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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen pyrotechnische Systeme, und insbesondere solche Systeme,
bei denen eine nachgeschaltete Zündungsreaktion
oder Schockwelle durch eine feste Barriere oder Sprengwand übertragen
wird, um eine vorgeschaltete Sprengfunktion zu initiieren.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Zünder
mit einer Sprengwand sind allgemein bekannt und werden gewöhnlich insbesondere
in Verfügungsanwendungen
eingesetzt, die eine Verfügungsübertragungsleitung
aufweisen, um eine Sprengverfügungsvorrichtung
zu initiieren, hierin als ein "Zünder" bezeichnet. Solche
Zünder
akzeptieren ein Detonationssignal von einer Verfügungsübertragungsvorrichtung oder
einem Verfügungsübertragungsaufbau
und wandeln das Detonationssignal in eine Heißgasabgabe auf der nachgeschalteten
Seite einer festen Barriere oder Sprengwand des Zünders um,
wodurch eine "Zündungsanregung" für ein vorgeschaltetes
Verfügungsuntersystem
erzeugt ist. Es ist beabsichtigt, dass die Sprengwand oder Barriere beim
Betrieb des vorgeschalteten Verfügungsuntersystems
eine Druckdichtung vorsieht.
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Die Zündungsanregung, die durch einen Zünder mit
Sprengwand vorgesehen wird, wird im Allgemeinen über Schockwellen durch die
Sprengwand übertragen.
Der Zünder
beinhaltet in Allgemeinen eine Donator-Sprengladung aus einem Sprengmaterial,
die durch das Detonierungssignal detoniert wird. Durch die Detonation
der Donator-Sprengladung wird wiederum eine Schockwelle erzeugt,
zur Sprengwand übertragen
und durch diese zu einer Akzeptor-Sprengladung auf der vorgeschalteten
Seite der Sprengwand verbreitet, wobei sie teilweise das vorgeschaltete
Verfügungsuntersystem
bildet. Der Zünder
muss eine Schockwelle mit ausreichender Energie vorsehen, um eine
Detonationsreaktion der Akzeptor- Sprengladung
des vorgeschalteten Verfügungsuntersystems
zu bewirken.
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Es ist im Stand der Technik allgemein
bekannt, dass die Sprengwand oder Barriere im Allgemeinen ein dünnes Element
eines größeren Körpers umfasst,
das auch als Gehäuse
dienen kann, welches den Zünder
Donator-Sprengladung
und den Zünder
Verfügungsübertragungsunteraufbau
einschließt. Äußere Abschnitte
des Gehäuses
können auch
baulichen Haltefunktionen des vorgeschalteten Verfügungsuntersystems
dienen. Ferner können
Abschnitte der vorgeschalteten Seite der Sprengwand bauliche Konfigurationsmerkmale
zur Aufnahme der Akzeptor-Sprengladung des vorgeschalteten Verfügungsuntersystems
beinhalten.
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Zünder
des Stands der Technik wie oben beschrieben sind u. a. in den folgenden
Veröffentlichungen
offenbart: "Development
of the Saturn V Thru Bulkhead Initiator", Corwin et al., North American Rockwell
Corp., 6th Symposium on Electroexplosive Devices, Juli 1969; "Through-Bulkhead-Initiator
Development", von
Hecks, Sandia Laboratories, Albuquerque, New Mexico, 6th Pyrotechnic
Seminar, 1978; "Thermal
Ignition of Pyrotechnics Through a Bulkhead", von Kjeldgaard et al., Sandia Laboratories,
Albuquerque, New Mexico, 8th Symposium on Electroexplosive Devices,
1974; und "Development of
a Shock Initiated Through-Bulkhead Actuator", Schwarz et al., Sandia Laboratories,
Albuquerque, New Mexico, 6th Pyrotechnic Seminar, 1980.
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Ferner sind Zünder u. a. in den folgenden Patenten
beschrieben: US-Patent Nr. 4,608,926 an Stevens, mit dem Titel: "Swivel Type Through
Bulkhead Initiator";
US-Patent Nr. 4,660,472
an Stevens, mit dem Titel: "Optical
Through Bulkhead Initiator and Safe-Arm Device"; US-Patent Nr. 4,699,400 an Adams et
al., mit dem Titel: "Inflator
and Remote Sensor with Through Bulkhead Initiator"; US-Patent Nr. 4,766,726
an Tackett et al., mit dem Titel: "Segmented Case Rocket Motor", und US-Patent Nr. 4,829,765
an Bolieau et al., mit dem Titel: "Pulsed Rocket Motor".
