EP0304973B1 - Pyrotechnisches Verzögerungselement für Verzögerungszünder sowie dessen Verwendung - Google Patents

Pyrotechnisches Verzögerungselement für Verzögerungszünder sowie dessen Verwendung Download PDF

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EP0304973B1
EP0304973B1 EP88201431A EP88201431A EP0304973B1 EP 0304973 B1 EP0304973 B1 EP 0304973B1 EP 88201431 A EP88201431 A EP 88201431A EP 88201431 A EP88201431 A EP 88201431A EP 0304973 B1 EP0304973 B1 EP 0304973B1
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pyrotechnic
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pyrotechnic delay
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Anton Dr. Phil. Gisler
Walter Rauber
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Schweizerische Eidgenossenschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B23/00—Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents
    • C06B23/002—Sensitisers or density reducing agents, foam stabilisers, crystal habit modifiers
    • C06B23/004—Chemical sensitisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B33/00—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C5/00—Fuses, e.g. fuse cords
    • C06C5/06—Fuse igniting means; Fuse connectors

Definitions

  • the present invention relates to a pyrotechnic delay element for delay detonators, at least consisting of a transfer primer consisting of fuel and oxygen carrier, a delay primer consisting of fuel, oxygen carrier, binder, sensitizer and inert additive, and an igniter for the main charge, the primers in succession in a sleeve are arranged. Preferred uses of the delay element are also claimed.
  • glass fiber reinforced paper is frowned upon for safety reasons in pyrotechnics (friction ignition; damage). There is also the risk that the safety or the reproducibility of the delay time is disturbed by a discontinuous fire due to heat build-up in the heat-insulating glass fiber paper and by the built-in baffles.
  • the design should be such that no expensive and difficult to manufacture baffles are necessary.
  • the sleeve consists of a metallic material of high heat and chemical resistance and that the retarding ignition charge consists of a mixture of a metallic fuel, a halogenated, polymerized oxidizer and a metallocene as a sensitizer.
  • the solution according to the invention allows the production of delay elements in dimensions which correspond to modern primers that function on a silver azide basis.
  • the main charges consist of high-performance explosives of a known type, such as nitro-penta, tetryl, hexogen (RDX), octogen (HMX), octastit etc.
  • the delay element described in claim 2 is mainly used in weapon systems in which no electrical energy is provided for the ignition device.
  • the delay element is advantageously realized with the sleeve according to claim 3, since in addition to excellent thermal conductivity, it also has a high degree of chemical resistance.
  • the metallocenes listed in claim 4 have proven particularly useful as retarders in sensitization.
  • a targeted additional time delay in the combustion of the retarding ignition charge can be achieved by adding inert additives.
  • the oxygen carrier lead chromate in the proportion listed in claim 7, has proven to be very cheap in the retarding ignition charge.
  • the initiation of physical processes can be realized in a simple manner by means of a pyrotechnic delay element. This is particularly advantageous when mechanical and / or electronic delay elements are out of the question due to high acceleration forces or other disturbance variables or when no corresponding energies are available.
  • the pyrotechnic delay element Fig. 1 consists of a metallic sleeve 1 made of light metal, in which a transmission ignition 3, a delay ignition 4 and an ignition 5 for a main charge 6 are installed one behind the other.
  • This light metal sleeve 1 is made in a manner known per se from a copper-free light metal (material DIN 1'725 No. 3.0615) and has a length of 17 mm and a diameter of 5 mm.
  • the wall thickness of the sleeve 1 is 0.75 mm; it has a bore 1a on the firing side, in which a commercially available ZK capsule is inserted.
