EP1148313B1 - Elektrothermische Anzündvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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EP1148313B1
EP1148313B1 EP01105851A EP01105851A EP1148313B1 EP 1148313 B1 EP1148313 B1 EP 1148313B1 EP 01105851 A EP01105851 A EP 01105851A EP 01105851 A EP01105851 A EP 01105851A EP 1148313 B1 EP1148313 B1 EP 1148313B1
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wire
charge
propellant charge
electrically conductive
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Thomas Dr. Weise
Hans Karl Dr. Haak
Uwe Dr. Krone
Dirk Cegiel
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Rheinmetall W&M GmbH
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Definitions

  • the invention relates to an electrothermal ignition device for igniting the powder propellant charge of a cartridge according to the preamble of claim 1.
  • the wire-shaped conductor When the ignition device is activated, the wire-shaped conductor first evaporates, and an arc plasma channel is formed inside the respective propellant charge powder tubes. Via the plasma channels, the energy is released via radiation transport mechanisms to the environment. This energy output leads to a rapid ignition of the propellant powder - tubes and to implement them. The resulting propellant gases of the propellant charge powder tubes and the released arc radiation cause a rapid and uniform lighting of the surrounding propellant charge buildup.
  • the invention is based on the object of an ignition device specify at the for the ignition of the powder propellant charge a reduced Need for electrically supplied energy is required, with the advantageous properties the electrothermal ignition can continue to be used.
  • the invention is based essentially on the idea not to introduce the electrically conductive wire in a propellant charge powder tube, but to coat with a pyrotechnic ignition charge.
  • An admixture based on potassium perchlorate-zirconium (KClO 4 -Zr) has proven to be advantageous.
  • this mixture is a polymeric binder from the series of fluoroalkanes added, which causes the primer from a solvent emulsion on out Wires can be applied and after evaporation of the solvent firmly on the wire liable.
  • the binder content also gives the ignition charge adhering to the wire elastic properties.
  • zirconium oxide (ZrO 2 ) is formed at temperatures around 4000 ° C which, as fine hot spots, promotes the ignition of the propellant charge powder and reduces the need for electrical energy.
  • Fig. 1 denotes a cartridge (e.g., for firing from an armored weapon), which is connected to the ignition via a switch 2 with a power source 3.
  • the corresponding Weapon in which the cartridge 1 is, is not for reasons of clarity shown.
  • the cartridge 1 comprises a filled with a propellant charge 4 sleeve 5 and a propellant charge sleeve 5 bottom end sleeve bottom 6.
  • the combustible sleeve 5 is in Area of its sleeve bottom end 7 form fit between an insulating molding. 8 and the sleeve bottom 6 fixed.
  • the switch 2 is closed and with a number Power source 3 charged by charged capacitors (at a voltage of up to 40) kV) discharged suddenly.
  • the occurring discharge current leads to an explosive Evaporation of the wire 11 and to initiate an arc plasma on the entire Length of the wire. Due to the interaction of the arc plasma with the Ignition rate 12, its initiation over the entire length of the coating 12 is effected and the resulting pyrotechnic particles are in the propellant charge 4th hurled.
  • FIG. 3 shows the structure of an arc-introducing wire 15 with inhomogeneous diameter, which is covered with a primer 16.
  • a primer 16 When initiating a corresponding high current in the wire 15, this is initially in the areas 17 with low Diameter explosively evaporated. In these areas therefore begins first the formation of arc plasmas and their interaction with the initial charge 16. Time offset then occurs the formation of arc plasmas in the areas 18th of the wire 15, which have a larger diameter.
  • the desired time delay of the generation of the plasmas be set in the propellant charge.
  • About the distances of the wire inhomogeneities can a corresponding spatial distribution of the plasmas are generated.
  • FIG. 4 shows an electrical wire 19 with conically formed in the direction of the longitudinal axis Diameter course, which is coated with a primer 20.
  • the explosive evaporation takes place first at the point 21, at which the wire 19 has its smallest diameter and then moves in the direction of increasing the diameter.
  • Ignition operations can be generated in the longitudinal direction of the wire 19 in time run in a controlled manner.
  • the process speeds are determined by the wire geometry and / or adjusted by the shape of the current pulse.
  • the ignition set by appropriate additives be electrically conductive.

