EP1286127B1

EP1286127B1 - Cartridge

Info

Publication number: EP1286127B1
Application number: EP02012973A
Authority: EP
Inventors: Hans-Karl Dr. Haak; Alexei Dr. Voronov
Original assignee: Rheinmetall W&M GmbH
Current assignee: Rheinmetall W&M GmbH
Priority date: 2001-08-18
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: DE50200509D1; DE10140599A1; EP1286127A1; US20030033953A1; US6745697B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Patrone mit einer eine Ladung enthaltenden Treibladungshülse und einer elektrothermischen Anzündvorrichtung DE 199 36 650 beschreibt eine solche Patrone.The invention relates to a cartridge with a propellant charge sleeve containing a charge and an electrothermal igniter DE 199 36 650 describes one such cartridge.

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 einen energiereichen Lichtbogen erzeugt. Der Lichtbogen zündet dann das entsprechende Treibladungspulver an.In known cartridges with an electrothermal ignition device is used to ignite the Propellant powder in the bottom area of the corresponding cartridge is a wire Such a high current flows through the conductor that it evaporates explosively and creates an energetic arc. The arc then ignites the corresponding one Propellant powder.

Als nachteilig hat es sich erwiesen, daß bei diesen bekannten Patronen durch die Erzeugung des bodenseitigen Lichtbogens zunächst nur ein relativ geringer Prozentsatz an Treibladungspulver gezündet wird und sich insbesondere bei schwer anzündbaren Treibladungspulvem (LOVA) häufig kein reproduzierbares Abbrennverhalten der Treibladung ergibt.It has been found to be disadvantageous that the production of these known cartridges only a relatively small percentage of the arc on the bottom Propellant powder is ignited and especially in propellant powders that are difficult to ignite (LOVA) often no reproducible burning behavior of the propellant charge results.

Es ist eine Patrone bekannt, bei der die Anzündvorrichtung aus mehreren sich in Längsrichtung der Patrone erstreckenden, axial-symmetrisch angeordneten Zündkanälen besteht, wobei jeder Zündkanal ein Pulverrohr umfaßt, welches auf seiner inneren Oberfläche mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist. Wird die jeweilige leitende Schicht zum Zünden der Ladung mit einer Energieversorgungsanlage verbunden, so soll sie schlagartig verdampfen, und im Inneren des entsprechenden Pulverrohres wird ein Lichtbogenplasmakanal erzeugt, über den der weitere Stromfluß erfolgt. Dabei wird Energie mit hoher Leistung über Strahlungstransportmechanismen an die Umgebung abgegeben, wodurch es zu einer raschen Anzündung der Treibladungsröhren und zu deren Fragmentierung kommt. Die brennenden Fragmente der Treibladungsröhren sowie die freigegebene Lichtbogenstrahlung verursachen dann ein schnelles und gleichmäßiges Anzünden des Treibladungspulvers.A cartridge is known in which the igniter consists of several in the longitudinal direction the cartridge extends axially symmetrically arranged ignition channels, wherein each ignition channel comprises a powder tube, which on its inner surface with an electrically conductive layer is provided. If the respective conductive layer becomes Ignition of the charge connected to an energy supply system, so it should suddenly evaporate, and inside the corresponding powder tube is an arc plasma channel generated, through which the further flow of electricity takes place. This is energy with high performance emitted to the environment via radiation transport mechanisms, causing it to rapid ignition of the propellant tubes and their fragmentation occurs. The burning fragments of the propellant tubes as well as the released arc radiation then cause the propellant powder to ignite quickly and evenly.

