduktionsmitteln,
Sensibilisierungsmitteln und anderen Brennstoffen vereinigt. Zu
typischen Zusätzen
zu Bleistyphnat gehören
Tetracen, Aluminium, Antimonsulfid, Calciumsilikat, Bleiperoxid,
Bor, pyrophore Metalle und Bariumnitrat. Veränderungen bei den Inhaltsstoffen
und ihren relativen Mengen führen
zu chemischen Systemen, die auf spezielle Anforderungen zugeschnittene
Empfindlichkeitseigenschaften und Treibmittel-Zündeigenschaften besitzen. Diese
Zündsätze sind,
und in größtem Umfang,
in Handfeuerwaffen-Zündern
noch in gängigem
Gebrauch.
-
Erwägungen bezüglich Umweltgefahren
und den möglichen
Auswirkungen auf die Gesundheit von Personen, hauptsächlich in
Hallenschießständen, haben
jedoch zu Bedenken mit dem Zündergas
geführt.
Die Zünder
auf der Basis von Bleistyphnat stoßen toxische Oxide von Blei
und typischerweise auch Barium- und Antimonoxide
aus. Es wurde eingehende Forschung durchgeführt, um einen Ersatzzünder zu
finden, der (1) keine toxischen Abgasprodukte erzeugt; (2) einen
gleichmäßigen Zünddruck
und eine gleichmäßige Zündgeschwindigkeit
hat; (3) und eine ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung sowohl
in Boxer- als auch in Berdan-Zündsystemen
hat.
-
EP-A-0
334 725 offenbart ein Zündmittelgemisch,
das Dinol, einen stoßempfindlichen
Zündsprengstoff,
Kupfer (II)-oxid, ein Reduktionsmittel, ein inertes Schleifpulver
und, gewünschtenfalls,
ein Bindemittel enthält.
Es ist offenbart, dass Calciumsilicid als ein Reduktionsmittel und
als ein Schleifpulver wirksam ist. Diese Schrift erfordert jedoch
die Einbeziehung von Kupfer (II)-oxid und lehrt nicht den Vorteil
der Kombination von Dinol und Calciumsilicid.
-
US-A-5
216 199 offenbart eine Treibmittel-Zusammensetzung, die Dinol, zerkleinertes
Glas und Strontiumnitrat enthält.
Es gibt keine Lehre bezüglich
Calciumsilicid, und insbesondere fehlt die Erkenntnis, dass Calciumsilicid
in Anwesenheit von Dinol ein wirkungsvoller Brennstoff ist.
-
US-A-3
420 137 offenbart die Herstellung vieler verschiedener Zündmittel-Zusammensetzungen
mittels eines Flüssigkeits-Verdampfungsprozesses.
Die Zusammensetzungen enthalten immer ein organisches Bindemittel,
was in einem Zündmittelgemisch
nachteilig ist.
-
US-A-4
608 102 offenbart eine Zündmittel-Zusammensetzung,
die Dinol, Mangandioxid als ein Oxidationsmittel und, gewünschtenfalls,
Siliciumdioxid als ein Sensibilisierungsmittel enthält. Nichts
in dieser Schrift lehrt eine Zündmittel-Zusammensetzung,
die Dinol und Calciumsilicid enthält, oder legt sie nahe.
-
Nicht-toxische
Zündmittel-Zusammensetzungen
sind in dem US-Patent Nr. 4 963 201 von Bjerke et al. und in dem
US-Patent Nr. 5 167 736 von Mei und Pickett offenbart.
-
Das
Patent von Bjerke et al. offenbart ein nicht-toxisches Zündmittel-Gemisch,
das Dinol, Tetracen, einen Nitratester-Brennstoff und Strontiumnitrat
enthält.
Das Abgasprodukt aus der Zündung
dieses Gemisches enthält
keine Oxide von Blei, Barium oder Antimon. Das Abgasprodukt enthält keine
Strontiumoxid-Schlacke. Die
Empfindlichkeit ist geringer als diejenige eines Zünders auf
der Basis von Bleistyphnat. Die Empfindlichkeit ist zwar zur Verwendung
in Berdan-Zündern
geeignet, aber für
Boxer-Zünder
an der Grenze.
