DE69729310T2

DE69729310T2 - Schockstabile elektrische schaltung

Info

Publication number: DE69729310T2
Application number: DE69729310T
Authority: DE
Inventors: N. Paul MARSHALL; C. Thomas TSEKA; M. Brendan WALSH; E. James FRITZ
Original assignee: Ensign Bickford Co
Current assignee: Detnet International Ltd
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2017-10-10
Also published as: AR041202A2; MY131209A; PE105598A1; WO1998022774A2; US6079332A; JP2000510229A; CO4750737A1; RU2160883C1; WO1998022774A3; CA2268244A1; UA49931C2; EP0935734A4; RU99111587A; CA2268244C; ZA979757B; EP0935734A2; AR009833A1; AU727359B2; JP3237761B2; AU4901397A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf gekapselte elektronische Schaltkreise und insbesondere auf schlagfeste elektronische Schaltkreisbaugruppen, welche in explosiven Komponenten Verwendung finden.
Elektronische Zeitablaufschaltungen zum Feuern von Zündern nach einer vorbestimmten elektronisch gesteuerten Verzögerungszeit sind bekannt. Die Verzögerungszeit wird von dem Empfang eines Auslösesignals gemessen, welches Leistung für die Zeitschaltung bereitstellen kann. US-Patent 5,133,257 für Johnson, vom 28. Juli 1992 offenbart ein Zündersystem, welches einen piezoelektrischen Wandler umfasst, welcher nahe an einer Zündschnurleitung angeordnet werden kann. Wenn die Zündschnur explodiert, wird eine Stoßwelle auf den piezoelektrischen Wandler aufgebracht, welcher daraufhin einen elektrischen Impuls erzeugt. Die elektrische Energie von dem Wandler wird in einem Kondensator gespeichert, welcher die Leistung für eine Zeitablaufschaltung bereitstellt. Nach einer vorbestimmten Verzögerung ermöglicht die Zeitablaufschaltung, dass die restliche in dem Kondensator gespeicherte Energie einen Zündkopf in der Explosiveinrichtung zündet. Der Zündkopf löst explosives Material aus, wodurch das Explosionsergebnis der Explosiveinrichtung bereitgestellt wird. Elektronische Verzögerungsschaltkreise können ebenso verwendet werden, um Brückenelemente auszulösen, wie etwa eine Halbleiterbrücke wie z. B. in US-Patent 4,708,060 für Bickes, Jr. Et al., erteilt am 24. November 1987 beschrieben oder eine Wolframbrücke wie z. B. in US-Patent 4,976,200 für Benson et al., erteilt am 11. Dezember 1990 beschrieben. Andere elektronische Verzögerungsschaltungen sind in US-Patent 5,173,569 für Pallanck et al., erteilt am 22. Dezember 1992; US-Patent 5,377,592 für Rode et al., erteilt am 3. Januar 1995; und US-Patent 5,435,248 für Rode et al., erteilt am 25. Juli 1995 beschrieben. Diese Patente schlagen im Allgemeinen vor, dass die elektronische Schaltung in einem geeigneten Kunststoffgehäuse, Käfig oder "Topfmasse" eingegossen wird. Siehe beispielsweise das Johnson Patent, Spalte 2, Zeilen 42 bis 50; das Pallanck et al. Patent, Spalte 3, Zeilen 32 bis 35; das Rode et al. Patent ( US 5,377,592 ), Spalte 9, Zeilen 30 bis 33 und das Rode et al. Patent ( US 5,435,248 ), Spalte 7, Zeilen 9 bis 13. Der berichtete Zweck für derartige Kapselungen besteht darin, die elektronischen Komponenten zu schützen und die Möglich einer Explosion oder eines Schadens durch eine mechanische Wirkung zu minimieren. In diesen Patenten wird keine bestimmte Konfiguration oder ein bestimmtes Material für derartige Gehäuse offenbart.
US-A-4,685,303 offenbart ein Isolationssystem für einen Plattenantrieb, welches eine Umweltkontrollkapselung und ein Plattenantriebsisolationsmodul einschließt. Das Isolationsmodul weist einen inneren und einen äußeren Körper auf, wobei der innere Körper innerhalb des äußeren Körpers angebracht ist und von Vibrationen und Stößen isoliert ist, welchen der äußere Körper ausgesetzt ist. Der innere Körper ist mit dem äußeren Körper ausschließlich über stoßabsorbierende Federn in Verbindung. Weiterhin wird eine Dämpfungseinrichtung bereitgestellt zwischen den äußeren und inneren Körpern, um starke Stöße zu absorbieren.
US-A-3,566,003 offenbart eine Kapselung einer Diode mit einem zylindrischen Kunststoffkörper, welcher die Diode kapselt und von welcher Endigungen jeweilige Hülsen empfangen, welche mit jeweiligen Drähten verbunden sind, so dass die Einheit in Feder-Schnappanschlüsse eingesteckt werden kann.
US-A-4,869,170 offenbart eine Explosiveinrichtung, welche einen Schaltkreis umfasst, welcher in einer Kapselung innerhalb eines länglichen Gehäuses eingeschlossen ist. Die Kapselung dehnt sich längs eines Längenabschnitts des Gehäuses aus, hat aber vollen Kontakt mit der längsseitigen Innenfläche des Gehäuses in denjenigen Abschnitten, in welchen die Kapselung sich im Gehäuse ausdehnt. Zwischen der Kapselung und dem Gehäuse sind keine Zwischenräume gezeigt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine schlagfeste elektronische Schaltplatinenbaugruppe mit einer elektronischen Schaltung, welche in einer Kapselung eingeschlossen ist, welche so vermaßt und ausgelegt ist, dass sie zylindrische, hervorstehende Abschnitte aufzuweist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Kapselung eine im Allgemeinen polygonale Konfiguration aufweisen oder sie kann so aufgebaut sein, dass sie eine Vielzahl von vorstehenden Ansätzen festlegt oder sie kann ausgelegt sein, dass sie vorstehende Rippen festlegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Schaltbaugruppe in einem festen Gehäuse mit einer inneren Oberfläche angeordnet sein, wobei die Kapselung mit der inneren Oberfläche über begrenzten Kontakt mit derselben in Eingriff steht.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Kapselung ein entkoppelndes Material und optional ein strukturelles Stützmaterial umfassen. Das Stützmaterial und das entkoppelnde Material können jeweils eine Dichte aufweisen und die Dichte des entkoppelnden Materials kann mindestens 20% geringer sein als die Dichte des Stützmaterials.
In einer besondere Ausführungsform der Erfindung kann die elektronische Schaltung eine Verzögerungsschaltung umfassen, welche umfasst (i) eine Speichereinheit mit einem Eingangsanschluss zum Empfangen und Speichern von elektrischer Energie; (ii) eine Schalterschaltung, welche die Speichereinheit mit einem Ausgangsanschluss verbindet zum Abgeben der durch die Speichereinheit gespeicherten Energie zu dem Ausgangsanschluss in Reaktion auf ein Signal von einer Zeitablaufschaltung; (iii) eine Zeitablaufschaltung, welche funktionsmäßig mit der Schalterschaltung verbunden ist zum Steuern der Abgabe der in der Speichereinheit gespeicherten Energie durch die Schalterschaltung zu einem Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss erstreckt sich durch die Kapselung, um die Bereitstellung der elektrischen Energie zu der Speichereinheit von außerhalb der Kapselung zu ermöglichen. Der Ausgangsanschluss erstreckt sich ebenso durch die Kapselung durch Bereitstellung elektrischer Energie von der Speichereinheit über die Schalterschaltung zu dem Außenraum der Kapselung.