  • a cover plate 7 made of 0.3 mm copper-free aluminum is inserted through a bore 1b, which is penetrated by the resulting pressure wave after the delay time has elapsed and ignites the charge (explosive or explosive charge), which is not shown, in a known manner.
  • the transmission primer 3 consists of a mixture of silicon, lead chromate, red lead and nitrocellulose.
  • the silicon which acts as a fuel and has a grain size of 25 ⁇ m, is present in the transfer primer with a weight fraction of 30%.
  • Nitrocellulose acts as a binder with a weight fraction of 3%.
  • This powdery primer is manufactured with components of a commercially available grain size which are mixed wet in an acetone solution. This mixture is homogenized by means of ultrasound and then air-dried and granulated in a known manner. A granulate size of 0.5 to 0.7 mm has proven particularly useful, followed by further drying at 60 ° C.
  • the transmission primer is installed in the sleeve 1 by filling with subsequent pressing.
  • This transfer primer ensures safe ignition of the subsequent retarding primer. Despite the high reaction temperature, it only develops a small amount of gas, which prevents the other components from igniting prematurely.
  • a pyrotechnic delay element described above achieves reproducible delay times of 20 seconds; the spread within a series of 100 delay elements is a maximum of plus / minus 0.9 seconds.
  • the delay ignition charge 4 is produced in an analogous manner to the production of the ignition ignition charge 2 described below.
  • the result is a very slow-burning delay ignition charge with relatively high reaction temperatures of 350-650 ° C. and only a very low gas yield.
  • the preferred exemplary embodiment has tungsten, with 10% by weight, and lead chromate, as an oxygen carrier, with 77% by weight as fuel. Nitrocellulose with a proportion of 2% by weight is used as a binder, and ferrocene with 1% by weight and polytetrafluoroethylene, in its function as an oxidizer, with 10% by weight are also present as sensitizers.
  • the delay element in FIG. 2 has a structure similar to that in FIG. 1. Only a firing primer 2 is added here, which is closed off by a cover plate 8. Instead of a stab flame, a piercing needle, a firing pin or the like is struck into the firing set 2 to initiate the ignition.
  • the cover plate 8 is in turn made of copperless aluminum and has a thickness of 0.1 mm.
  • a powder mixture of antimony trisulfide with a proportion of 40% by weight and lead rhodanide with 6% by weight of friction agent and calcium silicide with 8% by weight has proven to be optimal; it serves as fuel.
  • potassium chlorate with a proportion of 40% by weight as an oxygen carrier and tetrazene with 6% by weight as a sensitizer are present.
  • the sleeve 1 ' has a smaller front opening than the FIG. 1 for receiving the firing pin or the piercing needle.
  • the rate of combustion of a retarding primer can also be predetermined by inert additives such as glass powder, microballoons (glass beads evacuated or filled with air or an inert gas), barium sulfate, metal salicylates such as copper salicylates and / or sandwich molecules.
  • inert additives such as glass powder, microballoons (glass beads evacuated or filled with air or an inert gas), barium sulfate, metal salicylates such as copper salicylates and / or sandwich molecules.
  • the metallocene acting as a sensitizer - despite its low mixing proportion - is of great importance in increasing the functional reliability.
  • ferrocene The following metallocenes were successfully used: nickelocene, cobaltocene and ruthenocene.
  • Delay times from 1 to around 30 seconds can be reproducibly determined experimentally.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein pyrotechnisches Verzögerungselement für Verzögerungszünder, wenigstens bestehend aus einem Übertragungszündsatz aus Brennstoff- und Sauerstoffträger, einem Verzögerungszündsatz aus Brennstoff, Sauerstoffträger, Bindemittel, Sensibilisator und inertem Additiv sowie einem Zündsatz für die Hauptladung, wobei die Zündsätze hintereinander in einer Hülse angeordnet sind. Im weiteren sind bevorzugte Verwendungen des Verzögerungselementes beansprucht.
