EP0510551A2 - Bridge wire initiator - Google Patents
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- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
- F42B3/10—Initiators therefor
- F42B3/12—Bridge initiators
- F42B3/124—Bridge initiators characterised by the configuration or material of the bridge
Definitions
- the invention relates to an electrical bridge ignition means, which for the ignition or ignition of explosives, fuels and. Like. Is suitable.
- Both types of ignition means have in common that two electrodes are connected to one another by conductive resistance materials.
- the resistance material consists of a conductive ignitor and in the case of bridge detonators it consists of a narrow wire or metal film.
- the invention has for its object to provide a bridge ignition means, which is not subject to any restrictions with regard to the choice of the primer used for the ignition charge and can be reproducibly produced with high accuracy and defined ignition behavior.
- the surface of the electrodes facing the ignition charge and the ignition bridge is covered with a thermally highly conductive, electrically insulating protective film.
- This protective film primarily prevents the ignition material from coming into contact with both electrodes and the ignition bridge and an electrical shunt to the ignition bridge being able to occur. This ensures that the entire current flows exclusively through the ignition bridge.
- the protective film also has the property that it is a good thermal conductor, so that it quickly the heat generated at the ignition bridge transferred to the igniter.
- materials that are good electrical conductors have the property of also being good heat conductors.
- the properties required of the protective film namely good thermal conductivity and poor electrical conductivity, are opposite to each other.
- quartz and ceramic materials that combine the desired properties. What is also required is a high resistance of the protective film to the mechanical forces that occur when the primer is pressed on, as well as a high chemical resistance to corrosive substances such as light acids, etc. Suitable materials that meet all of these requirements are, for example, aluminum oxide ceramic or quartz. These materials can be applied by suitable processing techniques, such as high frequency sputtering. Another possibility is to form the protective film by oxidizing or passivating the surfaces of the electrodes and the ignition bridge.
- the in Figs. 1 and 2 shown bridge ignition means has a tubular metallic jacket 10 which is closed at one end by an inserted cap 11.
- a pole piece 12 passes through a bore in the cap 11 and is made from an insulating bush 13 against the wall of the bore, e.g. Al2O3, pore-free melted glass or sintered glass is electrically isolated.
- the cap 11, the pole piece 12 and the bush 13 form the carrier body 14 which closes the jacket 10.
- the pyrotechnic primer 20 is located in the jacket 10. The entire surface of the metal layer 15 facing this primer is covered with the protective film 21.
- This protective film 21 consists of electrically insulating, but good heat-conductive material, preferably quartz or ceramic. Suitable materials are SiO2 (quartz) or Al2O3 (aluminum oxide ceramic).
- the protective film is very thin to achieve good heat transfer. It has a thickness between 0.2 and 1 ⁇ m.
- the ignition charge 20, which is in direct contact with the protective film 21, can contain metallic components.
- the ignition current flows through the jacket 10
- the FIGS. 3 and 4 two pole pieces 12a and 12b are provided, both of which pass through the insulating piece 13 and are in contact with the metal layer 15.
- the jacket 10 is not flowed through by electricity.
- the electrodes 16 and 17 are arranged next to one another on the end face of the carrier element 14 and are connected by the ignition bridge 19.
- the electrode 16 is in contact with the pole piece 12a, while the electrode 17 is in contact with the pole piece 12b.
- the protective film 21 extends over the two electrodes 16 and 17, the ignition bridge 19 and over the remaining end face of the carrier element 14.
- the ignition charge 20 contains different layers 20a and 20b in the second embodiment.
- the layer 20a can be composed, for example, as explained above for the igniter 20 of the first exemplary embodiment, while a mixture of boron and potassium nitrate, black powder or any other flame- or gas-forming mixture can be used for the layer 20b.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Brücken-Zündmittel, das zum Zünden oder Anzünden von Sprengstoffen, Treibstoffen u. dgl. geeignet ist.The invention relates to an electrical bridge ignition means, which for the ignition or ignition of explosives, fuels and. Like. Is suitable.
Prinzipiell unterscheidet man zwischen zwei Arten von Zündmitteln, nämlich
- 1. Spaltzündmittel, bei denen ein leitfähiger Zündstoff in einen Isolationsspalt eingepreßt ist, der von zwei Elektroden begrenzt wird, und
- 2. Brücken-Zündmittel, bei denen zwei Elektroden durch eine Brücke miteinander verbunden sind, die in Kontakt mit dem Zündstoff steht.