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Sprengwände oder Barrieren von Zündern des
Stands der Technik sind im Allgemeinen aus Metall, gewöhnlich aus
Edelstahl, und sie weisen eine ausreichende bauliche Größe auf,
um dem Durchlaufen der Schockwelle, die durch die Detonation einer Donator-Ladung
erzeugt ist, ohne bauliche Beeinträchtigung standzuhalten. Ferner
sind solche Barrieren oder Sprengwände auch mit ausreichender
baulicher Integrität
gestaltet, um sowohl der Detonationsreihe des Zünders als auch dem Arbeitsdruck
einer vorgeschalteten Verfügungsvorrichtung
standzuhalten; detaillierte Angaben dazu sind im Dokument US-A-3
945 322 des Stands der Technik zu finden.
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Entwicklungen in der Verfügungsindustrie haben
an die Größe des Zünders höhere Ansprüche gestellt.
Gleichzeitig wurden bezüglich
der Art und Mengen der Donator- und Akzeptor-Sprengladungen Militärstandards
auferlegt, insbesondere die Sprengstoffanforderungen, die durch
den Militärstandard Mil-Std
1316 der US-Regierung
auferlegt sind. Insbesondere müssen
nun weniger empfindliche Donator- und Akzeptor-Sprengladungen bei solchen Zündern angewendet
werden.
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Letztere Donator-Ladungserfordernisse
wirken sich auf das Verhältnis
zwischen dem Erzielen baulicher Integrität der Sprengwand und dem gleichzeitigen
Aufbauen einer ausreichenden Schockwelle aus, die aus der Detonation
der Donator-Sprengladung hervorgeht, um die Akzeptor-Sprengladung
des vorgeschalteten Verfügungsuntersystems
zu detonieren. Gestaltungen, die dem Mil-Std 1316 entsprechen, weisen
Systemlängeneinschränkungen
auf, die eine Verringerung der Sprengwanddicke erfordern. Sprengwände des
Stands der Technik verwenden im Allgemeinen Edelstahl barrieren,
die keine annehmbaren Schockübertragungseigenschaften
oder keine annehmbare Stärke
an den Tag legen, um bei Arbeitsdrücken von z. B. etwa 7.250 Pa
(5.000 psi) zu funktionieren, wenn ihre Größe verringert ist, wie für solche
Gestaltungen erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung bewältigt im
Stand der Technik aufgefundene Unzulänglichkeiten durch Bereitstellen
einer verkleinerten Sprengwand von etwa einem Drittel der Größe vorher
bekannter Sprengwände,
die allerdings immer noch ausreichende bauliche Stärke und
Schockwelleneigenschaften vorsieht, um mit weniger empfindlichen Sprengstoffen
zu funktionieren, die den Anforderungen des Mil-Std 1316 entsprechen.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Zünder
von kleiner Größe mit einer Sprengwand
mit ausreichender baulicher Integrität bereitzustellen, um sowohl
der Detonationsreihe des Zünders
als auch dem Arbeitsdruck einer vorgeschalteten Verfügungsvorrichtung
standzuhalten.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Zünder
von kleiner Größe und mit einer
Sprengwand mit ausreichender baulicher Integrität bereitzustellen, um sowohl
der Detonationsreihe des Zünders
als auch dem Arbeitsdruck einer vorgeschalteten Verfügungsvorrichtung
standzuhalten, während
er Sprengstoffe einsetzt, die die Erfordernisse des Mil-Std 1316 erfüllen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Zünder
mit einer Sprengwand mittels eines Zünderkörpers vorgesehen, der im Wesentlichen
aus einer alterungsgehärteten
nickelbasierten Legierung konstruiert ist, wobei die Zusammensetzung
der alterungsgehärteten
nickelbasierten Legierung Nickel im Bereich von 50 bis 55 Gew.-%
beinhaltet. Der Zünderkörper beinhaltet
einen ersten Hohlraum, der teilweise durch ein Barrierenelement
umgrenzt ist, welches mit dem Zünderkörper integriert
ist. Der erste Hohlraum ist im Wesentlichen mit einer Donator-Sprengladung auf
der nachgeschalteten Seite des Barrierenelements gefüllt. Eine
Akzeptor-Sprengladung ist in Verbindung mit der vorgeschalteten
Seite des Barrierenelements angeordnet. Das Barrierenelement ist
baulich so gestaltet, dass eine Schockwelle, die durch Detonation
der Donator-Sprengladung initiiert ist, durch das Barrierenelement übertragen
werden kann, um auf die Akzeptor-Sprengladung einzuschlagen, um
eine Detonation der Akzeptor-Sprengladung zu bewirken.