  • Verzögerungszünder und sogenannte Verzögerungssätze sind bekannt (Rudolf Meyer, "Explosivstoffe", Seite 329, 1979, Verlag Chemie). Aus der US-PS 3,981,222 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verzögerungszündsatzes bekannt, mit dem Verzögerungszeiten bis 18 Sekunden pro Zoll der verwendeten Pulvermischung erzielbar sind. Dabei werden an sich bekannte Koruskative in eine aus glasfaserverstärktem Papier aufgebaute Kapselv, welche zur Verlängerung des Brennweges im Innern Schikanen aufweist, eingebracht. Die Baugrösse einer solchen beispielsweisen Kapsel beträgt 1 7/16 Zoll in ihrem Durchmesser und weist eine Dicke von 0,2 Zoll auf, sie bewirkt eine Verzögerungszeit von 8 Sekunden. Das Verhältnis Verzögerungszeit zu Baugrösse erlaubt den Einsatz derartiger Kapseln lediglich für grosskalibrige Waffen und Systeme. Die Verwendung von glasfaserverstärktem Papier ist aus Sicherheitsgründen in der Pyrotechnik verpönt (Reibzündung; Beschädigung). Ebenso besteht die Gefahr, dass die Sicherheit beziehungsweise die Reproduzierbarkeit der Verzögerungszeit durch einen diskontinuierlichen Brand zufolge von Wärmestauungen im wärmeisolierenden Glasfaserpapier und durch die eingebauten Schikanen gestört wird.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pyrotechnisches Verzögerungselement zu schaffen, welches aufgrund seiner Baugrösse auch einen Einsatz in mittelkalibrigen Waffen (ab 20 mm Durchmesser) erlaubt, eine hohe Sicherheit aufweist und, auch in einer Serienfertigung hergestellt, genau reproduzierbare Verzögerungszeiten erzielt. Ausserdem soll die konstruktive Ausbildung derart sein, dass keine teuren und schwierig herzustellenden Schikanen notwendig sind.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hülse aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärme- und Chemikalienbeständigkeit besteht und dass der Verzögerungszündsatz aus einer Mischung aus einem metallischen Brennstoff, einem halogenhaltigen, polymerisierten Oxydator und einem Metallocen als Sensibilisator besteht.
  • Die erfindungsgemässe Lösung erlaubt die Herstellung von Verzögerungselementen in Abmessungen, welche modernen, auf Silberazidbasis funktionierenden Zündkapseln entsprechen. Die eigentlichen Hauptladungen bestehen aus Hochleistungssprengstoffen bekannter Art, wie Nitro-Penta, Tetryl, Hexogen (RDX), Octogen (HMX), Octastit etc.
  • Das in Anspruch 2 beschriebene Verzögerungselement findet hauptsächlich in Waffensystemen Anwendung, bei denen keine elektrische Energie für die Zündvorrichtung vorgesehen ist.
  • Das Verzögerungselement ist mit Vorteil mit der Hülse gemäss Anspruch 3 realisiert, da diese neben einer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit auch ein hohes Mass an Chemikalienbeständigkeit besitzt.
  • Besonders bewährt haben sich im Verzögerungszündsatz als Sensibilisatoren die im Anspruch 4 aufgeführten Metallocene.
  • Als Oxydator haben sich aus einer Reihe halogenhaltiger hochmolekularer Stoffe die handelsüblichen Polytetrafluoräthylene (Teflon, Hostaflon; Handelsmarken) oder Polymonochlortrifluoräthylene, gemäss Anspruch 5, als vorteilhaft erwiesen.
  • Eine gezielte zusätzliche zeitliche Verzögerung des Abbrands des Verzögerungszündsatzes ist durch die Beimengung inerter Additive, entsprechend Anspruch 6, erreichbar.
  • Als sehr günstig hat sich im Verzögerungszündsatz der Sauerstoffträger Bleichromat, in dem im Anspruch 7 aufgeführten Anteil, erwiesen.
  • Die Verwendungen des Erfindungsgegenstands gemäss den Ansprüchen 8 und 9 sind durch die in den vorherigen Ansprüchen diskutierten Vorteile möglich geworden.
  • Die Einleitung physikalischer Vorgänge lässt sich in einfacher Weise durch ein pyrotechnisches Verzögerungselement realisieren, Anspruch 10. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn mechanische und/oder elektronische Verzögerungselemente aufgrund hoher Beschleunigungskräfte oder anderer Störgrössen nicht in Frage kommen oder wenn keine entsprechenden Energien zur Verfügung stehen.
  • Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein pyrotechnisches Verzögerungselement, geeignet in Verbindung mit einer elektrisch initiierten Miniaturzündkapsel und
    Fig. 2
    ein Verzögerungselement mit einem Anfeuerungszündsatz zur Initiierung mittels Schlagbolzen.