- 1. gap ignition means in which a conductive primer is pressed into an insulation gap which is delimited by two electrodes, and
- 2. Bridge ignition means, in which two electrodes are connected to each other by a bridge that is in contact with the igniter.
Beiden Arten von Zündmitteln ist gemeinsam, daß zwei Elektroden durch leitfähige Widerstandsmaterialien miteinander verbunden sind. Bei Spaltzündmitteln besteht das Widerstandsmaterial aus leitfähig gemachtem Zündstoff und bei Brücken-Zündmitteln besteht es aus einem schmalen Draht oder Metallfilm.Both types of ignition means have in common that two electrodes are connected to one another by conductive resistance materials. In the case of gap detonators, the resistance material consists of a conductive ignitor and in the case of bridge detonators it consists of a narrow wire or metal film.
Im Hinblick auf die modernen Einsatzprofile von elektrischen Zünd- oder Anzündmitteln werden Spaltzündmittel immer mehr verdrängt. Spaltzündmittel können in einer Umgebung mit elektromagnetischer Beanspruchung leicht unbeabsichtigt ausgelöst werden. Unter anderem wegen der größeren Sicherheit wird den Brücken-Zündmitteln der Vorzug gegeben.With regard to the modern application profiles of electrical ignition or ignition devices, split ignition devices are being displaced more and more. Fission igniters can easily be triggered unintentionally in an environment with electromagnetic stress. Among other things, because of the greater safety, preference is given to the bridge ignition means.
Ein Brücken-Zündmittel, das als Metallschicht-Zündmittel ausgebildet ist, ist bekannt aus DE-PS 20 20 016. Dieses Brücken-Zündmittel weist einen isolierenden Trägerkörper aus Glas oder Keramik auf, der auf der dem Zündsatz zugekehrten Seite mit Metallschichtelektroden versehen ist. Die Elektroden sind durch eine Zündbrücke aus Tantal oder Tantalnitrit miteinander verbunden. Eine der Elektroden steht elektrisch mit dem umgebenden Gehäuse in Verbindung, während die andere mit einem gegen das Gehäuse isolierten Polstück verbunden ist. Die Elektroden und die Zündbrücke stehen in direktem Kontakt mit dem Anzündsatz. Dieses Brücken-Zündmittel kann daher nur in Verbindung mit elektrisch nicht leitenden Anzündsätzen benutzt werden. Bei einem elektrisch leitenden Anzündsatz würde der Anzündsatz einen Nebenschluß zur Zündbrücke hervorrufen. Obwohl ein solcher Nebenschluß hochohmiger wäre als die Zündbrücke, würde er das Zünd- bzw. Anzündverhalten nachteilig beeinflussen, weil sich die elektrischen Bedingungen der Zündung nicht reproduzierbar einstellen lassen. Eine hinreichende Zuverlässigkeit für Zündung und Nichtzündung ist damit nicht zu realisieren.A bridge ignition means, which is designed as a metal layer ignition means, is known from DE-PS 20 20 016. This bridge ignition means has an insulating carrier body made of glass or ceramic, which is provided with metal layer electrodes on the side facing the ignition set. The electrodes are connected to each other by a tantalum or tantalum nitrite ignition bridge. One of the electrodes is electrically connected to the surrounding housing, while the other is connected to a pole piece insulated from the housing. The electrodes and the ignition bridge are in direct contact with the primer. This bridge ignition device can therefore only be used in conjunction with electrically non-conductive ignition kits. In the case of an electrically conductive primer, the primer would cause a shunt to the ignition bridge. Although such a shunt would have a higher impedance than the ignition bridge, it would adversely affect the ignition or ignition behavior because the electrical conditions of the ignition cannot be set reproducibly. Adequate reliability for ignition and non-ignition cannot be achieved with this.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brücken-Zündmittel zu schaffen, das hinsichtlich der Wahl des für den Anzündsatz verwendeten Zündstoffs keinen Beschränkungen unterliegt und mit hoher Genauigkeit und definiertem Zündverhalten reproduzierbar herstellbar ist.The invention has for its object to provide a bridge ignition means, which is not subject to any restrictions with regard to the choice of the primer used for the ignition charge and can be reproducibly produced with high accuracy and defined ignition behavior.