Eine Ausgangsauslöseeinheit kann funktionsmäßig mit der Speichereinheit durch die Schalterschaltung verbunden sein zum Empfangen der in der Speichereinheit gespeicherten Energie über die Schalterschaltung und zum Erzeugen eines explosiven Ausgangsauslösesignals in Reaktion darauf. Es kann eine Hülse vorhanden sein mit einer Innenhülsenfläche, welche vermaßt und ausgelegt ist, um die Verzögerungsschaltung darin aufzunehmen. Die Kapselung ist in Eingriff mit der Innenfläche der Hülse in einer stoßverteilenden Berührung mit derselben wie hierin beschrieben.
Die Erfindung stellt ebenso eine Wandlerauslöseeinheit bereit, welche die vorstehend beschriebene Schaltbaugruppe, Hülse und Ausgangsauslöseeinheit in Kombination mit einem Wandlermodul umfasst, welches eine Buchse enthält, welches vermaßt und ausgelegt ist, um mit der Hülse in Eingriff zu stehen. Das Wandlermodul umfasst einen piezoelektrischen Wandler in der Buchse und ein Paar von Wandlerdrähten, welche mit dem Eingangsanschluss der Schaltbaugruppe verbunden sind.
Die Erfindung stellt ebenso einen Verzögerungszünder bereit, welcher eine Umhüllung umfasst, welche mindestens ein an einer Seite geschlossenes und an der anderen Seite offenes Gehäuse umfasst für die endenweise Verbindung zu einer Signalauslöseeinheit zum Bereitstellen eines elektrischen Auslösesignals zu einer stoßsicheren Verzögerungsschaltbaugruppe wie vorstehend beschrieben. Die Verzögerungsschaltbaugruppe befindet sich in dem Gehäuse und in dem Gehäuse ist eine Ausgangseinrichtung angeordnet in funktionsmäßiger Beziehung mit der Speichereinheit zum Empfangen der durch die Speichereinheit gespeicherten Energie über die Schalterschaltung und zum Erzeugen eines explosiven Ausgangs in Reaktion darauf. In einer Ausführungsform umfasst die Verzögerungsschaltung eine Kapselung, welche vermaßt und ausgelegt ist für eine begrenzte Berührung mit einer inneren Oberfläche des Gehäuses, beispielsweise kann die Kapselung eine zylindrisch vorstehende Konfiguration aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kapselung ein strukturelles Stützmaterial und ein Entkopplungsmaterial umfassen und kann optional für eine begrenzte Berührung mit einer inneren Oberfläche des Gehäuses ausgelegt sein. In einer besonderen Ausführungsform kann das Gehäuse eine Hülse umfassen, welche innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und die Kapselung kann mit der inneren Oberfläche der Hülse in Eingriff stehen.
1A ist eine axonometrische Ansicht der gekapselten Schaltung oder des "gekapselten Moduls" in einem umgebenden Gehäuse, welches gestrichelt gezeichnet ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B ist eine ähnliche Ansicht wie 1A eines elektronisches Moduls und eines Gehäuses gemäß einer unterschiedlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A ist eine schematische Schnittansicht eines Elektronikmoduls gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2B ist eine Ansicht des elektronischen Moduls der 2A aus einer Sicht entlang der Linien 2B-2B;
2C ist eine teilweise schematische Schnittansicht des Elektronikmoduls der 2A und 2B, angeordnet innerhalb einer Hülse;
3A ist eine perspektivische Ansicht eines Elektronikmoduls gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3B ist eine schematische Querschnittsansicht des Elektronikmoduls der 3A und eines Gehäuses, mit der Verdeutlichung von vorstehenden Ansätzen, welche mit dem Gehäuse in Eingriff stehen;
4 ist eine teilweise, perspektivische Querschnittsansicht einer Wandler-Verzögerungsauslösungsbaugruppe mit einem elektronischen Modul und der Hülse der 2C zusammen mit einem Wandlermodul;
5A ist eine ähnliche Ansicht wie in 4 von einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
5B ist eine teilweise Querschnittsansicht der Wandler-Verzögerungsauslösungsbaugruppe der 5a entlang der Linien 5B-5B;
6A ist eine schematische teilweise Querschnittsansicht und zeigt einen Verzögerungszünder mit einer gekapselten elektronischen Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6B ist eine im Vergleich zu 6A vergrößerte Ansicht der Isolationskappe und der Treibladungskomponenten des Zünders der 6A.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinkapselung für einen elektronischen Schaltkreis, welcher in einem festen umgebenden Gehäuse wie etwa einer Metallhülse angeordnet ist. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil der Einkapselung um die Schaltung herum vor dem Anordnen der Schaltung in der Hülle eingegossen, wobei ein externer Zugang ausschließlich für Verbindungsdrähte zum Programmieren, Testen und Verwenden der Schaltung belassen wird, um die Schaltung von Umweltschäden zu schützen. Die Kapselung der vorliegenden Erfindung schützt den Schaltkreis, nachdem dieser in dem Gehäuse ist, durch Abschwächen von Stoßwellen, welche von dem Gehäuse aufgenommen werden, was andererseits eine Beanspruchung verursachen könnte, welche Schäden an dem Schaltkreis verursacht, insbesondere, so wird angenommen, an den Nahtstellen zwischen den Schaltkreisstrukturen und Materialnahtstellen von unterschiedlicher Dichte. Die Einkapselung schützt den Schaltkreis ebenso dadurch, dass verhindert wird, dass der Schaltkreis gegen das Gehäuse stößt.