  • Das pyrotechnische Verzögerungselement Fig. 1 besteht aus einer metallischen Hülse 1 aus Leichtmetall, in welche hintereinander ein Übertragungszündsatz 3, ein Verzögerungszündsatz 4 und ein Zündsatz 5 für eine Hauptladung 6 eingebaut sind. Diese Leichtmetallhülse 1 ist in an sich bekannter Weise aus einem kupferlosen Leichtmetall, (Werkstoff DIN 1′725 Nr. 3.0615) gefertigt und weist eine Länge von 17 mm und einen Durchmesser von 5 mm auf. Die Wandstärke der Hülse 1 beträgt 0,75 mm; sie weist anfeuerungsseitig eine Bohrung 1a auf, in welche eine handelsübliche Zündkapsel ZK eingesetzt wird. Hauptladungsseitig ist über eine Bohrung 1b eine Abdeckscheibe 7 aus 0,3 mm kupferlosem Aluminium eingelegt, welche nach Ablauf der Verzögerungszeit durch die entstehende Druckwelle durchschlagen wird und die nicht dargestellte Ladung (Sprengstoff bzw. Sprengladung) in bekannter Weise zündet.
  • Der Übertragungszündsatz 3 besteht aus einer Mischung aus Silizium, Bleichromat, Bleimennige und Nitrocellulose. Das als Brennstoff wirkende Silizium mit einer Korngrösse von 25 um ist mit einem Gewichtsanteil von 30% im Übertragungszündsatz vorhanden. Bleichromat mit 30 Gew.-%, Bleimennige mit 37 Gew.-%; beide übernehmen die Funktion eines Sauerstoffträgers. Als Bindemittel mit einem Gew.-Anteil von 3% wirkt Nitrocellulose.
  • Die Herstellung dieses pulverförmigen Zündsatzes erfolgt mit Komponenten handelsüblicher Korngrösse, welche in einer Acetonlösung nass vermischt werden. Mittels Ultraschall wird dieses Gemisch homogenisiert und anschliessend luftgetrocknet und in bekannter Weise granuliert. Besonders bewährt hat sich eine Granulatgrösse von 0,5 bis 0,7 mm bei einer anschliessenden weiteren Trocknung bei 60° C.
  • Eingebaut in die Hülse 1 wird der Übertragungszündsatz durch Einfüllen mit anschliessendem Verpressen.
  • Dieser Übertragungszündsatz stellt ein sicheres Anzünden des nachfolgenden Verzögerungszündsatzes sicher. Er entwickelt trotz hoher Reaktionstemperatur nur in geringem Masse Gas, was die übrigen Komponenten vor einem vorzeitigen Anzünden bewahrt.
  • Ein vorstehend beschriebenes pyrotechnisches Verzögerungselement erzielt reproduzierbare Verzögungerungszeiten von 20 Sec.; die Streuung innerhalb einer Serie von 100 Verzögerungselementen beträgt maximal plus/minus 0,9 Sec.
  • Die Herstellung des Verzögerungszündsatzes 4 erfolgt in analoger Weise wie die nachfolgend beschriebene Herstellung des Anfeuerungszündsatzes 2. Das Resultat ist ein sehr langsam abbrennender Verzögerungszündsatz mit relativ hohen Reaktionstemperaturen von 350-650°C und nur sehr geringer Gasausbeute. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel weist als Brennstoff Wolfram, mit 10 Gew.-%, und Bleichromat, als Sauerstoffträger, mit 77 Gew.-% auf. Als Bindemittel dient Nitrocellulose mit einem Anteil von 2 Gew.-%, und im weiteren sind als Sensibilisator Ferrocen mit 1 Gew.-% und Polytetrafluoräthylen, in seiner Funktion als Oxydator, mit 10 Gew.-% vorhanden.
  • Das Verzögerungselement Fig. 2 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie dasjenige in Fig. 1. Hier ist lediglich ein Anfeuerungszündsatz 2 hinzugefügt, welcher durch eine Abdeckscheibe 8 abgeschlossen ist. Anstelle einer Stichflamme wird hier eine Stechnadel, ein Schlagbolzen oder dergleichen zur Einleitung der Zündung in den Anfeuerungssatz 2 hineingeschlagen. Die Abdeckscheibe 8 ist wiederum aus kupferlosem Aluminium gefertigt und weist eine Dicke von 0,1 mm auf.
  • Es ist dementsprechend die Aufgabe des Anfeuerungszündsatzes 2, die Fortpflanzung der pyrotechnischen Reaktion in der Zündkette bei geringer, zu deren Einleitung notwendiger Energie sicherzustellen. Als optimal erwiesen hat sich eine Pulvermischung aus Antimontrisulfid mit einem Anteil von 40 Gew.-% und Bleirhodanid mit 6 Gew.-% Friktionsmittel und Calciumsilizid mit 8 Gew.-%; es dient als Brennstoff. Im weiteren sind Kaliumchlorat mit einem Anteil von 40 Gew.-%, als Sauerstoffträger, und Tetrazen mit 6 Gew.-%, als Sensibilisator, vorhanden. Das Gemisch dieser pulverförmigen Satzkomponenten in ihren handelsüblichen Korngrössen von etwa 10-200 um, je nach Komponente, werden in einem an sich bekannten Verfahren, mit taumelnder Mischtrommel (sogenanntes TURBULA-Verfahren) miteinander vermischt und dann das Gemisch dosiert und in den entsprechenden Abmessungen gepresst. Die Hülse 1′ weist zur Aufnahme des Schlagbolzens bzw. der Stechnadel eine gegenüber der Fig. 1 kleinere stirnseitige Öffnung auf.
  • Bewährt haben sich Anfeuerungszündsätze in den folgenden Mischungsverhältnissen:
    • Antimontrisulfid:
    30 bis 50 Gew.-%
    Bleirhodanid:
     5 bis 15 Gew.-%
    Calciumsilizid:
     5 bis 10 Gew.-%
    Kaliumchlorat:
    30 bis 50 Gew.-%
    Tetrazen:
     2 bis 7 Gew.-%