Bei praktischen Versuchen hat sich indessen gezeigt, daß bei dieser bekannten Patrone, trotz elektrisch parallel geschalteter axial-symmetrischer Zündkanäle, häufig nicht mehrere parallele Lichtbögen erzeugt werden können. Vielmehr erfolgt nach der Drahtexplosion zunächst lediglich nur die Zündung eines Lichtbogens, der dann durch seine fallende Strom-Spannungscharakteristik die Zündung der weiteren parallelen Lichtbögen verhindert. Als Folge entstehen asymmetrische radiale Druckwellen, welche z.B. das Leitwerk des Geschosses und die Waffe beschädigen oder zerstören können. Zwar wäre denkbar, die Zündkanäle und damit auch die Lichtbögen elektrisch voneinander zu entkoppeln und jedem Zündkanal eine eigene Energieversorgungsanlage zuzuordnen, doch würde dieses zu einer extrem kosten- und platzaufwendigen Waffenanlage führen.However, practical tests have shown that in this known cartridge, despite electrically parallel, axially symmetrical ignition channels, often not several parallel arcs can be generated. Rather, it happens after the wire explosion initially only the ignition of an arc, which is then covered by its falling Current-voltage characteristic prevents the ignition of the further parallel arcs. As a result, asymmetrical radial pressure waves arise, which e.g. the tail unit of the projectile and the weapon can damage or destroy. It would be conceivable that Decoupling the ignition channels and thus also the arcs from each other and everyone To assign the ignition channel to its own energy supply system, but this would be too an extremely costly and space-consuming weapon system.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Patrone der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei welcher ein gleichmäßiges und symmetrisches Anzünden im Ladungsraum der entsprechenden Waffe möglich ist, ohne daß hierzu zusätzliche Energieversorgungsanlagen erforderlich sind.The present invention has for its object a cartridge of the aforementioned Specify the type in which a uniform and symmetrical lighting in the Cargo space of the corresponding weapon is possible without the need for additional energy supply systems required are.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.This object is solved by the features of claim 1. More beneficial Embodiments of the invention disclose the subclaims.

Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, eine Entkopplung der Lichtbögen dadurch vorzunehmen, daß statt einer einheitlichen, elektrisch leitenden Schicht in jedem Pulverrohr eine aus hintereinander geschalteten Rauten, Rechtecken, Kreisen oder Ovalen bestehende, flächig angeordnete leitende Struktur in oder außen auf jedem Pulverrohr angeordnet wird, die elektrisch die Funktion von Entkopplungswiderständen besitzt. Beim Stromfluß durch eine derartige Struktur werden aufgrund der ohmschen Überhitzung zuerst die in Stromrichtung eingerichteten Verbindungsbrücken zwischen den einzelnen Rauten etc. explodieren. An diesen Stellen bilden sich dann Lichtbögen, die durch die leitenden Strukturen mit den resistiven Widerständen voneinander entkoppelt sind. Bei weiterem Fließen des Stromes erodiert immer ein weiterer Teil der Entkopplungselemente, so daß die Lichtbögen immer länger werden.The invention is essentially based on the idea of decoupling the arcs in that instead of a uniform, electrically conductive layer in each powder tube is made up of lozenges, rectangles, circles or Oval existing, flatly arranged conductive structure in or outside on each powder tube is arranged, which has the function of decoupling resistors electrically. When current flows through such a structure, ohmic overheating causes first the connecting bridges set up in the current direction between the individual ones Rhombuses etc. explode. At these points, arcs are formed, which are caused by the conductive Structures with the resistive resistors are decoupled from one another. With further Flow of the current always erodes another part of the decoupling elements, see above that the arcs are getting longer and longer.

Die genaue Geometrie der Rauten etc, wie Breite, Länge, Dicke und Materialauswahl, richtet sich nach den gewünschten Widerstandswerten der Entkopplungswiderstände.The exact geometry of the diamonds etc., such as width, length, thickness and choice of material, depends on the desired resistance values of the decoupling resistors.