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektrothermische Anzündvorrichtung zur Anzündung der Pulver-Treibladung einer Patrone nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus dem Patent US 5 287 791 A bekannt.
Bei bekannten Patronen mit elektrothermischer Zündvorrichtung wird zur Zündung des Treibladungspulvers im bodenseitigen Bereich der entsprechenden Patrone ein drahtförmiger Leiter von einem derart hohen Strom durchflossen, daß er explosionsartig verdampft und eine Lichtbogenentladung einleitet. Über diese Lichtbogenentladung wird dann das entsprechende Treibladungspulver angezündet.
Als nachteilig hat es sich erwiesen, daß bei einer rein elektrothermischen Anzündvorrichtung die gesamte, zur reproduzierbaren Anzündung notwendige Energie elektrisch bereitgestellt werden muß. Hierdurch ergibt sich ein hoher Bedarf an elektrischer Energie.
In der unveröffentlichten Patentanmeldung DE 199 21 379.8 (welche als innere Priorität für die Offenlegungsschrift mit der Nummer DE 19 936 650 A diente) ist ferner beschrieben die drahtförmigen Leiter nicht unmittelbar durch die Treibladung hindurchzuführen, sondern innerhalb von aus Treibladungspulver bestehenden Röhren anzuordnen. Diese Treibladungspulver-Röhren bilden dann innerhalb der Treibladung Anzündkanäle.
Bei Aktivierung der Anzündvorrichtung verdampft zunächst der drahtförmige Leiter und im Inneren der jeweiligen Treibladungspulver-Röhren entsteht ein Lichtbogenplasmakanal. Über die Plasmakanäle wird die Energie über Strahlungstransportmechanismen an die Umgebung abgegeben. Diese Energieabgabe führt zu einer raschen Anzündung der Treibladungspulver-Röhren und zu deren Umsetzung. Die dabei entstehenden Treibladungsgase der Treibladungspulver-Röhren sowie die freigegebene Lichtbogenstrahlung verursachen ein schnelles und gleichmäßiges Anzünden des umgebenen Treibladungsaufbaus.
In der unveröffentlichten DE 199 21 379.8 (vgl. Offenlegungsschrift DE 19 936 650 A) ist ebenfalls beschrieben die elektrisch leitenden Drähte durch eine Metallisierung zu ersetzen, die innenseitig auf die Treibladungspulver-Röhren aufgebracht wird.
Ausgehend von der DE 199 21 379.8 (vgl. Offenlegungsschrift DE 19 936 650 A) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anzündvorrichtung anzugeben, bei der zur Anzündung der Pulver-Treibladung ein reduzierter Bedarf an elektrisch zuzuführender Energie erforderlich ist, wobei die vorteilhaften Eigenschaften der elektrothermischen Anzündung weiterhin genutzt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, den elektrisch leitenden Draht nicht in eine Treibladungspulver-Röhre einzubringen, sondern mit einem pyrotechnischen Anzündsatz zu beschichten. Als vorteilhaft hat sich als Anzündsatz ein Gemisch auf der Basis Kaliumperchlorat-Zirkonium (KClO4-Zr) erwiesen.
Vorzugsweise wird diesem Gemisch ein polymerer Binder aus der Reihe der Fluoralkane beigegeben, welcher bewirkt, daß der Anzündsatz aus einer Lösemittelemulsion heraus auf Drähte aufgetragen werden kann und nach Verdampfen des Lösemittels fest am Draht haftet. Der Binderanteil verleiht dem am Draht haftenden Zündsatz darüberhinaus auch elastische Eigenschaften.
Nach Initiierung des Anzündsatzes durch einen durch den Draht fließenden Strom setzt sich das Gemisch um und es wird bei Temperaturen um 4000°C Zirkoniumoxid (ZrO2) gebildet, welches als feine hot spots die Anzündung des Treibladungspulvers unterstützt und den Bedarf an elektrischer Energie reduziert.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
  • Fig.1 den Längsschnitt durch eine Patrone mit einer erfindungsgemäßen Anzündvorrichtung, welche einen elektrisch leitenden, einen homogenen Durchmesser aufweisenden Draht umfaßt, der mit einem Anzündsatz beschichtet ist;
  • Fig.2 die vergrößerte Darstellung eines Querschnittes durch den beschichteten Draht entlang der in Fig. 1 mit II-II bezeichneten Schnittlinie;
  • Fig.3-5 drei Längsschnitte durch elektrisch leitende Drähte, die jeweils mit einem Anzündsatz beschichtet sind und unterschiedlich ausgebildete Durchmesser aufweisen.