Die Einkapselung der vorliegenden Erfindung kann physisch so aufgebaut sein, um derartige Stoßwellen abzuschwächen, und/oder sie kann Materialien umfassen, welche derartige Stoßwellen abschwächen unabhängig von der physikalischen Konfiguration der Einkapselung. Beispielsweise kann die Einkapselung derart physisch konfiguriert sein, dass, wenn dieselbe in dem Gehäuse angeordnet wird, eine begrenzte Berührung zwischen der Einkapselung und dem Gehäuse besteht, Somit verhindert die Einkapselung, dass die Schaltung aufgrund von Vibrationen oder kurzzeitigen Beschleunigungen gegen das Gehäuse schlägt und sie schwächt Stoßwellen ab, welche von dem Gehäuse aufgenommen werden, weil diese die Schaltung nur durch jene Abschnitte der Kapselung erreichen können, welche im Eingriff mit dem Gehäuse stehen. Die restliche Einkapselung verteilt die Stoßwelle und schützt daher die Schaltung. Alternativ dazu kann die Einkapselung ein stoßverminderndes Material umfassen, welches die Schaltung nicht nur gegen Kollision mit dem Gehäuse abfedert, sondern ebenso das Durchdringen von Stoßwellen und Erschütterungen von dem Gehäuse behindert, unabhängig von dem Ausmaß der Berührung zwischen der Einkapselung und dem Gehäuse. Die Einkapselung kann sogar ausreichend fest sein, um den Schaltkreis vor Schäden durch versehentliches Verbiegen zu schützen, welches im anderen Fall während der Herstellung einer Einrichtung, welche den Schaltkreis umfasst oder als Ergebnis einer durch Stoß verursachten Beschleunigung des Schaltkreises innerhalb eines Gehäuses in einer Richtung, welche nicht parallel zur Achse des Gehäuses ist, auftreten würde. Mit ande ren Worten stellt die Einkapselung eine strukturelle Unterstützung für den Schaltkreis bereit. Optional kann die Einkapselung bestimmte Materialien umfassen, welche strukturelle Unterstützung und Vibrationsentkoppelung bereitstellen. Die Dichte und vorzugsweise die Härte eines Entkopplungsmaterials ist typischerweise geringer als die Dichten und Härten des strukturellen Unterstützungsmaterials und des Gehäuses, welches mit der Kapselung in Eingriff steht. Die Dichte des Entkopplungsmaterials ist vorzugsweise mindestens 20% geringer als die Dichte des strukturellen Unterstützungsmaterials und ist vorzugsweise im Bereich von 20 bis 60% geringer, wenngleich in einigen Fällen Entkopplungsmaterialien von noch geringeren relativen Dichten verwendet werden können. Selbst wenn das strukturelle Unterstützungsmaterial von dem Gehäuse durch das Entkopplungsmaterial getrennt ist, ist es vorzuziehen, dass das strukturelle Unterstützungsmaterial so ausgelegt ist, dass Stoßwellen von dem Gehäuse verteilt werden. Dementsprechend kann das strukturelle Unterstützungsmaterial eine Schaltungskäfig bereitstellen, welcher so aufgebaut ist, dass dessen Außenseite einen nicht gleichförmigen Abstand von der Innenfläche des Gehäuses festlegt. Beispielsweise wird ein polygonaler Käfig innerhalb des Gehäuses mit einer zylindrischen Innenseitenfläche dazu dienen, um die Schockwellen, welche von dem Gehäuse empfangen werden, zu verteilen, sogar wenn der Käfig mit einem Entkopplungsmaterial umgeben ist und nicht unmittelbar mit der Innenseitenfläche des Gehäuses in Eingriff steht.
Optional kann die Einkapselung gemäß der vorliegenden Erfindung beide der oben beschriebenen Merkmale aufweisen, d. h. sie kann physisch für eine beschränkte Berührung mit dem Gehäuse ausgelegt sein und sie kann ebenso ein vibrationsentkoppelndes Material umfassen.
Die Erfindung findet Anwendung beim Schutz jeglicher Schaltkreise, welche in einem stabilen Gehäuse angeordnet sind, welches physischen Vibrationen oder Stoßwellen ausgesetzt sein kann; sie findet vorzugsweise Anwendung, um elektronische Schaltkreise eines elektronisch gesteuerten Zünders zu schützen. Zünder, welche mit gekapselten Elektronikschaltkreisbaugruppen gemäß der vorliegenden Erfindung breitgestellt werden, werden unwahrscheinlicher beschädigt werden durch die vorausgehende Detonation von benachbarten Ladungen und werden daher genauer zu den richtigen Zeitpunkten detonieren, verglichen mit Zündern nach dem Stand der Technik. Da das Gehäuse, welches durch die meisten Zünder bereitgestellt wird, ein zylindrisches Gehäuse und optionalerweise eine zylindrische Hülse in dem Gehäuse umfasst, wobei beide eine zylindrische Innenseitenfläche bereitstellen, kann eine Einkapselung, welche physisch für eine begrenzte Berührung mit dem Gehäuse ausgelegt ist, jede einer Vielfalt von nicht zylindrischen Konfigurationen aufweisen, welche hier und in den Ansprüchen als "zylindrisch vorstehende" Konfigurationen bezeichnet werden. Eine Einkapselung mit einer zylindrisch vorstehenden Konfiguration weist eine äußere Oberfläche auf, welche nur teilweise in Eingriff steht mit einer zylindrischen Innenseitenfläche eines Gehäuses, wobei ein Teil der Einkapselung in Abstand gehalten wird von der Innenseitenfläche des Gehäuses. Einige Beispiele von zylindrisch vorstehenden Konfigurationen werden nachstehend mit Bezug auf 1A bis 4 beschrieben.
Typischerweise umfasst eine elektronische Zeitablauf-Zünderschaltung verschiedene integrierte und diskrete Schaltungsbauteile einschließlich einer Speichereinrichtung, wie einem Kondensator, welcher ein elektrisches Auslösesignal empfängt und speichert. Die Verzögerungsschaltung schließt im Allgemeinen einen elektronischen Schalterschaltkreis auf, welcher beim Empfang eines Aktivierungssignals von einer Zeitablaufschaltung, den Kondensator entladen kann, zu einem Ausgangsanschluss, an dem ein Auslöseelement wie etwa ein Heißdraht, ein Brückendraht oder eine Halbleiterbrücke mit dem Schaltkreis verbunden sein kann. Das Aktivierungssignal wird von einer Zeitablaufschaltung bereitgestellt und folgt einem vorbestimmten Verzögerungsintervall, welches vom Empfang des elektrischen Auslösesignals aus gemessen wird. Herkömmlicherweise werden die Zeitablaufschaltung und die Schalterschaltung als integrierte Schaltkreise hergestellt und sie werden in Verbindung mit bestimmten anderen diskreten Schaltbauteilen verwendet. Der elektronische Schaltkreis ist typischerweise durch die Anordnung der Schaltbauteile auf einem kleinen Abschnitt einer gedruckten Schaltplatine zusammengebaut, welche die notwendigen elektrischen Verbindungen zwischen denselben bereitstellt, unter Verwendung sogenannter Oberflächenmontage-Technologie. Alternativ dazu können die Schaltkreisbauelemente auf einem gitterartigen Drahtrahmen angebracht sein, welcher einige der Verbindungen zwischen denselben abstützt. Die Einkapselung wird um die zusammengebaute Schaltung gegossen.