-
Die
Boxer-Zünder
haben einen integrierten Amboss, der es erlaubt, dass der Zünder als
eine Komponente verkauft wird, und der Pistolen-Verwender kann die
Hülsen
erneut beladen. Die Fähigkeit,
Hülsen
wiederzuverwenden, macht Zündgemische,
die ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung in Boxer-Zündern haben, sowohl bei militärischen
als auch bei kommerziellen Anwendungen wünschenswert.
-
Das
Patent von Mei und Pickett offenbart ein nicht-toxisches Zündmittel-Gemisch zur Verwendung
sowohl in Boxer- als auch in Berdan-Aufschlagzündern. Das Gemisch enthält Dinol
und Bor. Von Calciumsilicid wird offenbart, dass es als ein schleifendes
Sensibilisierungsmittel und als ein Reduktionsmittel brauchbar ist.
-
Diese
nicht-toxischen Zündgemische
sind zwar brauchbar, aber es besteht ein Bedarf an anderen nicht-toxischen
Zündgemischen,
die ausreichende Empfindlichkeit für Boxer-Zündsysteme haben.
-
Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Zündgemisch bereitzustellen,
das bei Zündung
keine toxischen Oxide erzeugt und ausreichende Empfindlichkeit zur
Verwendung sowohl in Berdan- als auch in Boxer-Zündern hat. Es ist ein Merkmal
der Erfindung, dass dieses Zündgemisch
vorgegebene Mengen an Dinol, Calciumsilicid, Tetracen, einem Treibmittel
und einem Oxidationsmittel, bevorzugt Kaliumnitrat, enthält. Noch
ein anderes Merkmal der Erfindung ist, dass die Empfindlichkeit
des Zündgemisches
sowohl in 9 mm-Hülsen
als auch in 38er Spezialhülsen
gut innerhalb der SAAMI-Vorschriften
war. SAAMI bezeichnet das Sporting Arms and Ammunition Manufacturers
Institute (Gesellschaft der Sportwaffen- und Munitionshersteller).
-
Es
ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Zündung des nicht-toxischen Zündgemisches
keine toxischen Oxide erzeugt. Zusätzlich hat das Zündgemisch
ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung in Zündern sowohl vom Boxer-Typ als auch vom
Berdan-Typ.
-
Erfindungsgemäß wird ein
Zündmittelgemisch
bereitgestellt, das im Wesentlichen aus einem mit einem pyrotechnischen
Pulver gemischten Sprengpulver besteht. Das pyrotechnische Pulver
weist Calciumsilicid und ein Oxidations mittel auf. Das Zündmittelgemisch
hat die in Anspruch 1 beanspruchte Zusammensetzung.
-
Erfindungsgemäß werden
auch Aufschlagzünder,
wie sie in den Ansprüchen
7 und 8 beansprucht sind, bereitgestellt.
-
Ein
bevorzugtes Zündmittelgemisch
der Erfindung besteht aus von 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% Dinol, von
2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Tetracen, von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines
Treibmittels, von 2 Gew.-% bis 20 Gew.-% Calciumsilicid und von
20 Gew.-% bis 50 Gew.-% Kaliumnitrat.
-
Die
oben angegebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der
Beschreibung und den Zeichnungen, die folgen, deutlicher werden.
-
1 zeigt
in Schnittdarstellung eine Handfeuerwaffen-Patrone, die einen Boxer-Zünder verwendet.
-
2 zeigt
in planarer Draufsicht den Boxer-Zünder von 1.
-
3 zeigt
in Schnittdarstellung eine Handfeuerwaffen-Patrone, die einen Berdan-Zünder verwendet.
-
Das
Zündmittelgemisch
der Anmelder enthält
ein pyrotechnisches Gemisch, das mit einem Sprengmittelgemisch vereinigt
ist. Das pyrotechnische Gemisch enthält Calciumsilicid als einen
Brennstoff und ein Oxidationsmittel. Die bevorzugten Oxidationsmittel
sind eine oder mehrere Alkalinitrat- und Erdalkalinitrat-Verbindungen.
Kaliumnitrat ist ein bevorzugtes Oxidationsmittel.
