EP3012574B1

EP3012574B1 - Einrichtung zur steuerbaren druckentlastung eines wirksystems

Info

Publication number: EP3012574B1
Application number: EP15003034.4A
Authority: EP
Inventors: Markus Graswald; Herbert Schalk
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: EP3012574B8; ES2720278T3; DE102014015877B3; US20160116261A1; US9766048B2; EP3012574A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur steuerbaren Druckentlastung eines Wirksystems, umfassend eine in einer Hülle angeordnete Sprengladung sowie eine kombinierte Zündeinrichtung für deflagrative und detonative Initiierung der Sprengladung.
Eine wichtige Voraussetzung ist dabei jedoch, dass die deflagrative Umsetzung räumlich und zeitlich stabil abläuft. Dies ergibt sich aus den Raten der Energiedissipation im Vergleich zur Energieerzeugung, wobei verschiedene Systemparameter wie Initiierung, Sprengladungseigenschaften, sowie Verdämmung und Entlüftung der Sprengladung maßgeblich sind. Für ein spezifisches Wirkladungssystem existiert somit eine bestimmte Kombination dieser Parameter. Die vorliegende Erfindung konzentriert sich deshalb auf die notwendige Entlüftung während einer Deflagration, damit diese auch bei vollständiger Verdämmung der Wirkladung stabil ablaufen kann.
In der Patentanmeldung DE 10 2014 004 003 B3 ist ein Zündsystem beschrieben, das eine einstellbare Leistungsabgabe des Wirksystems vor dem Erreichen des Zieles in einem weiten Bereich ermöglicht. Hierfür wird das Verhältnis zwischen detonativer und deflagrativer Umsetzung der Sprengladung auf einen gewünschten Wert eingestellt. Dies kann mittels zweier räumlich weit beabstandeter Zündeinrichtungen erfolgen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Gemäß der neuen Patentanmeldung ist es vorgesehen beide Zündeinrichtungen unmittelbar nebeneinander anzuordnen. Hinsichtlich der Entlüftung des Wirksystems wird jedoch kein Hinweis auf eine wirksame Umsetzung gegeben.
Die US 2011 / 0 203 475 A1 zeigt die vorgenannte Anordnung zweier Zündstellen mit einem unabhängig voneinander wählbaren Zündzeitpunkt. Um eine innere, entlang der Zentralachse angeordnete Sprengladung ist ein Luftraum angeordnet, der seinerseits von Röhren aus Kunststoff bzw. Metall umgeben ist. Damit kann die äußere Sprengladung auch deflagrativ initiiert werden.
Die DE 10 2009 017 160 C2 betrifft eine Wirkladung mit drei auf der Zentralachse angeordneten Zündstellen, mit deren Hilfe nicht nur die Leistung der Wirkladung, sondern auch die Größe der radial abgegebenen Splitter einstellbar ist. Eine der Zündstellen bewirkt die Deflagration der Sprengladung.
In der DE 100 08 914 C2 ist das Grundprinzip einer Wirkladung mit zwei auf der Zentralachse angeordneten und entgegengesetzt wirkenden Zündstellen bekannt geworden. Mittels Wahl der Zündzeitpunkte kann die detonativ abgegebene Leistung in einem sehr großen Bereich eingestellt werden. US 2003/010246 A1 offenbart eine Einrichtung zur Druckentlastung eines Wirksystems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Wirksystem eine geeignete Entlüftung für den Fall der deflagrativen Umsetzung der Sprengladung anzugeben, welche eine destruktive Beeinflussung der Hülle des Wirksystems vermeidet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einrichtung zur Druckentlastung vor oder gleichzeitig mit der Initiierung der deflagrativen Reaktion der Sprengladung auslösbar ist, dass die Einrichtung zur Druckentlastung in der oder unmittelbar benachbart zur Zündeinrichtung angeordnet ist und dass das Mittel zur Druckentlastung wenigstens einen Kanal aufweist, der gesteuert zu öffnen ist und den Innenraum des Wirksystems mit der externen Umgebung des Wirksystems verbindet.
Ausgestaltungen der Erfindung sind den nachgeordneten Ansprüchen zu entnehmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt ohne dass die Erfindung darauf eingeschränkt wäre. Sie werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine erste Variante mit zentralem Entlüftungskanal innerhalb des Zündergehäuses,
Fig. 2: eine zweite Ausführungsform mit wenigstens einem außerhalb des Zündergehäuses angeordneten Entlüftungskanal,
Fig. 3: verschiedene Ausführungsformen des Lüftungskanals bei einem Zündergehäuse mit rundem Querschnitt.