1 zeigt eine gekapselte Schaltkreisbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher die Einkapselung für eine begrenzte Berührung mit einem umgebenden Gehäuse vermaßt und ausgelegt ist. Die Schaltkreisbaugruppe 10 (manchmal hier auch als "Elektronikmodul" bezeichnet) umfasst elektronische Schaltbauteile (nicht gezeigt), welche auf einem Träger 12 (z. B. eine gedruckte Schaltplatine, ein Drahtrahmen oder ähnliches), welcher mit der gestrichelten Linie gezeigt ist, angebracht sind. Die Schaltkreisbaugruppe 10 umfasst ebenso eine im Allgemeinen rechtwinklige Kapselung 14, in welcher die Schaltungsbauteile und der Träger eingeschlossen sind. Aufgrund ihrer polygonalen, d. h. rechtwinkligen Konfiguration liegt die Kapselung 14 eine Vielzahl von zylindrisch hervortretenden, längsseitig sich erstreckende Kanten 16 fest, welche mit einer zylindrischen Innenseitenfläche eines umgebenden Gehäuses wie etwa einer geschlossenendigen Aluminiumröhre 18, welche in gestrichelten Umrissen gezeigt ist in Eingriff stehen. Die Röhre 18 stellt eine Berührung mit den Kanten 16 her, während die ebenen Flächen der Einkapselung grundsätzlich mit einem Abstand von dem Gehäuse verbleiben, als wäre dieses um die polygonale Außenhülle der Einkapselung 14 umschrieben. Aufgrund der begrenzten Berührung zwischen der Einkapselung 14 und der Innenseitenfläche 18a des Gehäuses kann eine Stoßwelle, welche durch das Rohr 18 aufgenommen wird, auf die elektronischen Schaltungsbauteile nur nach Verteilung durch die Einkapselung von dem Berührungspunkt, z. B. der Kante 16, wie durch die Verteilungswellenlinien 20 verdeutlicht, auf die elektronischen Schaltungsbauteile einwirken. Vorzugsweise ist die Kapselung 14 so aufgebaut, dass die Berührungspunkte, durch welche die Stoßwellen empfangen werden können, die Stoßwelle in einem schrägen Winkel in Bezug auf den Träger 12 ausbreiten.
In einer alternativen Konfiguration mit "begrenzter Berührung", welche in 1B gezeigt ist, ist eine Schaltkreisbaugruppe 10a gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Gehäuses angeordnet, welches eine Hülse 22 mit offenen Enden umfasst, welche in das Rohr einsetzbar ist. Die Hülse 22 ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl ausgebildet und dient zum Schutz der Schaltungsbaugruppe 10a gegen externe Druckkräfte. 1B verdeutlicht ebenso eine alternative Konfiguration für die Einkapselung 14', um eine weiter reduzierte Berührung zwischen der Einkapselung und dem umgebenden Gehäuse bereitzustellen. Daher ist der Träger 12 im Allgemeinen in einer rechtwinkligen Einkapselung 14' angeordnet, wobei nur die randständigen, zylindrisch vortretenden Abschnitte 14a, 14b an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses so ausgelegt und vermaßt sind, dass sie mit der Innenseitenfläche der Hülse 22 in Eingriff stehen. Daher steht die Einkapselung 14 nur entlang den verkürzten Kanten 16a und 16b der vorstehenden Abschnitte derselben in Eingriff mit der Hülse 22.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit begrenzter Berührung ist in den 2A und 2B zu sehen. Die Schaltungsbaugruppe 10b umfasst eine Einkapselung 14c, die derart ausgelegt ist, dass sie eine Vielzahl von längsseitig sich erstreckenden, zylindrisch vorstehenden Berührungsstreifen oder Rippen 24 aufweist, welche sich über die sonst kreisförmige Außenseite der Einkapselung 14c hinaus erstrecken. Wie in 2B zu sehen, ist die Einkapselung 14c ebenso konfiguriert, um Aussparungen 25 aufzuweisen, welche in derselben ausgebildet sind. Wie nachstehend erläutert, ermöglichen die Aussparungen 25, daß elektrische Testkontakte oder "Anschlüsse" für elektronische Schaltungen oder Chips innerhalb der Einkapselung 14c offengelegt sind, während ermöglicht wird, dass die Kontakte innerhalb des Umrisses der Einkapselung verbleiben. Auf diese Weise sind die elektrischen Anschlüsse erreichbar und behindern aber nicht die Anordnung oder Aufhängung der gekapselten Schaltung innerhalb der umgebenden Struktur. Die Schaltkreisbaugruppe 10b ist derart ausgelegt, dass die Ausgangsanschlüsse 57 und die Auslöseeingangsanschlüsse 56 aus den jeweiligen gegenüberliegenden Enden der Einkapselung 14c zur Verbindung mit anderen Einrichtungen wie nachstehend beschrieben, herausragen.
Die Ansicht in 2C zeigt, wie die Rippen 24 nur eine begrenzte Berührung zwischen der Einkapselung 14c und einer umgebenden Gehäusestruktur, wie etwa der Hülse 22 ausbilden durch Aufbauen eines Spaltes 48 zwischen der restlichen Außenseite der Kapselung 14c und der Hülse 22. Sich zerstreuende Wellen 20 verdeutlichen, wie die Rippen 24 Stoßwellen, welche von der Hülse 22 empfangen werden, verteilen. Ein Abschnitt der Kapselung 14c ist aus der 2C weggelassen, so dass verschiedene elektronische Komponenten 26 und deren Träger 12 sichtbar sind.
Eine weitere Ausführungsform mit begrenzter Berührung eines gekapselten elektronischen Schaltkreises gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 3A und 3B verdeutlicht, die zeigen, dass die Schaltkreisbaugruppe 10c eine Kapselung 14d umfasst, welche derart vermaßt und ausgelegt ist, um eine zylindrische vorstehenden Konfiguration aufzuweisen aufgrund der Ansätze 70, welche von der ansonsten zylindrischen äußeren Fläche der Kapselung 14d vorspringen. Die Kapselung 14d mit den Ansätzen 70 ist so vermaßt und konfiguriert, dass die Ansätze 70 mit der inneren Oberfläche des Gehäuses in Eingriff kommen und das meiste, wenn nicht alles der restlichen äußeren O berfläche der Kapselung 14d einen Abstand von der inneren Oberfläche des Gehäuses aufweist, wenn die Kapselung 14d in das Gehäuse mit einer zylindrischen inneren Oberfläche eingesetzt wird. Die Schaltungsbaugruppe 10b umfasst Eingangsanschlüsse 56 (3A), welche aus der Verkapselung 14d herausragen, um zu ermöglichen, dass die elektrischen Bauteile in derselben funktionsmäßig zu externen elektrischen Bauteilen verbunden werden. Wie in 3A zu sehen, weist die Kapselung 14d Aussparungen 50 auf, um Zutritt zu den Anschlüssen 52 bereitzustellen, ohne dass es notwendig wäre, dass die Anschlüsse über das Oberflächenprofil der Verkapselung 14d hinausragen, genauso wie dies bei der Ausführungsform der 2A, 2B und 2C der Fall ist. 3B verdeutlicht, dass die Ansätze 70 in Eingriff stehen mit der inneren Oberfläche eines Gehäuses, wie etwa der Hülse 22 und die Stoßwellen verteilen, welche, wie durch die Linien 72 der Stoßwellenausbreitung angezeigt, bei dem Punkt 74 auf das Gehäuse, d. h. die Hülse 22 eintreffen und welche auf die Kapselung 14d übertragen werden.