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Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch die Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen,
Ansprüche
und Zeichnungen hierin offensichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen
gleiche Elemente bezeichnen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Zur Veranschaulichung dieser Erfindung
wird hierin unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine
bevorzugte Ausführungsform
beschrieben.
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1 ist
eine Querschnittansicht eines Zünders
mit einer Sprengwand gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine erweiterte Ansicht, die ein detaillierteres Schema eines Zünders mit
einer Sprengwand gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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In 1 ist
eine Querschnittansicht eines Zünders
mit einer Sprengwand gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt, der insbesondere zum Einsatz eines Raketentriebwerks
anwendbar ist. 2 ist
eine erweiterte Ansicht eines Abschnitts von 1, die ein detaillierteres Schema eines
Zünders mit
einer Sprengwand gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Die wesentlichen Komponenten, die den Zünder mit
einer Sprengwand, im Folgenden "Zünder" genannt, bilden,
werden nun unter Bezugnahme auf einen Geschosszünder 10 beschrieben,
der teilweise in den Figuren gezeigt ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet Zünder 10 im Allgemeinen
ein zylindrisch geformtes oder nabenartiges vorderes Zündergehäuse 100 und ein
hinteres Zündergegengehäuse 200,
die durch eine Gewindekupplungstechnik oder andere Kupplungstechnik
zusammengekuppelt sind. Wie dargestellt, ist eine im Allgemeinen
zylindrisch geformte Kammer 210 durch das vordere Zündergehäuse 100 eingeschlossen,
wenn es mit dem hinteren Zündergehäuse 200 zusammengepasst
ist. Es ist beabsichtigt, dass die Kammer 210 ein Raumvolumen
zum Enthalten von Zünderkomponenten,
nicht gezeigt, vorsieht, die als Beispiel elektronische Schaltkreisanordnungen,
ein Raketentriebwerk und dergleichen beinhalten. Das vordere Zündergehäuse 100 kann auch
einen Kanal 110 zum Enthalten eines O-Rings 220 beinhalten,
der zwischen den vorderen und hinteren Zündergehäusekomponenten 100 bzw. 200 angeordnet
ist, wodurch eine gasdichte Dichtung zum Einschließen von
Komponenten in Kammer 210 vorgesehen ist.
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Das vordere Zündergehäuse 100 ist im Allgemeinen
nabenförmig,
wie oben angegeben, und beinhaltet eine Innenseite 102 und
eine Außenseite 104.
Das vordere Zündergehäuse 100 beinhaltet
eine/n zentral angeordnete/n Bohrung oder Hohlraum 120,
die/der im Allgemeinen an einer Mittelachse des zylindrisch geformten
Zündergehäuses 100 ausgerichtet
ist. Unter Bezugnahme insbesondere auf 2 ist die Bohrung 120 im Allgemeinen
durch eine Bodenendoberfläche 122 und ein
offenes Ende 124 definiert, das mit der Innenseite 102 integriert
ist.