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Brücken-Zündmittel ist die dem Anzündsatz zugewandte Fläche der Elektroden und der Zündbrücke mit einem thermisch gut leitenden, elektrisch isolierenden Schutzfilm bedeckt. Dieser Schutzfilm verhindert in erster Linie, daß der Zündstoff in Berührungskontakt mit beiden Elektroden und mit der Zündbrücke gelangt und daß ein elektrischer Nebenschluß zur Zündbrücke entstehen kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der gesamte Strom ausschließlich über die Zündbrücke fließt. Der Schutzfilm hat darüber hinaus die Eigenschaft, daß er thermisch gut leitend ist, so daß er die an der Zündbrücke entstehende Wärme schnell auf das Anzündmittel überträgt. Normalerweise haben Materialien, die gute elektrische Leiter sind, die Eigenschaft, daß sie auch gute Wärmeleiter sind. In bezug auf diese allgemeine Regel sind die Eigenschaften, die von dem Schutzfilm verlangt werden, nämlich gute Wärmeleitfähigkeit und schlechte elektrische Leitfähigkeit, einander entgegengesetzt. Es gibt jedoch Materialien, z.B. Quarze und Keramikmaterialien, die die gewünschten Eigenschaften vereinigen. Verlangt wird ferner eine große Widerstandsfähigkeit des Schutzfilms gegen die mechanischen Kräfte, die beim Aufpressen des Zündstoffes auftreten, sowie eine hohe chemische Resistenz gegen korrosionsfördernde umgebende Stoffe, wie leichte Säuren usw. Geeignete Materialien, die alle diese Anforderungen erfüllen, sind beispielsweise Aluminiumoxidkeramik oder Quarz. Diese Materialien können durch geeignete Verfahrenstechniken, wie Hochfrequenzzerstäuben, aufgebracht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Schutzfilm durch Oxidieren oder Passivieren der Oberflächen der Elektroden und der Zündbrücke zu bilden.In the bridge ignition device according to the invention, the surface of the electrodes facing the ignition charge and the ignition bridge is covered with a thermally highly conductive, electrically insulating protective film. This protective film primarily prevents the ignition material from coming into contact with both electrodes and the ignition bridge and an electrical shunt to the ignition bridge being able to occur. This ensures that the entire current flows exclusively through the ignition bridge. The protective film also has the property that it is a good thermal conductor, so that it quickly the heat generated at the ignition bridge transferred to the igniter. Typically, materials that are good electrical conductors have the property of also being good heat conductors. With respect to this general rule, the properties required of the protective film, namely good thermal conductivity and poor electrical conductivity, are opposite to each other. However, there are materials such as quartz and ceramic materials that combine the desired properties. What is also required is a high resistance of the protective film to the mechanical forces that occur when the primer is pressed on, as well as a high chemical resistance to corrosive substances such as light acids, etc. Suitable materials that meet all of these requirements are, for example, aluminum oxide ceramic or quartz. These materials can be applied by suitable processing techniques, such as high frequency sputtering. Another possibility is to form the protective film by oxidizing or passivating the surfaces of the electrodes and the ignition bridge.
Durch die Erfindung ist es möglich, für den Anzündsatz Zündmischungen zu verwenden, die metallische oder andere elektrisch leitende Komponenten enthalten, ohne daß dadurch das Anzündverhalten beeinträchtigt würde. Solche Anzündmischungen mit elektrisch leitenden Komponenten sind häufig erwünscht, um die Wirkungsstärke des Anzündmittels in der gewünschten Weise einzustellen.The invention makes it possible to use ignition mixtures for the ignition charge which contain metallic or other electrically conductive components without the ignition behavior being adversely affected thereby. Such ignition mixtures with electrically conductive components are often desired in order to adjust the effectiveness of the igniter in the desired manner.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen:
- Fig. 1.
- einen Längsschnitt durch ein Brücken-Zündmittel,
- Fig. 2
- einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1,
- Fig. 3
- einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Brücken-Zündmittels und
- Fig. 4
- einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3.
- Fig. 1.