Eine Schaltungsbaugruppe mit einer Einkapselung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Zünder verwendet werden, um eine elektronisch gesteuerte Verzögerung im Zünden des Zünders bereitzustellen, welche entweder mit einer elektrischen oder einer nicht elektrischen Auslösesignaleinrichtung betrieben werden kann. Beispielsweise kann eine elektrische Auslösesignalleitung mit den Eingangsanschlüssen 56 (3A) von einer entfernten Quelle verbunden sein, welche durch einen Nutzer gesteuert wird, um ein Auslösesignal zu einer passend konfigurierten Schaltungsbaugruppe bereitzustellen. Alternativ dazu kann die Schaltungsbaugruppe verwendet werden mit einer nicht elektrischen Auslösesignaleinrichtung, z. B. für die Verwendung mit einer Zündschnur, Stoßrohr, etc., vorausgesetzt dass mindestens ein Wandler bereitgestellt wird, um das nicht elektrische Auslösesignal in ein elektrischen Signal umzusetzen, welches verwendet werden kann, um die Schaltungsbaugruppe auszulösen. Die Bezeichnung "Auslösesignaleinrichtung", wie sie hier und in den Ansprüchen verwendet wird, ist so aufzufassen, dass diese sowohl elektrische Auslösesignalübertragungsleitungen wie auch nicht elektrische Auslösesignalübertragungsleitungen und deren zugehörige Wandler für die Lieferung eines elektrischen Auslösesignals zu den Eingangsanschlüssen der Schaltungsbaugruppe dieser Erfindung umfaßt.
4 stellt eine perspektivische Ansicht einer Wandlerschaltungsbaugruppe (oder „Wandlerauslöser") 55 bereit, welche ein elektronisches Modul 54 umfasst, welches die Schaltungsbaugruppe 10b und die Hülse 22 der 2A, 2B und 2C und eine Ausgangsauslöseeinrichtung 46 umfasst. Die Wandlerschaltungsbaugruppe 57 umfasst ebenso ein Wandlermodul 58, welches als Teil einer Auslösesignalübertragungseinrichtung dient, um ein nicht elektrisches Auslösesignal in einen Puls elektrischer Energie zu wandeln, um das elektronische Modul 54 zu aktivieren. Verschiedene Schaltungsbauelemente der Schaltungsbaugruppe 10b, wie etwa eine integrierte Zeitablaufschaltung 28, ein Zeitablaufwiderstand 30, ein integrierter Schalterschaltkreis 32, ein Speicherkondensator 34 und ein Ableitwiderstand 36 sind auf einem gitterförmigen Abschnitt eines Träger angebracht, welcher einen Anschlussrahmen 40 umfaßt und innerhalb der Kapselung 14c angeordnet ist. Die Ausgangsauslöseeinrichtung 46 umfasst ein Brückenelement wie etwa eine Halbleiterbrücke 38, welche mit den Ausgangsanschlüssen 57 verbunden ist, eine Auslöseladung 46a, welche vorzugsweise ein sekundäres explosives Material oder einen passenden Ersatz für dasselbe wie etwa Tetraamin-cis-bis-(5-nitro-2H-tetrazolato-N²)cobalt(III)perchlorat ("BNCP"), verschiedene primäre Explosivmittel und energetische Mischungen wie etwa Zirkoniumkaliumperchlorat, und eine Auslösekapsel 46b, welche auf den Kerbabschnitt 44 aufgepresst ist und welche die Auslöseladung 46a in einer Energieübertragungsrelation zu der Halbleiterbrücke 38 trägt. Das explosive Ausgangsauslösesignal, welches durch die Ausgangsauslöseeinrichtung 46 bereitgestellt wird, kann verwendet werden, z. B. um eine Basisladung oder Ausgangsladung eines Zünders auszulösen, in welchem die Baugruppe 55 angeordnet ist, und kann auf diese Weise einen Teil der Ausgangseinrichtung für den Zünder umfassen, wie nachstehend mit Bezug auf 6A beschrieben wird.
Die Kapselung 14c steht in Eingriff mit der Hülse 22 (siehe 2C) nur an den Rippen (welche nicht in der 4 sichtbar sind) und erzeugt auf diese Weise einen Spalt 48 zwischen der Kapselung 14c und der Hülse 22. Wie vorstehend ausgeführt legt die Kapselung 14c Aussparungen 50 fest, an denen Test- oder Programmanschlussdrähte 52 durch die Kapselung 14 erreicht werden können, so dass die Schaltung in derselben programmiert und/oder getestet werden kann vor dem Zusammenbau des Zünders. Die Aussparungen 50 ermöglichen vorzugsweise, dass die Drähte innerhalb des Oberflächenprofils der Kapselung 14 verbleiben, d. h. dass die Drähte vorzugsweise nicht in den Spalt 48 hineinreichen. Die Aussparungen 50 können weggelassen werden, vorausgesetzt, dass die Testdrähte nicht aus der Kapselung 14 weiter herausragen als die Rippen, so dass sie nicht über den Spalt 48 ragen, um das umgebende Gehäuse zu berüh ren. Daher kann das Elektronikmodul 54 in die Hülse 22 eingesetzt werden und die Anschlussdrähte 52 werden die Hülse 22 nicht berühren.
Das Wandlermodul 58 (4) umfasst einen piezoelektrischen Wandler 60 und zwei Übertragungsleitungen 62, welche in einem Wandlerbuchse 64 angeordnet sind. Nach der Aufnahme einer Stoßwelle erzeugt der Wandler 60 einen elektrischen Puls, welcher an die Schaltungsbaugruppe 10b über die Übertragungsleitungen 62 und die Eingangsanschlüsse 56 abgegeben wird. Die Wandlerbuchse 64 ist vermaßt und ausgelegt, um mit der Hülse 22 derart in Eingriff zu stehen, dass das Wandlermodul 58 an das Ende der Hülse 22 gesichert werden kann, wobei die Leitungen 62 in Kontakt sind mit den Eingangsanschlüssen 56. Das Elektronikmodul 54, die Hülse 22 und das Wandlermodul 58 sind derart vermaßt und ausgelegt, dass ein Luftspalt, welcher mit 66 bezeichnet ist, zwischen dem Elektronikmodul 54 und dem Wandlermodul 58 aufgebaut wird, wenn diese wie in 4 gezeigt, zusammengestellt werden. Auf diese Weise ist das Elektronikmodul 54 mindestens teilweise von der Stoßwelle abgeschirmt, welche den piezoelektrischen Wandler 60 veranlasst, einen elektrischen Impuls für die Schaltungsbaugruppe zu erzeugen. Der durch eine derartige Stoßwelle wirkende Druck wird durch das Wandlermodul 58 auf die Hülse 22 wie durch die Kraftpfeile 68 angezeigt, übertragen, anstelle auf das Elektronikmodul 54.