Die elektrisch leitende Schicht kann direkt auf die innere oder äußere Oberfläche des jeweiligen Pulverrohres aufgebracht werden. Es kann aber auch eine Folienauflage an der inneren oder äußeren Oberfläche des Pulverrohres vorgesehen sein, auf der dann die elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird. Dabei kann die Folie aus einem handelsüblichen Kunststoff, vorzugsweise aus Polyester oder Polyethylen, bestehen. Die aufgedampfte Struktur besteht vorzugsweise aus Aluminium oder aus Kupfer. The electrically conductive layer can be applied directly to the inner or outer surface of each Powder tube are applied. But it can also be a film pad on the inner or outer surface of the powder tube may be provided, on which the electrical conductive layer is applied. The film can be made from a commercially available Plastic, preferably made of polyester or polyethylene. The evaporated Structure is preferably made of aluminum or copper.

Um eine sichere und gleichmäßige Zündung in jedem der Zündkanäle sicherzustellen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine elektrisch leitende Schicht auf die innere oder äußere Oberfläche des jeweiligen Pulverrohres aufzudampfen, die mehrere parallele, vorzugsweise drei, Reihenschaltungen miteinander verbundener Entkopplungswiderstände umfaßt.To ensure a safe and even ignition in each of the ignition channels it turned out to be useful to have an electrically conductive layer on the inner or outer Evaporate surface of the respective powder tube, the several parallel, preferably three, series connections interconnected decoupling resistors.

Die Länge der Zündkanäle kann 50 bis 400 mm, vorzugsweise 200 bis 300 mm, betragen.The length of the ignition channels can be 50 to 400 mm, preferably 200 to 300 mm.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der die elektrisch leitende Schicht an der inneren Oberfläche des Pulverrohres angeordnet ist, schließt sich innenseitig an die leitende Schicht ein weiteres Pulverrohr oder eine Pulverstange direkt an. Dadurch kann die Ladedichte in der Patrone noch weiter erhöht werden.In another embodiment of the invention, in which the electrically conductive layer is arranged on the inner surface of the powder tube, adjoins the inside conductive layer directly on another powder tube or powder rod. This can the loading density in the cartridge can be increased even further.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig.1 den Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Patrone mit sechs Anzündkanälen, welche mit einer Energieversorgungsanlage verbunden sind;

Fig.2 einen vergrößerten Querschnitt durch die in Fig. dargestellte Patrone entlang der dort mit II-II bezeichneten Linie;

Fig.3-5 schematische Darstellungen einer in die Ebene geklappten elektrisch leitenden Struktur, die aus drei Reihen rautenförmiger Bereiche besteht, wie sie in einem Zündkanal der erfindungsgemäßen Patrone anordbar ist, vor dem Zündvorgang (Fig.3) und zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten nach Beginn des Zündvorganges;

Fig.6 den Querschnitt durch einen Anzündkanal mit einer zwischen einem Pulverrohr und einer Pulverstange angeordneten elektrisch leitenden Schicht und

Fig.7-9 Längsschnitte jeweils einer auf einem Substrat angeordneten leitenden Struktur mit unterschiedlich geformten, miteinander verbundenen Bereichen, wobei jeder Bereich unterschiedliche Metalldicken aufweist.

Further details and advantages of the invention result from the following exemplary embodiment explained with reference to figures. Show it:

1 shows the longitudinal section through an exemplary embodiment of a schematically illustrated cartridge according to the invention with six ignition channels, which are connected to an energy supply system;

2 shows an enlarged cross section through the cartridge shown in FIG. 1 along the line labeled II-II there;

Fig. 3-5 schematic representations of an electrically conductive structure folded into the plane, which consists of three rows of diamond-shaped areas, as can be arranged in an ignition channel of the cartridge according to the invention, before the ignition process (Fig. 3) and at two different times after the start the ignition process;

6 shows the cross section through an ignition channel with an electrically conductive layer and arranged between a powder tube and a powder rod

Fig. 7-9 longitudinal sections each of a conductive structure arranged on a substrate with differently shaped, interconnected areas, each area having different metal thicknesses.