-
Ein
geeignetes Sprengstoffgemisch enthält ein Gemisch aus einem Initialsprengstoff,
einem Sensibilisierungsmittel und einem Treibmittel. Der Initialsprengstoff
ist Diazodinitrophenol (Dinol), und das Sensibilisierungsmittel
ist Tetracen. Das Treibmittel ist irgendein geeigneter Nitratester
wie Pentaerythritoltetranitrat (PETN), Nitroglycerin und Nitrocellulose.
Gemischte Treibmittel-Feinstoffe
wie 60% Nitrocellulose und 40% Nitroglycerin, wie auch andere Verhältnisse,
sind zufrieden stellend. Diese im Handel erhältlichen Treibmittel sind in
kleiner Teilchengröße (wie
von etwa 0,25 mm bis etwa 0,50 mm (0,010 bis 0,020 inch) im Druchmesser)
erhältlich.
-
Zu
anderen geeigneten Treibmitteln gehören Dinitrotoluol, Pikrinsäure und
Nitroguanidin. Das Treibmittel kann auch ein Gemisch der vorgegebenen
Treibmittel sein.
-
Ein
bevorzugtes Treibmittel weist Treibmittelschnipsel auf und wird
von Hercules Incorporated (Camden, NJ) als das Treibmittel der Serie
1500 angeboten. Das Treibmittel besteht aus Schnipseln einer Größe, die
durch ein Sieb der Sieb-Nr. 30 hindurch gehen und die die Zusammensetzung
30% Nitroglycerin und 70% Nitrocellulose haben. Die Schnipsel können mit
Graphit beschichtet sein, um die Fließfähigkeit während des Mischens und Ladens
des Zünders
zu verbessern.
-
Das
Zündmittelgemisch
der Anmelder besteht aus:
von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% Dinol;
von
2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Tetracen;
von 3 Gew.-% bis 30 Gew.-%
eines Treibmittels;
von 2% bis 20% Calciumsilicid; und
von
20 Gew.-% bis 50 Gew.-% eines Oxidationsmittels.
-
Unter
Verwendung der bevorzugten Zünder-Bestandteile
besteht das Zündmittelgemisch
im wesentlichen aus:
von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% Dinol;
von
2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Tetracen;
von 3 Gew.-% bis 30 Gew.-%
eines Treibmittels;
von 2% bis 20% Calciumsilicid; und
von
20 Gew.-% bis 50 Gew.-% Kaliumnitrat.
-
Wenn
die Menge an Initialsprengstoff, d. h. Dinol, weniger als 10% beträgt, hat
das Zündmittel-Gemisch
eine zu geringe Brisanz. Die Zündung
des Zünders
ist eher eine Verpuffung als eine energiereiche Explosion. Wenn
der Gehalt über
50% beträgt,
ist die Brisanz zu hoch, und die Initialexplosion ist zu heftig.
-
Der
Gehalt des Sensibilisierungsmittels, d. h. Tetracen, beträgt 2 Gew.-%
bis 10 Gew.-%. Unterhalb 2% ist die Empfindlichkeit zu niedrig,
und die Häufigkeit
von "nicht-Zündung"-Zünderfehlschlägen erhöht sich. Eine
Erhöhung
der Menge an Sensibilisierungsmittel auf über 10% trägt nicht zu irgendeiner zusätzlichen
Erhöhung
der Empfindlichkeit bei.
-
Die
Menge an Treibmittel beträgt
von 3% bis 30%. Einem Treibmittel-Gehalt von weniger als etwa 3% fehlt
ausreichende Brisanz, um die Hauptladung zu zünden. Oberhalb 30% ist die
Brisanz zu hoch und der Zünder
ist zu energiereich.
-
Der
pyrotechnische Bestandteil des Zündmittel-Gemisches
ist Calciumsilicid und ein Oxidationsmittel. Das Calciumsilicid
liefert die Wärme
zur Zündung
des Sprengstoffgemisches. Wenn der Calciumsilicid-Gehalt weniger
als 2 Gew.-% beträgt,
wird unzureichend Wärme
erzeugt, um die Zündung
des Sprengstoff-Gemisches
sicherzustellen. Wenn der Calciumsilicid-Gehalt über 20% ist, wird die Brennstoff-Energie
in erster Linie als ein Aufblitzen anstatt als Wärme entladen, was zu einer
schlechten Verbrennung und zu einem hohen Teilchengehalt in dem
Zündungsprodukt
führt.