Die 5A und 5B verdeutlichen eine Wandlerverzögerungsauslöseeinrichtung 55a gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Kapselung für den elektronischen Schaltkreis nicht für eine begrenzte Berührung mit der Hülle ausgelegt ist. In dieser Ausführungsform umfasst die Kapselung einen Käfig für die elektronischen Bauteile und den Träger. Der Käfig 14e umfasst ein strukturelles Stützmaterial und ein Entkopplungsmaterial 14f. Im Allgemeinen sollte das strukturelle Stützungsmaterial des Käfigs 14e einen Young'schen Modul von mindestens 5 × 10⁵ psi und vorzugsweise einen Young'schen Modul in dem Bereich von ungefähr 1 × 10⁶ psi bis 40 × 10⁶ psi aufweisen. Vorzugsweise weist das strukturelle Stützmaterial eine Festigkeit von mindestens ungefähr 5000 psi und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, welcher mit demjenigen der integrierten Schaltkreisbauteile in derselben übereinstimmt. Der Käfig 14e kann z. B. einen glasgefüllten Epoxykäfig 14e umfassen, welcher, wenn er ausgehärtet ist, eine Dichte von mindestens ungefähr 1 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cc) und einen Young'schen Modul von 1 × 10⁶ psi aufweist. Ein derartiges Epoxymaterial ist von Sumitomo Corporation unter der Harzbezeichnungsnummer 6300 erhältlich und für diesen wird angegeben, dass er mit 60% Glas gefüllt ist. Der Käfig 14e ist, wenn er ausgehärtet ist, ausreichend fest, um eine strukturelle Unterstützung für die Schaltung bereitzustellen, und einen Schaden an der Schaltung durch unvermeidliches Biegen zu verhindern. Wie in 5A ersichtlich, ist der Käfig 14e im Allgemeinen von rechtwinkligem Aufbau und ist ausgelegt, um im Wesentlichen glatte Seiten 27 aufzuweisen, von welchen die Anschlüsse 52 hervorstehen. Um zu verhindern, dass die Anschlüsse 52 sich gegen die elektrisch leitende Hülse 22 pressen und auf diese Weise möglicherweise die elektronische Schaltung in derselben kurzschließen, ist der Käfig 14e so ausgelegt, dass dieser Abstandselemente 71 festlegt, welche von den Seiten 27 des Käfigs 14e weiter als die Anschlüsse 52 vorstehen. Daher werden die Abstandselemente 71 verhindern, dass die Anschlüsse 52 mit der inneren Fläche der Hülse 22 in Eingriff kommen, wenn der Käfig 14 mit der Hülse 22 während des Zusammenbaus in Berührung kommen sollte.
Die Hülle 14e kann für eine begrenzte längsseitige Berührung mit der Innenseitenfläche der Hülse 22 wie vorstehend beschrieben vermaßt und ausgelegt sein, z. B. mit Bezug auf die 1A und 1B; der Käfig 14e ist aber vorzugsweise vermaßt und ausgelegt wie in 5B vorgeschlagen, so dass dieser, wenn dieser innerhalb der Hülse 22 zentriert wird, keine Berührung mit der Innenseitenfläche derselben aufbaut. In der verdeutlichten Ausführungsform ist der Zwischenraum zwischen dem Käfig 14e und der Hülse 22 im Wesentlichen vollständig gefüllt mit einem stoßabsorbierenden entkoppelnden Material 14f der Kapselung. In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist das Entkopplungsmaterial 14f eine Dichte von nur 0,8 g/cm³ und einen Young'schen Modul von 5000 psi auf und unterscheidet sich somit wesentlich von dem gasgefüllten Epoxy des Käfigs 14e. Das Entkopplungsmaterial kann ein elastisches polymerisches Material wie z. B. ein Silicon umfassen und kann optionalerweise als ein Schaum ausgebildet sein. Ein Entkopplungsmaterial, welches einen Fleck mit Schaumfüllung umfasst, kann an dem Käfig 14e anhaften, um mit der Innenseitenfläche der Hülle in Eingriff zu stehen. Es ist jedoch zu erwarten, dass ein günstigeres Verfahren zum Einbringen des Entkopplungsmaterials der Kapselung zwischen einem strukturellen Stützmaterial und dem Gehäuse das Einspritzen eines schaumförmigen polymeren Entkopplungsmaterials in den Zwischenraum zwischen denselben umfasst, d. h. in den Zwischenraum zwischen dem Epoxydkäfig 14e und der Hülse 22. Das Entkopplungsmaterial zwischen der Hülle und der Schaltung innerhalb der Kapselung dient dazu, die Kraft von Stoßwellen abzuschwächen, welche von der Umgebung der Schaltung übertragen werden können, wodurch die Schaltung geschützt wird. Diese schützende Wirkung wird ohne die Notwendigkeit erreicht, die Berührung zwischen dem Entkopplungsmaterial 14f und der Innenseitenfläche des Gehäuses zu begrenzen; die schützende Wirkung kann jedoch verbessert werden, wenn das Entkopplungsmaterial physisch für eine begrenzte Berührung mit dem Gehäuse, wie vorstehend mit Bezug auf die 1A bis 3B beschrieben, ausgelegt ist. Die schützende Wirkung der Kapselung wird weiterhin verbessert, weil, wie vorstehend vorgeschlagen, der Käfig 14a derart vermaßt und ausgelegt ist, dass dieser einen nicht gleichförmigen Abstand von der zylindrischen Innenseitenfläche der Hülse 22 festlegt. Insbesondere ist der Käfig 14e im Wesentlichen rechteckig und ist daher zylindrisch hervorstehend, selbst wenn dieser nicht unmittelbar mit der Innenseitenfläche der Hülse 22 in Eingriff steht. Dementsprechend ist beispielsweise der Abstand zwischen einer Kante des Käfigs 14e und der Innenseitenfläche der Hülse 22, repräsentiert durch den Abstand S₁, wesentlich kürzer als der Abstand zwischen einem Punkt auf der Seite des Käfigs 14e und der Innenseitenfläche der Hülse 22, dargestellt als S₂. Jeglicher Rest einer Stoßwelle, welche durch den Käfig 14e empfangen wird, wird durch dessen ungleichmäßige Auslegung in Bezug auf die Hülse 22 verteilt, bevor diese auf die Schaltung in derselben trifft. Andere zylindrisch vorstehende Konfigurationen für den Käfig 14e werden in ähnlicher Weise die schützende Funktion der Kapselung verbessern.
Mit nachfolgenden Bezug auf die 6A wird ein digitaler Verzögerungszünder gezeigt, welcher eine Schaltungsbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Der Verzögerungszünder 100 umfasst eine Auslösesignaleinrichtung mit einer nicht elektrischen Eingangsübertragungsleitung, welche in dem verdeutlichten Fall ein Stoßrohr 110, eine Adapterbuchse 114, einen Isolationskappe 118, eine Treibladung 120 und ein Wandlermodul 58 umfasst. Wie dem Fachmann wohl bekannt, umfasst das Stoßrohr ein hohles Kunststoffrohr, dessen Innenseitenwand mit einem explosiven Material beschichtet ist, so dass mit der Zündung ein geringer Energiestoß durch die Röhre ausgebreitet wird. Man siehe z. B. Thureson et al., US-Patent 4,607,573. (Es ist anzumerken, dass andere nicht elektrische Signalübertragungsleitungen, wie etwa Zündschnur, Niederenergiezündschnur, Kleingeschwindigkeitsstoßrohr und ähnliche anstelle des Stoßrohrs verwendet werden können.). Das Stoßrohr 110 ist in dem offenen Ende 112a einer Umhüllung, welche ein Gehäuse 112 umfasst, durch einen Adap terstutzen 114, um welchen das Gehäuse 112 an den Quetschstellen 116, 116a gequetscht ist, gesichert. Die Hülse 114 hilft dabei, ein in Bezug auf die Umwelt schützenden Abfluss zwischen dem Gehäuse 112 und der äußeren Oberfläche des Stoßrohrs 110 auszubilden. Das Gehäuse 112 ist aus elektrisch leitendem Material hergestellt, im Allgemeinen Aluminium und weist vorzugsweise eine Größe und Form von herkömmlichen Zünderkapseln, d. h. Zündern auf. Ein Abschnitt 110a des Stoßrohrs 110 innerhalb des Gehäuses 112 endet an dem Ende 110b in unmittelbarer Nachbarschaft zu oder in berührendem Kontakt mit einer antistatischen Isolationskappe 118.