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Das vordere Zündergehäuse 100 beinhaltet außerdem einen
zylindrischen Vorsprung 107, der sich von der Außenseite 104 erstreckt
und im Allgemeinen an der Mittelachse des vorderen Zündergehäuses 100 ausgerichtet
ist. Wie in 2 in erweiterter
Ansicht gezeigt, beinhaltet der Vorsprung 107 eine/n zentral
angeordnete/n und zylindrisch geformte/n Bohrung oder Hohlraum 180 mit
einer im Allgemeinen flachen Bodenendoberfläche 182 und einem offenen
Ende 184. Von der Bodenendoberfläche 184 in das vordere
Zündergehäuse 100 erstreckt
sich eine/ein zentral angeordnete/r und zylindrisch geformte/r Bohrung
oder Hohlraum 130, die/der auch zentral an der Mittelachse
des vorderen Zündergehäuses 100 ausgerichtet
ist. Wiederum unter Bezugnahme auf die erweiterte Ansicht von 2 beinhaltet die Bohrung 130 eine
Bodenendoberfläche 132 und
ein offenes Ende 134, das mit der Bodenendoberfläche 182 von
Hohlraum 180 integriert ist.
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Die Hohlräume 120, 130 und 180 sind
im Allgemeinen zylindrisch und axial an der Mittelachse des vorderen
Zündergehäuses 100 ausgerichtet.
Die Hohlräume 120 und 130 sind
auf eine Weise konstruiert, dass gegenüberliegende Bodenendoberflächen 122 und 132 nebeneinander
angeordnet sind, so dass sie durch ein Sprengwand- oder Barrierenelement
getrennt sind, das integral mit dem Zündergehäuse 100 ist und im
Allgemeinen durch Bezugszeichen 140 bezeichnet ist. Bei
einer einfachen Gestaltung können
die Hohlräume 120 und 130 axial
ausgerichtete Bohrungen oder Öffnungen
sein, die durch gewöhnliche
Bohrtechniken erzeugt sind, so dass die Bodenendoberflächen 122 und 132 gegenüber ihren jeweiligen
offenen Enden 124 und 134 bei Ansicht von den
offenen Enden davon im Allgemeinen als eine konkave Endoberfläche aufweisend
beschrieben werden. Alternativ sind natürlich andere Bohrtechniken
möglich, einschließlich jene,
die eine zugespitzte, konisch geformte Oberfläche oder eine flache geerdete
Oberfläche
vorsehen.
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Unter erneuter Bezugnahme insbesondere auf 2 ist beabsichtigt, dass
der Hohlraum 120 mit einer Donator-Sprengladung 125 druckbeladen
ist, und dass der Hohlraum 130 mit einer Akzeptor-Sprengladung 135 druckbeladen
ist, jeweils durch die offenen Hohlraumenden 124 bzw. 134.
Ferner ist beabsichtigt, dass der Hohlraum 180 mit einem
sekundären
Sprengstoff 185 druckbeladen ist, der durch eine Nachexplosion
der Akzeptor-Sprengladung 135 detoniert werden soll, wie
auf dem Fachgebiet allgemein bekannt.
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Das offene Ende 122 von
Hohlraum 120 kann durch eine Foliendichtung 123 abgedichtet sein,
wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt. Mit der Foliendichtung 123 und
der Donator-Sprengladung 125, die im Hohlraum 120 eingeschlossen
ist, ist eine Verfügungsübertragungsleitung
gekoppelt, die als Zündschnur 240 dargestellt
ist und mit der Zündschnuranregung
gekoppelt ist, zum Beispiel einer elektronischen Schaltkreisanordnung,
wie im Allgemeinen durch Bezugszeichen 245 bezeichnet.
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Eine Verschlussscheibe 150 ist
gegen das offene Ende 124 des Hohlraums 120 und
einen zentralen Abschnitt von Seite 102 gepresst, um die Zündschnur
einzupressen, damit sie mit der Donator-Sprengladung in Verbindung
ist und dadurch eine einigermaßen
gasdichte Explosionskammer im Allgemeinen innerhalb der Begrenzungen
von Hohlraum 120 vorgesehen ist. Wie in 1 gezeigt, kann die Verschlussscheibe 150 durch
drehbare Ineingriffnahme über
Gewinde in einer Öffnung
festgehalten sein, die im Allgemeinen durch Bezugszeichen 160 bezeichnet
ist. Die Öffnung 160 kann
vorteilhafterweise teilweise durch Seite 102 des vorderen
Zündergehäuses 100 oder
andere Anordnung definiert sein, so dass sie sich in starrer Anordnung
mit Seite 102 des vorderen Zündergehäuses befindet, um die beabsichtigte
Funktion vorzusehen, d. h. eine gasdichte Explosionskammer in Hohlraum 120.