- a longitudinal section through a bridge ignition means,
- Fig. 2
- 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1,
- Fig. 3
- a longitudinal section through another embodiment of the bridge ignition means and
- Fig. 4
- a section along the line IV-IV of Fig. 3rd
Das in den Fign. 1 und 2 dargestellte Brücken-Zündmittel weist einen rohrförmigen metallischen Mantel 10 auf, der an einem Ende durch eine eingesteckte Kappe 11 verschlossen ist. Durch eine Bohrung der Kappe 11 führt ein Polstück 12 hindurch, das gegen die Wand der Bohrung mit einer isolierenden Buchse 13 aus z.B. Al₂O₃ , porenfrei eingeschmolzenem Glas oder auch gesintertem Glas elektrisch isoliert ist. Die Kappe 11, das Polstück 12 und die Buchse 13 bilden den den Mantel 10 verschließenden Trägerkörper 14.The in Figs. 1 and 2 shown bridge ignition means has a tubular
Die im Innern des Mantels 10 liegende Stirnfläche des Trägerkörpers 14 ist mit einer dünnen Metallschicht 15 beschichtet, die eine äußere Elektrode 16 und eine innere Elektrode 17 bildet. Die Metallschicht 15 kann z.B. aus Tantal, Tantalnitrit, Chrom, Nickel od. dgl. sein. Die beiden Elektroden 16 und 17 sind durch einen Spalt 18 von im wesentlichen spiralförmiger Gestalt voneinander getrennt, welcher sich über etwas mehr als 360° erstreckt. In demjenigen Bereich, in dem sich die Enden des Spaltes überlappen, ist die Zündbrücke 19 gebildet.The end face of the
Die Metallschicht 15 hat Stärke im Bereich von einigen µm. Die äußere Elektrode 16 steht in leitendem Kontakt mit dem Mantel 10 und der Kappe 11. Die innere Elektrode 17 bedeckt die Stirnfläche des Polstücks 12 und steht in leitendem Kontakt mit diesem. Wird zwischen das Polstück 12 und den Mantel 10 eine elektrische Spannung gelegt, so fließt ein Strom über die Elektroden 16, 17 und über die Zündbrücke 19, die den engsten Stromdurchgangsquerschnitt in diesem Stromweg hat.The
In dem Mantel 10 befindet sich der pyrotechnische Anzündsatz 20. Die gesamte, diesem Anzündsatz zugewandte Fläche der Metallschicht 15 ist mit dem Schutzfilm 21 bedeckt. Dieser Schutzfilm 21 besteht aus elektrisch isolierendem, jedoch gut wärmeleitfähigem Material, vorzugsweise aus Quarz oder Keramik. Geeignete Materialien sind SiO₂ (Quarz) oder Al₂O₃ (Aluminiumoxidkeramik). Der Schutzfilm ist zur Erzielung eines guten Wärmeüberganges sehr dünn. Er hat eine Stärke zwischen 0,2 und 1 µm. Der Anzündsatz 20, der in direktem Berührungskontakt mit dem Schutzfilm 21 steht, kann metallische Komponenten enthalten. Er besteht beispielsweise aus Zinkperoxid mit Titan in einem Verhältnis von 50 zu 50 Gew.-% oder aus einer Mischung von Zinkperoxid und Zirkon in einem Verhältnis von 40 zu 60 Gew.-% oder einer Mischung aus Bleidioxid und Zirkon im Verhältnis von 30 zu 70 Gew.-% oder einer Mischung von Zinkperoxid mit einer Zirkoniumlegierung oder aus einer Mischung aus Bleioxid mit einer Zirkoniumlegierung.The
Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Zündstrom über den Mantel 10 fließt, sind bei dem Ausführungsbeispiel der Fign. 3 und 4 zwei Polstücke 12a und 12b vorgesehen, die beide durch das Isolierstück 13 hindurchgehen und in Kontakt mit der Metallschicht 15 stehen. Der Mantel 10 wird hierbei nicht von Strom durchflossen. Die Elektroden 16 und 17 sind auf der Stirnseite des Trägerelementes 14 nebeneinander angeordnet und durch die Zündbrücke 19 verbunden. Die Elektrode 16 steht mit dem Polstück 12a in Berührung, während die Elektrode 17 mit dem Polstück 12b in Berührung steht. Der Schutzfilm 21 erstreckt sich über die beiden Elektroden 16 und 17, die Zündbrücke 19 und über die restliche Stirnfläche des Trägerelementes 14.While in the first exemplary embodiment the ignition current flows through the
Zum Anzünden wird an die Polstücke 12a und 12b eine Spannung angelegt, so daß ein Strom über die Elektroden 16, 17 und die Zündbrücke 19 fließt. Durch diesen Strom erwärmt sich die Zündbrücke und zündet den Anzündsatz 20 an. Der Anzündsatz 20 enthält bei dem zweiten Ausführungsbeispiel unterschiedliche Schichten 20a und 20b. Die Schicht 20a kann beispielsweise zusammengesetzt sein, wie vorstehend für den Anzündsatz 20 des ersten Ausführungsbeispiels erläutert, während für die Schicht 20b beispielsweise eine Mischung aus Bor und Kaliumnitrat, Schwarzpulver oder irgendeine andere flammende- oder gasbildende Mischung verwendet werden kann.For ignition, a voltage is applied to the
Claims (7)
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