  • Bei beiden Verzögerungselementen Fig. 1 und Fig. 2 können Übertragungszündsätze mit folgenden Mischungen zum Einsatz gelangen:
    • Silizium:
    10 bis 40 Gew.-%
    Bleichromat:
    20 bis 40 Gew.-%
    Bleimennige:
    20 bis 50 Gew.-%
    Nitrocellulose:
     1 bis 5 Gew.-%

  • Verzögerungszündsätze mit langer Verzögerungsdauer können folgende Mischungsverhältnisse aufweisen:
    • Wolfram:
     5 bis 30 Gew.-%
    Bleichromat:
    50 bis 80 Gew.-%
    Nitrocellulose:
     1 bis 4 Gew.-%
    Ferrocen:
     1 bis 4 Gew.-%
    Polytetrafluoräthylen:
     5 bis 20 Gew.-%

  • Die Abbrandgeschwindigkeit eines Verzögerungszündsatzes kann im weiteren durch inerte Additive wie Glasmehl, Mikroballons (evakuierte oder mit Luft oder einem inerten Gas gefüllte Glaskügelchen), Bariumsulfat, Metallsalicylate wie Kupfersalicylate und/oder Sandwichmoleküle vorbestimmt werden.
  • Beim Abbrand des Verzögerungszündsatzes, ebenso wie im durch einen Schlagbolzen initiierten Anfeuerungszündsatz, kommt dem als Sensibilisator wirkenden Metallocen ― trotz seines geringen Mischungsanteils ― eine grosse die Funktionssicherheit erhöhende Bedeutung zu. Neben oder anstelle von Ferrocen können erfolgreich folgende Metallocene zum Einsatz gelangen: Nickelocen, Kobaltocen und Ruthenocen.
  • Experimentell lassen sich Verzögerungszeiten von 1 bis zirka 30 Sekunden reproduzierbar festlegen.

Claims (10)

1. Pyrotechnisches Verzögerungselement wenigstens bestehend aus einem Übertragungszündsatz (3) aus Brennstoff und Sauerstoffträger, einen Verzögerungszündsatz (4) aus Brennstoff, Sauerstoffträger, Bindemittel, Sensibilisator und inertem Additiv sowie einem Zündsatz für die Hauptladung (5), wobei die Zündsätze hintereinander in einer Hülse (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärme- und Chemikalienbeständigkeit besteht und dass der Verzögerungszündsatz (4) aus einer Mischung aus einem metallischen Brennstoff, einem halogenhaltigen, polymerisierten Oxydator und einem Metallocen als Sensibilisator besteht. (Fig. 1)
2. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1, mit einem durch einen Schlagbolzen initiierten Anfeuerungszündsatz (2), welcher in der metallischen Hülse (1′) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfeuerungszündsatz (2) aus einer Mischung aus einem Initialsprengstoff, einem Brennstoff und einem Metallocen als Sensibilisator besteht. (Fig. 2)
3. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Hülse (1, 1′) aus einem kupferlosen Leichtmetall besteht. (Fig. 1; Fig. 2)
4. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensibilisator aus Ferrocen und/oder Nickelocen und/oder Kobaltocen und/oder Ruthenocen besteht.
5. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxydator ein Polytetrafluoräthylen oder ein Polymonochlortrifluoräthylen ist.
6. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verzögerungszündsatz (4) inerte Additive wie Glasmehl, Glaskugeln oder Bariumsulfat zugesetzt sind.
7. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verzögerungszündsatz als Sauerstoffträger Bleichromat mit einem Gewichtsanteil von 50 bis 80% zugesetzt ist.
8. Verwendung eines pyrotechnischen Verzögerungselements zur zeitlichen Steuerung der Selbstzerlegung eines Geschosses und/oder eines Tochtergeschosses.
9. Verwendung eines pyrotechnischen Verzögerungselements zur Einleitung der Zündung einer Sprengladung eines Geschosses am Ende dessen Flugzeit und nach dessen Eindringen in ein Ziel.
10. Verwendung eines pyrotechnischen Verzögerungselements zur Einleitung eines physikalischen Vorgangs mit vorbestimmter Verzögerungszeit.
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