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Der Zünder 10 beinhaltet
ferner eine Isolatorkappe 170, die zum Zusammenpassen mit
Abschnitten der Außenseite 104 des
vorderen Zündergehäuses 100 gestaltet
ist, welche den Vorsprung 107 umgeben. Die Isolatorkappe 170 kann
durch Verwendung einer Lackdichtungsmasse oder eine andere Anordnung
festgehalten sein. Es ist beabsichtigt, dass eine knopfartige Verschlusskappe 190 das
offene Ende 184 des Hohlraums 180 abdichtet, wenn
er mit einem sekundären
Sprengstoff beladen ist. Das vordere Zündergehäuse 100 kann auch
Zündblitzlöcher (nicht
gezeigt) beinhalten, wie gewöhnlich
bei solchen Verfügungsvorrichtungen
praktiziert.
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In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das vordere Zündergehäuse 100 aus
einer Nickellegierung konstruiert, die alterungsgehärtet ist. Ein
Beispiel einer alterungsgehärteten
Nickellegierung ist Inconel Nr. 718, hergestellt von Huntington Alloy
Products Division, International Nickel Co., Inc., Huntington, West
Virginia. Inconnel Nr. 718 beinhaltet Nickel im Bereich von 50 bis
55 Molekulargew.-%.
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Nach der detaillierten Beschreibung
der Erfindung ist die folgende Beispielausführungsform vorgesehen, um ein
besseres Verständnis
der Erfindung zu fördern.
Es versteht sich, daß die
Erfindung nicht von dem folgenden Beispiel eingeschränkt wird.
In einer Ausführungsform
eines Beispielzünders 10 kann das
vordere Zündergehäuse 100 einen
Gesamtdurchmesser von 7,937 cm (3,125 Zoll) und eine axiale Länge von
5,08 cm (2,00 Zoll) aufweisen. Das hintere Zündergehäuse 200 kann einen
Gesamtdurchmesser von 7,62 cm (3,00 Zoll) und eine axiale Länge von
4,064 cm (1,6 Zoll) aufweisen. Hohlraum 120 und 130 sind
axial ausgerichtet und gebohrt, so dass das Barrierenelement 140 eine
zentrale Dicke von 0,1 cm (0,040 Zoll) aufweisen kann, wobei der Durchmesser
jeden Hohlraums 2,337 cm (0,092 Zoll) und die Längen von Hohlraum 120 bzw.
130 0,488 cm (0,190 Zoll) bzw. 0,267 cm (0,105 Zoll) betragen. Bohrung 180 kann
einen Durchmesser von 0,889 cm (0,350 Zoll) und eine Länge von
0,635 cm (0,250 Zoll) aufweisen, ausreichend zum Enthalten eines
sekundären
Sprengstoff-Pellets gleicher Abmessungen.
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Mit der obenstehenden Materialwahl
und Barrierenelement 140 von Mindestdicke zwischen den
Bodenendoberflächen 122 und 132 von
Bohrungen 120 und 130 wurde ein gut funktionierender
Zünder
hergestellt, wobei die Donator-Sprengladung PBXN-5,
ein allgemein bekannter Plastiksprengstoff, und die Akzeptor-Sprengladung
HNS-II war. HNS-II (rekristallisiert
hergestelltes Hexanitrostiliben, C14H6N6O12)
ist dem Fachmann allgemein bekannt. Die oben genannte Akzeptor-Sprengladung
war angemessen zum Zünden
einer Raketentriebwerkzündladung,
die durch ein BKNO3-Pellet gebildet war,
das als sekundärer
Sprengstoff 185 eingesetzt wurde. BKNO3 (Borkaliumnitrat)
ist ein allgemein bekannter Zünder.
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Die vorhergehende Beschreibung der
Erfindung ist notwendigerweise detailliert, um ein Verständnis der
besten Ausübungsart
der Erfindung vorzusehen. Es können
zum Beispiel andere Formen von Hexanitrostiliben (HNS) oder äquivalente
Materialien anstelle von HNS-II als Akzeptor-Sprengladung verwendet
werden.