Wie am Besten in 6B zu sehen, ist die Isolationskappe 118 von einem dem Fachmann wohlbekannten Typ und ist aus einem halbleitenden Material hergestellt, z. B. einem kohlenstoffgefüllten polymerischen Material, so dass diese einen Weg zu dem Gehäuse 112 bildet, um jedwelche statische Elektrizität, welche sich entlang des Stoßrohres 110 ausbreiten kann, zu dissipieren. Man siehe z. B. Gladden, US-Patent 3,981,240. Eine Treibladung 120 niedriger Energie ist angrenzend an die Isolationskappe 118 angeordnet und in einer signalübertragenden Beziehung mit dem Ende 110b des Stoßrohres 110. Wie im Stand der Technik bekannt und am besten in 6B zu sehen, umfasst die Isolationskappe 118 einen im Allgemeinen zylindrischen Körper (üblicherweise in der Form eines abgeschnittenen Konus, welcher mit einem Größendurchmesser zu dem offenen Ende 112a des Gehäuses 112 ausgestattet ist, dessen Innenraum durch eine dünne berstbare Membran 118b in eine Eintrittskammer 118a und eine Austrittskammer 118c unterteilt ist. Das Ende 110b des Stoßrohres 110 (6A) kann in die Eintrittskammer 118a aufgenommen werden (das Stoßrohr 110 ist in der 6B der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt). Die Austrittskammer 118c stellt einen Luftraum oder Zwischenraum zwischen dem Ende 110b des Stoßrohres 110 und der Treibladung 120 dar. Im Betrieb wird die Stoßsignalwelle, welche sich durch das Stoßrohr 110 ausbreitet, die Membrane 118b durchbrechen und den in der Ausgangskammer 118c befindlichen Abstand durchlaufen und auf die Treibladung 120 auftreffen und diese zur Explosion bringen.
Die Treibladung 120 umfasst eine geringe Menge von Explosivstoff 124, auf welcher ein erstes Dämpfungselement 126 angeordnet ist. Der Explosivstoff 124 umfasst typischerweise einen primären Explosivstoff, wie etwa Bleiazid, kann jedoch ebenso einen passenden sekundären Explosivstoff, wie z. B. BNCP umfassen. Ein erstes Dämpfungsele ment 126, welches eine ringförmige Form aufweist und für eine dünne mittige Membran günstig ist, ist zwischen der Isolationskappe 118 und dem Explosivstoff 124 angeordnet, um den Stopfdruck, mit welchem der Explosivstoff 124 während der Herstellung des Zünders 100 gepresst wird, aufzunehmen, um den Explosivstoff 124 von einer unmittelbaren Anwendung von Druck zu schützen.
Die Isolationskappe 118, das erste Dämpfungselement 126 und die Treibladung 120 können bequem in eine Treibhülse 132, wie in 5B gezeigt, eingepasst werden. Die Außenfläche der Isolationskappe 118 ist ein leitender Berührung mit der Innenfläche der Treibhülse 132, welche selbst ausgelegt und aufgebaut ist, um eine reibende Passung mit der Innenseite des Gehäuses 112 zu bilden und stellt auf diese Weise einen Weg elektrischer Leitfähigkeit von dem Stoßrohr 110 zu dem Gehäuse 112 bereit. Im Allgemeinen wird die Treibhülse 132 in das Gehäuse 112 eingesetzt und das Gehäuse 112 wird gequetscht, um die Treibhülse 132 in demselben zurückzuhalten, wie auch den Inhalt des Gehäuses 112 von der Umwelt zu schützen.
Ein nicht leitendes Zwischenstück 128, welches typischerweise 0,015 Inch dick ist, ist zwischen der Treibladung 120 und einem Wandlermodul 58 angeordnet, um das Wandlermodul 58 von der Treibladung 120 elektrisch zu isolieren. Das Wandlermodul 58 umfasst einen piezoelektrischen Wandler, welcher in einer kraftvermittelnden Beziehung mit der Treibladung 120 steht und so die Ausgangskraft der Treibladung 120 in einen Puls von elektrischer Energie umwandeln kann. Die Ausgangsanschlüsse des Wandlermoduls 58 sind mit dem Elektronikmodul 54, wie in 4 gezeigt, verbunden. Wie in 5 gezeigt, umfasst die Umhüllung, welche von dem Zünder 100 bereitgestellt wird, ein Gehäuse 112 und eine optionale, beidseitig offene Stahlhülse 22 in demselben, welche das Elektronikmodul 54 umschließt und welche aufgebaut ist, um eine reibende Passung mit der Innenfläche des Gehäuses 112 aufzuweisen.
Der Zünder 100 umfasst eine Ausgangseinrichtung, um ein Detonationsausgangssignal am Ende des Verzögerungsintervalls zu erzeugen. Wie vorstehend aufgeführt, umfasst ein Teil der Zünderausgangseinrichtung die Ausgangsauslöseeinrichtung 46 des Elektronikmoduls 54 (gezeigt in 4), zu welcher angrenzend in dem Zünder 100 ein zweites Dämpfungselement 142 angeordnet ist, welches ähnlich zu dem ersten Dämpfungselement 126 ist. Das zweite Dämpfungselement 142 trennt die Ausgangsauslöseeinrich tung des Elektronikmoduls 54 von dem Rest der Zünderausgangseinrichtung, welche eine Ausgangsladung 144 umfasst, welche an dem geschlossenen Ende 112b des Gehäuses 112 angeordnet ist. Die Ausgangsladung 144 umfasst ein optionales primäres Explosivmaterial 144a (welches durch ein passendes sekundäres Explosivmaterial, z. B. BNCP ersetzt werden kann) und ein sekundäres Explosivmaterial 144b. Das sekundäre Explosivmaterial 144b weist eine ausreichende Stoßkraft auf, um das Gehäuse 112 zu durchbrechen und Schmelztreibexplosivmittel, Dynamit etc., welches in Signalübertragungsnachbarschaft zu dem Zünder 100 angeordnet ist, zur Detonation zu bringen.