-
Eine
ausreichende Menge an Oxidationsmittel ist vorhanden, um für eine hohe
Temperatur, gleichmäßigen Brand
des Calciumsilicids zu sorgen. Dieser Gehalt ist bevorzugt von 20%
bis 50%.
-
In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist der Dinol-Gehalt von 20 Gew.-% bis 45 Gew.-%, und
bevorzugter von 25 Gew.-% bis 40 Gew.-%. Der Tetracen-Gehalt ist
bevorzugt von 3 Gew.-% bis 8 Gew.-%, und der Treibmittel-Gehalt
ist bevorzugt von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%. Das Calciumsilicid ist
bevorzugt in einer Menge von 5% bis 15%, und am meisten bevorzugt
in einer Menge von 8% bis 12%, vorhanden. Das Oxidationsmittel ist
bevorzugt in einer Menge von 25% bis 40% vorhanden.
-
Ein
bevorzugtes Zündmittel-Gemisch
besteht im wesentlichen aus:
von 20 Gew.-% bis 45 Gew.-% Dinol;
von
3 Gew.-% bis 8 Gew.-% Tetracen;
von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%
eines Treibmittels;
von 5% bis 15 Gew.-% Calciumsilicid; und
von
25 Gew.-% bis 40 Gew.-% Nitrat.
-
Das
Zündmittelgemisch
wird in einem Zünderbecher
untergebracht, wobei entweder das Boxer- oder das Berdan-System
verwendet wird. 1 zeigt in Schnittdarstellung
eine Handfeuerwaffen-Patrone 10 mit einem Boxer-Aufschlagzünder 12.
Das Zündmittelgemisch 22 wird
gezündet,
wenn ein Schlagbolzen den Zünderhalter 14 trifft.
Der Zünderhalter 14 hat
eine im wesentlichen becherförmige
Gestalt mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende. Ein
metallischer Amboss 16 erstreckt sich über das offene Ende des Zünderhalters 14.
Der metallische Amboss hat einen mittig abgesenkten Bereich 18 und
mindestens eine Öffnung. 2 veranschaulicht
in planarer Draufsicht die Positionierung des metallischen Ambosses 16 und
der in dem mittig abgesenkten Bereich 18 gelegenen Öffnung 20.
-
Es
wird zu 1 zurückgekehrt. Das Zündmittel-Gemisch 22 ist
in dem Zündmittelhalter 14 enthalten. Das
Zündmittel-Gemisch 22 berührt sowohl
das geschlossene Ende des Zündmittelhalters 14 als
auch den mittig abgesenkten Bereich 18 des metallischen
Ambosses 16.
-
Wenn
das geschlossene Ende des Zündmittelhalters 14 von
einem Schlagbolzen getroffen wird, wird der mittig abgesenkte Bereich 18 energiereich
in das Zündmittelgemisch 22 getrieben,
wobei eine Stoßwelle erzeugt
wird, die das Zündmittelgemisch 22 zündet. Die
Wärme und
die Flamme, die durch die Zündung
erzeugt werden, wandern durch die mittige Bohrung, wobei sie den Zündsprengstoff 26 zünden, der
eine Kugel oder ein anderes Geschoss (nicht gezeigt) abfeuert.
-
3 zeigt
in Schnittdarstellung eine Handfeuerwaffen-Patrone 30 mit
einem Berdan-Zünder 32.
Der Zündmittelhalter 14 hat
im wesentlichen dieselbe Gestalt wie der Zündmittelhalter von 1,
der eine im wesentlichen becherförmige
Gestalt mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende hat.
Das Zündmittelgemisch 22 ist
in dem Zündmittelhalter 14 enthalten
und berührt
sowohl das geschlossene Ende des Zündmittelhalters als auch einen
Vorsprung 34, der sich vom Boden der Patronenummantelung 36 erstreckt.