    • In Fig. 1 ist mit 1 eine Patrone (z.B. zum Verschießen aus einer Panzerwaffe) bezeichnet, die zur Zündung über einen Schalter 2 mit einer Stromquelle 3 verbunden ist. Die entsprechende Waffe, in der sich die Patrone 1 befindet, ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
    Die Patrone 1 umfaßt eine mit einer Treibladung 4 gefüllte Hülse 5 und einen die Treibladungshülse 5 bodenseitig abschließenden Hülsenboden 6. Die verbrennbare Hülse 5 ist im Bereich ihres hülsenbodenseitigen Endes 7 formschlüssig zwischen einem Isolierformteil 8 und dem Hülsenboden 6 fixiert.
    In dem Hülsenboden 6 ist mittig eine gegenüber diesem elektrisch isolierte Hochspannungselektrode 9 angeordnet, die durch das Isolierformteil 8 hindurchgeführt und mit einer Metallscheibe 10 verbunden ist.
    An der Metallscheibe 10 ist ein elektrisch leitender Draht 11 mit über seine Länge homogenem Durchmesser befestigt, der mit einem Anzündsatz 12 beschichtet ist (Fig.2). Im Bereich des Hülsendeckels 13 der Treibladungshülse 5 ist der Draht 11 mit einem ringförmigen Kontaktteil 14 verbunden, welches seinerseits die auf Erdpotential liegende Innenwand der nicht dargestellten Waffe kontaktiert.
    Zum Verschießen der Patrone 1 wird der Schalter 2 geschlossen und die mit einer Reihe von aufgeladenen Kondensatoren bestückte Stromquelle 3 (bei einer Spannung bis zu 40 kV) schlagartig entladen. Der dabei auftretende Entladestrom führt zu einem explosionsartigen Verdampfen des Drahtes 11 und zur Einleitung eines Lichtbogenplasmas auf der gesamten Länge des Drahtes. Durch die Wechselwirkung des Lichtbogenplasmas mit dem Anzündsatz 12 wird dessen Initiierung auf der gesamten Länge der Beschichtung 12 bewirkt und die dabei entstehenden pyrotechnischen Partikel werden in die Treibladung 4 hineingeschleudert.
    Fig.3 zeigt den Aufbau eines lichtbogeneinleitenden Drahtes 15 mit inhomogenem Durchmesser, welcher mit einem Anzündsatz 16 ummantelt ist. Bei Einleitung eines entsprechend hohen Stromes in den Draht 15 wird dieser zunächst in den Bereichen 17 mit geringem Durchmesser explosionsartig verdampft. In diesen Bereichen beginnt daher zunächst die Ausbildung von Lichtbogenplasmen und deren Wechselwirkung mit dem Anzündsatz 16. Zeitlich versetzt erfolgt dann die Bildung von Lichtbogenplasmen in den Bereichen 18 des Drahtes 15, die einen größeren Durchmesser aufweisen. Über die Drahtdicke und/oder über die Stromverläufe kann die gewünschte Zeitverzögerung der Erzeugung der Plasmen in der Treibladung eingestellt werden. Über die Abstände der Drahtinhomogenitäten kann eine entsprechende räumliche Verteilung der Plasmen erzeugt werden.
    Fig.4 zeigt einen elektrischen Draht 19 mit in Richtung der Längsachse konisch ausgebildetem Durchmesserverlauf, welcher mit einem Anzündsatz 20 beschichtet ist. Bei Einleitung eines entsprechend hohen Stromes erfolgt die explosionsartige Verdampfung zunächst an der Stelle 21, an welcher der Draht 19 seinen geringsten Durchmesser aufweist und wandert dann in Richtung der Durchmesservergrößerung. Mit einem derartigen Aufbau können Anzündvorgänge erzeugt werden, die in Längsrichtung des Drahtes 19 zeitlich gesteuert ablaufen. Die Ablaufgeschwindigkeiten werden dabei durch die Drahtgeometrie und/oder durch die Form des Strompulses eingestellt.
    Die gleichen Überlegungen gelten auch für das in Fig.5 dargestellte Ausführungsbeispiel, bei dem ein elektrischer Draht 22 eine stufenförmige Vergrößerung des Durchmessers aufweist.
    Beispielsweise kann auch der Zündsatz durch entsprechende Zusätze elektrisch leitend ausgebildet sein.
    Bezugszeichenliste
    1
    Patrone
    2
    Schalter
    3
    Stromquelle
    4
    Treibladung, Pulver-Treibladung
    5
    Hülse, Treibladungshülse
    6
    Hülsenboden
    7
    Ende
    8
    Isolierformteil
    9
    Hochspannungselektrode
    10
    Metallscheibe
    11
    Draht
    12
    Anzündsatz, Beschichtung
    13
    Hülsendeckel
    14
    Kontaktteil
    15
    Draht
    16
    Anzündsatz
    17
    Bereich
    18
    Bereich
    19
    Draht
    20
    Anzündsatz
    21
    Stelle
    22
    Draht