In Fig.1 ist mit 1 eine großkalibrige Patrone (z.B. zum Verschießen aus einer Panzerwaffe) bezeichnet, die zur Zündung mit einer Energieversorgungsanlage 2 verbunden ist. Die entsprechende Waffe, in der sich die Patrone 1 befindet, wurde aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.In Fig. 1, 1 is a large-caliber cartridge (e.g. for firing from an armored weapon) referred to, which is connected to an energy supply system 2 for ignition. The corresponding Gun in which the cartridge 1 is located has been used for reasons of clarity not shown.

Die Patrone 1 umfaßt eine mit einer Treibladung 3 gefüllte Hülse 4 aus einem verbrennbaren Material und einem die Treibladungshülse 4 bodenseitig abschließenden, aus Metall bestehenden Hülsenboden 5.The cartridge 1 comprises a sleeve 4 filled with a propellant charge 3 from a combustible Material and a bottom of the propellant charge sleeve 4, made of metal existing sleeve base 5.

In dem Hülsenboden 5 ist mittig eine gegenüber diesem elektrisch isolierte Hochspannungselektrode 6 angeordnet, die mit einer als Stromverteiler wirkenden Metallscheibe 7 verbunden ist.In the middle of the sleeve base 5 is a high-voltage electrode which is electrically insulated from it 6 arranged with a metal disk 7 acting as a current distributor connected is.

An dem Stromverteiler 7 sind sechs sich jeweils in Richtung der Längsachse 8 der Patrone 1 erstreckende Zündkanäle 9 (Fig.2) angeordnet. Jeder der Zündkanäle 9 umfaßt ein Pulverrohr 10, welches auf seiner inneren Oberfläche mit einer aus Kupfer bestehenden elektrisch leitenden Schicht 11 versehen ist. Die Schicht 11 ist auf ihrer der Metallscheibe 7 zugewandten Seite mit dieser elektrisch leitend verbunden und besteht aus drei parallelen Reihenschaltungen 12-14 rautenförmiger Bereiche 15 (Fig.3). Im Bereich des Hülsendekkels 16 der Treibladungshülse 4 sind die elektrisch leitenden Schichten 11 mit einem in Fig.1 nur schematisch angedeuteten ringförmigen Kontaktteil 17 verbunden, welches seinerseits die auf Erdpotential liegende Innenwand der nicht dargestellten Waffe kontaktiert.On the power distributor 7 there are six each in the direction of the longitudinal axis 8 of the cartridge 1 extending ignition channels 9 (Fig.2) arranged. Each of the ignition channels 9 comprises a powder tube 10, which on its inner surface with an electrical made of copper conductive layer 11 is provided. The layer 11 is on the metal disc 7 facing side with this electrically connected and consists of three parallel Series connections 12-14 diamond-shaped areas 15 (Fig.3). In the area of the sleeve cover 16 of the propellant charge sleeve 4 are the electrically conductive layers 11 with an in 1 only schematically indicated annular contact part 17, which in turn contacts the inner wall of the weapon, not shown, which is at ground potential.

Zum Verschießen der Patrone 1 wird ein Schalter 18 der Energieversorgungsanlage 2 geschlossen (Fig.1) und eine Reihe von aufgeladenen Kondensatoren 19 der Energieversorgungsanlage 2 z.B. bei einer Spannung bis zu 40 kV schlagartig entladen. Der dabei auftretende Entladestrom führt zur elektrischen Explosion der Verbindungsbrücken 20 (Fig.3) zwischen den einzelnen Rauten 15. An diesen Stellen bilden sich Lichtbögen 21 aus (Fig.4), die durch die Entkopplungswiderstände 15, welche durch die rautenförmigen Bereiche gebildet werden, voneinander entkoppelt sind. Bei weiterem Fließen des Stromes erodieren immer weitere Teile der rautenförmigen Bereiche 15, so daß die Lichtbögen 21 immer länger werden (Fig.5).To fire the cartridge 1, a switch 18 of the energy supply system 2 is closed (Fig.1) and a series of charged capacitors 19 of the power supply system 2 e.g. discharge suddenly at a voltage of up to 40 kV. The one that occurs Discharge current leads to an electrical explosion of the connecting bridges 20 (FIG. 3) between the individual diamonds 15. Arcs 21 form at these points (Fig.4) by the decoupling resistors 15, which through the diamond-shaped areas are formed, are decoupled from each other. If the current continues to flow erode more and more parts of the diamond-shaped areas 15 so that the arcs 21st become longer and longer (Fig. 5).