-
Das
Zündmittelgemisch 22 berührt sowohl
das geschlossene Ende des Zündmittelhalters 14 als
auch den Vorsprung 34. Wenn das geschlossene Ende des Zündmittelhalters 14 von
einem Schlagbolzen getroffen wird, wird der Vorsprung 34 in
das Zündmittelgemisch 22 getrieben,
was eine Schockwelle erzeugt, die das Zündmittelgemisch 22 zündet. Die
Zündung
des Zündmittelgemisches 22 erzeugt
eine Flamme, die durch Doppelbohrungen 38 wandert, um den
Zündsprengstoff 26,
der die Kugel oder ein anderes Geschoss (nicht gezeigt) abfeuert,
zu zünden.
-
Die
folgenden Beispiele, die beispielhaft und nicht beschränkend sein
sollen, zeigen die Vorteile des erfindungsgemäßen Zündmittelgemisches.
-
BEISPIELE
-
Ein
Zündmittelgemisch
mit der folgenden Zusammensetzung wurde für alle Beispiele verwendet:
40
Gew.-% Dinol;
6 Gew.-% Tetracen;
8 Gew.-% Treibmittel-Feinstoffe
(30% Nitroglycerin, 70% Nitrocellulose);
10% Calciumsilicid;
und
36% Kaliumnitrat.
-
Das
Zündmittelgemisch
wurde in einen standardmäßigen Boxer-Zündmittelbecher
für Kleinpistolen geladen
und zusammengebaut. Der Zünder
wurde dann gemäß der SAAMI-Vorschrift
für Kleinpistolen-Zünderempfindlichkeit
getestet. Die Erfordernisse sind, dass keine Proben zünden, wenn
ein Testgewicht (1,94 Unzen) aus einer Höhe von 55 g 25,4 mm (1 inch)
in das Zündmittelgemisch
fallen gelassen wird. Alle Proben müssen zünden, wenn das Gewicht aus
einer Höhe
von 280 mm (11 inch) fallen gelassen wird. Als das Zündmittelgemisch
in einer 38er Spezialhülse
getestet wurde, wurden die Ergebnisse von Tabelle 1 erhalten.
-
-
Die
Ergebnisse von Tabelle 1 ergeben einen H-Balken (die Höhe, bei
der 50% der Testzünder
zünden) von
100 mm (3,94 inch) und einen H-Balken plus 4 Sigma (vorhergesagte
Höhe, bei
der alle zünden)
von 165 mm (6,49 inch).
-
Tabelle
2 gibt die Ergebnisse beim Test in einer 9 mm Gehäusehülse an.
-
-
Die
Ergebnisse von Tabelle 2 ergeben einen H-Balken von 117 mm (4,62
inch), und der H-Balken plus 4 Sigma war 195 mm (7,68 inch).
-
Wie
in Tabelle 3 veranschaulicht ist, ist sowohl für 9 mm als auch für 38er Spezialpatronen
die Geschwindigkeit und der Druck des Zündmittelgemisches der Erfindung
etwa gleich oder besser als derjenige eines konventionellen Gemisches
auf Bleibasis. Das Verhalten des Zündmittelgemisches ist über einen
breiten Temperaturbereich gleichmäßig. In jedem Fall ist die
Zeit bis zur Einstellung des Gleichgewichts 4 h. Die Anzahl getesteter
Proben ist 10 bei 21,1°C
(70°F) und
bei 60°C
(140°F).
25 Proben wurden bei –40°C (–40°F) getestet.
-
Die
relativ geringen Standardabweichungen der Zündmittelgemische der Erfindung
zeigen an, dass von Hülse
zu Hülse
gleichmäßige Ergebnisse
erwartet werden konnten.
-
-
Die
Zündungsprodukte
des Zündmittelgemisches
sollten nicht-toxisch und vorwiegend gasförmig sein. Das Zündungsprodukt
(bei der Kammer) des für
die Beispiele verwendeten Zündmittelgemisches
hat die theoretisch berechnete Zusammensetzung, die in Tabelle 4
veranschaulicht ist. An der Mündung
würde eine
weitere Oxidation der Zündungsprodukte
stattfinden.
-
-
Es
ist offensichtlich, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung ein nicht-toxisches Zündmittelgemisch, das
die hierin oben dargelegten Aufgaben, Mittel und Vorteile völlig erfüllt, bereitgestellt
wurde.