Im Einsatz breitet sich ein nicht elektrisches Auslösesignal in der Auslösesignaleinrichtung durch das Stoßrohr 110 aus und wird an dem Ende 110b ausgegeben. Das Signal durchbricht die Membrane 118b der Isolationskappe 118 und das erste Dämpfungselement 126, um das Explosivmittel 124 der Treibladung 120 auszulösen. Das Explosivmaterial 124 erzeugt eine Detonationsstoßwelle, welche auf den piezoelektrischen Wandler in dem Wandlermodul 58 trifft. Das Wandlermodul 58 erzeugt daraufhin einen Puls von elektrischer Energie, welcher von dem Elektronikmodul 54 empfangen wird. Auf diese Weise liefert die nicht elektrische Auslösesignaleinrichtung ein Auslösesignal zu der Schaltungsbaugruppe des Elektronikmoduls 54. Die Schaltungsbaugruppe speichert den Puls elektrischer Energie und gibt nach einer vorbestimmten Verzögerung die Energie ab oder leitet dieselbe zu der Ausgangsauslöseeinrichtung, welche die Ausgangsladung 144 auslöst.
Wie vorstehend in alternativen Ausführungsformen erläutert, kann die gekapselte Schaltungsbaugruppe der vorliegenden Erfindung mit einem elektrischen Zünderverzögerungsschaltkreis verwendet werden, welcher für die Verwendung mit einem elektrischen Signalübertragungsdraht ausgelegt ist anstelle eines Stoßrohrs oder einer nicht elektrischen Signalübertragungsleitung. In einem derartigen Schaltkreis wäre es selbstverständlicherweise keine Notwendigkeit für eine Treibladung 120 oder ein Wandlermodul 58.
Wenngleich die Erfindung im Einzelnen mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, wird es beim Lesen und Verstehen des Vorstehenden offenbar, dass eine Vielzahl von Abwandlungen zu den beschriebenen Ausführungsformen für den Fachmann vorkommen. Es ist beispielsweise anzunehmen, dass selbst wenn die Umhüllung nicht eine zylindrische Innenfläche aufweist, die Auslegung der Schaltungskapselung für eine begrenzte Berührung mit derselben angepasst werden kann. Es ist beabsichtigt, derartige Abwandlungen im Umfang der beiliegenden Ansprüche einzuschließen.

Claims

Eine schlagfeste elektronische Schaltungsbaugruppe, welche eine elektronische Schaltung (12) umfasst, welche in einer Kapselung (14) eingeschlossen ist und innerhalb einer länglichen, festen Umhüllung (18, 22) mit einer in der Länge ausgedehnten inneren Oberfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (14) um die Schaltung (12) geformt ist, und die Kapselung (14) für eine begrenzte axiale Berührung mit der in der Länge ausgedehnten inneren Oberfläche ausgelegt und aufgebaut ist.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche zylindrisch ist und dass die Kapselung (14) einen im Allgemeinen polygonalen Querschnitt aufweist, welcher eine begrenzte Berührung mit der inneren Oberfläche bereitstellt.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (14) so aufgebaut ist, dass sie eine Vielzahl von Ansätzen (70) festlegt, welche von der Außenfläche der Kapselung (14) vorstehen, und welche eine begrenzte Berührung mit der inneren Oberfläche bereitstellen.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche zylindrisch ist und dass die Kapselung (14) so aufgebaut ist, dass sie in der Länge ausgedehnte Rippen (24) festlegt, welche eine begrenzte Berührung mit der inneren Oberfläche bereitstellen.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (14) ein strukturelles Stützmaterial umfasst, welches die Schaltung (12) umschließt und welches aufgebaut ist, um einen Zwischenraum zwischen dem strukturellen Stützmaterial und der innere Oberfläche der Umhüllung (18, 22) zu belassen, und dass die Schaltungsbaugruppe weiterhin ein Entkopplungsmaterial (14f) umfasst, welches mit der innere Oberfläche in Eingriff steht und welches in dem Zwischenraum zwischen dem strukturellen Stützmaterial und der innere Oberfläche der Umhüllung (18, 22) angeordnet ist, wobei das Entkopplungsmaterial (14f) eine Dichte aufweist, welche mindestens 20 Prozent geringer ist als die Dichte des strukturellen Stützmaterials.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (14) so ausgelegt und aufgebaut ist, dass sie zylindrisch vorstehende Abschnitte (14a, 14b) umfasst.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (18, 22) eine Hülse (22) umfasst.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (12) eine Verzögerungsschaltung umfasst mit: (i) einer Speichereinrichtung (34), welche mit einem Eingangsanschluss (56) verbunden ist zum Empfangen und Speichern von elektrischer Energie; (ii) eine Schalterschaltung (32), welche die Speichereinrichtung (34) mit einem Ausgangsanschluss (57) verbindet zum Abgeben der von der Speichereinrichtung (34) gespeicherten Energie zu dem Ausgangsanschluss (57) in Reaktion auf ein Signal von einer Zeitablaufschaltung (28); (iii) die Zeitablaufschaltung (28) funktionsmäßig verbunden ist mit der Schalterschaltung (32) zur durch die Schalterschaltung gesteuerten Abgabe der in der Speichereinrichtung gespeicherten Energie zu einem Auslöseelement, wobei der Eingangsanschluss (56) sich durch die Kapselung (14) erstreckt, um die Lieferung von elektrischer Energie zu der Speichereinrichtung (34) von der Außenseite der Kapselung (14) zu ermöglichen, und wobei der Ausgangsanschluss (57) sich durch die Kapselung (14) erstreckt zur Abgabe der elektrischen Energie aus der Speichereinrichtung (34) über die Schalterschaltung (32) zu der Außenseite der Kapselung (14).
Die Schaltungsbaugruppe gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsauslöseeinrichtung (46) funktionsweise mit der Speichereinrichtung (34) verbunden ist, um über die Schalterschaltung (32) die von der Speichereinrichtung (34) gespeicherte Energie zu empfangen und um ein explosives Ausgangsauslösesignal in Reaktion auf dieselbe zu erzeugen, und wobei die Umhüllung eine Hülse (22) umfasst, welche eine Innenhüllenfläche aufweist und ausgelegt und aufgebaut ist, um die Verzögerungsschaltungsbaugruppe in derselben aufzunehmen.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (12) Eingangsleiter (56) und Ausgangsleiter (57) umfasst, welche aus der Kapselung (14) herausragen, wobei die Baugruppe (10) weiterhin ein Wandlermodul (58) an einem Ende der Umhüllung (14) umfasst.
Die Schaltungsbaugruppe gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlermodul (58) eine Buchse (64) umfasst, welche ausgelegt und aufgebaut ist, um mit der Hülse (22), einem piezoelektrischen Wandler (60) in der Buchse (64) und einem Paar von Wandlerleiter (62), welche mit dem Eingangsanschluss (56) der Schaltung verbunden sind, in Eingriff zu stehen.
Ein Verzögerungszünder mit einer Schaltungsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung mindestens ein Gehäuse (112) umfasst, welches an einem Ende geschlossen und an dem anderen Ende offen ist zur Verbindung zu einer Auslösesignaleinrichtung; und die Auslösesignaleinrichtung in dem offenen Ende des Gehäuses (112) gesichert ist, um ein elektrisches Auslösesignal für die Schaltungsbaugruppe bereitzustellen.