Die Pulverrohre 10 werden durch die Lichtbögen 21 angezündet und schlagartig auseinandergerissen. Die auseinanderfliegenden brennenden Fragmente der Pulverrohre 10 sowie die freigegebene Lichtbogenstrahlung bewirken dann eine schnelle und gleichmäßige Anzündung der in der Treibladungshülse 4 befindlichen Treibladung 3, welche sich zusammen mit der verbrennbaren Treibladungshülse 4 daraufhin umsetzt.The powder tubes 10 are ignited by the arcs 21 and suddenly torn apart. The flying fragments of the powder tubes 10 and The released arc radiation then causes a quick and even ignition the propellant charge 3 located in the propellant charge sleeve 4, which together then implemented with the combustible propellant charge sleeve 4.

In Fig.6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der mit 22 bezeichnete Zündkanal zusätzlich zu dem ersten Pulverrohr 10 mit innenseitig angeordneter elektrisch leitender Schicht 11 (z.B. mit rautenförmiger Struktur) eine innenseitig an der Schicht 11 direkt anschließende Pulverstange 23 umfaßt.FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the 22nd designated ignition channel in addition to the first powder tube 10 with arranged on the inside electrically conductive layer 11 (e.g. with a diamond-shaped structure) on the inside Layer 11 comprises directly adjacent powder rod 23.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise in dem in Fig.6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Pulverstange durch ein weiteres Pulverrohr ersetzt werden. Es müssen auch nicht unbedingt sechs Anzündkanäle zum Einsatz kommen. Bei kleinen Kalibern sind z.B. auch drei symmetrisch im Ladungsraum angeordnete Zündkanäle ausreichend.The invention is of course not based on the exemplary embodiments described above limited. For example, in the embodiment shown in FIG the powder rod can be replaced by another powder tube. It also has to six ignition channels are not necessarily used. With small calibers e.g. three ignition channels arranged symmetrically in the cargo space are sufficient.