    Claims (5)

    1. Elektrothermische Anzündvorrichtung zur Anzündung der Pulver-Treibladung (4) einer Patrone (1) mit mindestens einem sich mindestens teilweise durch die Treibladung (4) in Richtung der Längsachse der jeweiligen Patrone (1) erstreckenden elektrisch leitenden Draht (11; 15; 19; 22), welcher mit einer Stromquelle (3) verbindbar ist, wobei zur Anzündung der Treibladung (4) der elektrische Draht (11; 15; 19; 22) von einem derart hohen Strom durchflossen wird, daß er explosionsartig verdampft und eine Lichtbogenentladung einleitet, die dann die Treibladung (4) anzündet, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Draht (11; 15; 19; 22) mindestens in einem Teilbereich mit einem pyrotechnischen Anzündsatz (12; 16; 20) beschichtet ist.
    2. Anzündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (11; 15; 19; 22) entsprechend dem gewünschten Anzündverhalten der Anzündvorrichtung innerhalb des Anzündsatzes (12;16; 20) einen homogenen, inhomogenen, konisch sich erweiternden oder in Stufen sich vergrößernden Durchmesser aufweist.
    3. Anzündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzündsatz (12; 16; 20) durch entsprechende Zusätze elektrisch leitend ist.
    4. Anzündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem pyrotechnischen Anzündsatz (12; 16; 20) um ein Gemisch auf der Basis Kaliumperchlorat-Zirkonium (KClO4-Zr) handelt.
    5. Anzündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaliumperchlorat-Zirkonium-Gemisch einen polymeren Binder aus der Reihe der Fluoralkane enthält.
    EP01105851A 2000-04-22 2001-03-09 Elektrothermische Anzündvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired - Lifetime EP1148313B1 (de)

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    DE10020019A DE10020019A1 (de) 2000-04-22 2000-04-22 Elektrothermische Anzündvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
    DE10020019 2000-04-22

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP1148313A2 EP1148313A2 (de) 2001-10-24
    EP1148313A3 EP1148313A3 (de) 2004-02-04
    EP1148313B1 true EP1148313B1 (de) 2005-08-10

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