Ferner müssen die elektrisch leitenden Bereiche, welche die Entkopplungswiderstände definieren, nicht zwangsläufig rautenförmig ausgebildet sein. Denkbar sind auch andere Formen eines Vieleckes oder einer runden Geometrie (Kreis, Oval etc.), sofern zwischen diesen Bereichen leitende Brücken bestehen, welche bei einem entsprechenden Stromfluß explosionsartig aufbrechen.Furthermore, the electrically conductive areas, which the decoupling resistors define, not necessarily be diamond-shaped. Others are also conceivable Shapes of a polygon or a round geometry (circle, oval etc.), if between these areas are conductive bridges, which with a corresponding current flow break up explosively.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Entkopplungswiderstände derart geformt, daß sich unterschiedliche Schichtdicken in den unterschiedlichen Bereichen der jeweiligen Raute, des Rechtecks, des Kreises oder des Ovales ergeben. Die unterschiedlichen Metalldicken definieren ebenfalls die Eigenschaften der Entkopplungswiderstände und lassen sich zusätzlich nutzen, um bestimmte Widerstandswerte der Netzstruktur einzustellen. Entsprechende Ausführungsbeispiele lassen sich den Fig.7-9 entnehmen. Dabei sind mit 24 ein Substrat (Kunststoffträgerfolie), mit 11 die elektrisch leitende Schicht, mit 15 der den jeweiligen Widerstand definierende (z.B. rautenförmige) Bereich und mit 20 die jeweilige Verbindungsbrücke bezeichnet. In a further embodiment of the invention, the decoupling resistors are of this type shaped that there are different layer thicknesses in the different areas of the respective rhombus, rectangle, circle or oval. The different Metal thicknesses also define the properties of the decoupling resistors and can also be used to determine certain resistance values of the network structure adjust. Corresponding exemplary embodiments can be found in FIGS. 7-9. there 24 are a substrate (plastic carrier film), 11 the electrically conductive layer, with 15 the area defining the respective resistance (e.g. diamond-shaped) and with 20 denotes the respective connecting bridge.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Patronecartridge
22: EnergieversorgungsanlagePower supply system
33: Treibladung, LadungPropellant charge, charge
44: Hülse, TreibladungshülseSleeve, propellant charge sleeve
55: Hülsenbodensleeve base
66: HochspannungselektrodeHigh-voltage electrode
77: Stromverteiler, MetallscheibePower distributor, metal disc
88th: Längsachselongitudinal axis
99: Zündkanalignition channel
1010: (erstes) Pulverrohr(first) powder tube
1111: elektrisch leitende Schicht, Strukturelectrically conductive layer, structure
12-1412-14: Reihenschaltungenseries circuits
1515: rautenförmiger Bereich, Raute, Widerstand, Entkopplungswiderstanddiamond-shaped area, rhombus, resistance, decoupling resistor
1616: Hülsendeckelcasing cover
1717: Kontaktteilcontact part
1818: Schalterswitch
1919: Kondensatorcapacitor
2020: Verbindungsbrückeconnecting bridge
2121: LichtbogenElectric arc

2222: Zündkanalignition channel
2323: Pulverstangepowder rod
2424: KunststoffträgerfoliePlastic carrier sheet

Claims

Cartridge with a propellant charge shell (4) containing a charge (3) and with an electrothermal ignition apparatus comprising the features:

a) in the charge (3) a plurality of axially symmetrically disposed ignition channels (9) are provided, which extend in the direction of the longitudinal axis (8) of the cartridge (1) and are connectable to a power supply system (2);

b) each ignition channel (9) comprises at least one first powder tube (10), which at its inner or outer surface is provided with an electrically conductive layer (11) extending in the direction of the longitudinal axis (8) of the cartridge (1);

characterized in that the electrically conductive layer (11) comprises a structure (11), which forms at least one series connection (12-14) of electrically mutually connected decoupling resistors (15), so that after activation of the power supply system (2) by means of the current flowing through the structure (11) a plurality of electric arcs (21) are formed on account of the local overheating between adjacent decoupling resistors (15).
Cartridge according to claim 1, characterized in that the decoupling resistors (15) are formed by lozenge-shaped, circular or oval regions of the electrically conductive layer (11).
Cartridge according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically conductive layer (11) is made of aluminium or copper.
Cartridge according to one of claims 1 to 3, characterized in that disposed on the inner or outer surface of the first powder tube (10) is a plastic film, on which the electrically conductive layer (11) is vapour-deposited.
Cartridge according to one of claims 1 to 4, characterized in that each ignition channel (9) comprises at least three series connections (12-14) of mutually connected decoupling resistors (15).
Cartridge according to one of claims 1 to 5, characterized in that disposed in the charge (3) are at least three axially symmetrical ignition channels (9).
Cartridge according to one of claims 1 to 6, characterized in that the length of the ignition channels (9) is 50 to 400 mm, preferably 200 to 300 mm.
Cartridge according to one of claims 1 to 7, characterized in that disposed on the inner surface of the first powder tube (10) is at least one electrically conductive layer (11) extending in the direction of the longitudinal axis (8) and that said layer (11) is directly adjoined at the inside by a second power tube or a powder rod (23).
Cartridge according to one of claims 1 to 8, characterized in that the lozenge-shaped, rectangular, circular or oval regions (15) of the electrically conductive layer (11) are in each case of a different thickness and/or shape.