In der Figur 1 ist ein schematisch vereinfachter Schnitt durch eine Zündeinrichtung ZE dargestellt, die sowohl eine erste Zündstelle Z1 für detonative Initiierung als auch eine weitere Zündstelle Z2 für deflagrative Initiierung der die Zündeinrichtung ZE umgebenden Sprengladung SP umfasst. Das Gehäuse G der Zündeinrichtung ZE ist mit einem Teil der Hülle HE des Wirksystems verbunden.
Die erste Zündstelle Z1 ist im Ausführungsbeispiel als ringförmige Sprengladung S1 ausgeführt. Diese wird derart initiiert, dass ihre Vorzugswirkrichtung 1 radial zur Hauptachse H des Wirksystems verläuft, damit eine möglichst gleichmäßige Initiierung der Sprengladung SP in allen radialen Richtungen erzielt werden kann. Hierfür wird als Primärzünder beispielsweise ein erster EFI (Exploding Foil Initiator) E1 eingesetzt, der auf einer Platte P montiert ist, welche die ringförmige Sprengladung S1 auf einer Seite abdeckt. In der Platte P sind vom EFI E1 ausgehend Zündleitungen gleicher Länge vorgesehen, die zu Detonatoren D führen, die ihrerseits an der ringförmigen Sprengladung anliegen. Hierfür werden mindestens zwei gleichmäßig auf der Oberfläche der ringförmigen Sprengladung S1 verteilt angeordnete Detonatoren D eingesetzt.
Auch die weitere Zündstelle Z2 für die deflagrative Initiierung kann einen weiteren EFI E2 als Primärzünder aufweisen. Dieser wirkt dann über eine Verstärkerladung V auf eine Ladung ein, die beispielsweise als Sprengschnur SS oder besser als angepasster Sprengladungskern ausgeführt ist. Mittels der relativen Lage der Zündzeitpunkte der ersten und der weiteren Zündstelle lässt sich dann die Leistungsabgabe des Wirksystems über das Verhältnis von detonativ umgesetztem Sprengstoff zu deflagrativ umgesetzten Sprengstoff einstellen.
Das erfindungsgemäße Mittel zur Druckentlastung ist in diesem Ausführungsbeispiel als zentraler und in Richtung der Hauptachse H des Wirksystems verlaufender rohrförmiger Kanal K ausgebildet. Dieser beginnt unmittelbar am weiteren EFI E2 und führt bis durch den genannten Teil der Hülle HE und die Öffnung O ins Freie. Somit dient dieser Kanal K zum einen zur unmittelbaren Druckentlastung nach der Zündung des weiteren EFI E2, wobei die Öffnung O des Kanals K frei gegeben wird. Zum anderen wirkt 1 die ringförmigen Sprengladung S1 nicht nur auf die Sprengladung SP, sondern sie öffnet auch den Kanal K, wodurch ebenfalls eine Druckentlastung nach außen möglich wird.
Hinsichtlich der erforderlichen Querschnittsfläche des Kanal K gilt erfahrungsgemäß, dass wenigstens 7 mm² und bezogen auf die mittlere Querschnittsfläche der Sprengladung SP mindestens 1/1000 davon - ohne Berücksichtigung der Dicke der Hülle beträgt. Die gilt beispielsweise für Sprengladungen mit einem Innendurchmesser von 50 mm, wobei bereits in diesem Fall eher eine Kanalquerschnittsfläche von 1/50 der Querschnittsfläche der Sprengladung angestrebt wird. Grundsätzlich gilt, dass die Querschnittsfläche der Druckentlastungsöffnung O weniger als proportional zum Durchmesser der Sprengladung SP anwächst je größer dieser Durchmesser gewählt wird.
Grundsätzlich soll die Druckentlastungsöffnung O dort angeordnet sein, wo die Deflagration beginnt und hierdurch der Druck auch zuerst ansteigt. Dies ist in jedem Fall günstiger als eine Entlüftung über einen in der Hülle des Wirksystems angeordneten Deckel oder über Sollbruchstellen oder Öffnungen in der Hülle. Mittels der rechtzeitigen und andauernden Entlüftung über die Zeit der Deflagration wird ein Druckniveau innerhalb der Sprengladung erzielt, das eine stabile Deflagrationsreaktion aufrecht erhält.
Entscheidend ist der Zeitpunkt der Öffnung der Druckentlastung. Dieser muss rechtzeitig vor der Initiierung der Deflagration stattfinden, damit während der hochlaufenden Deflagration ein zu rascher Druckaufbau vermieden wird. Weiterhin ist es durchaus hilfreich, schon aus Redundanzgründen wenigstens eine zweite Druckentlastungsöffnung vorzusehen, wobei die Summe der Querschnitte die angegebene Mindestquerschnittsfläche erreichen muss.
In der Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform mit wenigstens einem außerhalb des Zündergehäuses G angeordneten Entlüftungskanal K dargestellt. Die Zündstellen Z1 und Z2 für die deflagrative und die detonative Initiierung der Sprengladung SP sind ebenso angeordnet wie im Ausführungsbeispiel in der Figur 1, wobei aufgrund des Entfalls des zentralen und in Richtung der Hauptachse H des Wirksystems verlaufenden Kanals auch die Platte P mit der Zündenergieverteilung entfällt, welche die Sprengladung S1 auf einer Seite abdeckt. Es ist stattdessen ein zentraler EFI E11 auf der Hauptachse H vorgesehen. Die Initiierung der deflagrativen Umsetzung der Sprengladung SP erfolgt in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mittels des EFI E2.
Die Druckentlastung findet hier mittels mindestens einen Lüftungskanals K statt, der in unmittelbarer Nähe zur Zündstelle Z2 für die deflagrative Initiierung beginnt und an der Außenseite des Zündergehäuses G entlang auf kurzem Weg ins Freie führt. Auch hier ist die oben genannte Mindestquerschnittsfläche einzuhalten.
Die möglichen Ausführungsformen des Lüftungskanals K können der Bauform des Zündergehäuses angepasst werden. Beispielhaft ist in der Figur 3 einmal eine Version mit drei rohrförmigen Kanälen K dargestellt und zum anderen eine Ausführung mit einem koaxialen auf der Außenseite des Zündergehäuses G umlaufenden Kanal K, der sich mittels Stegen oder Streben S an dem Zündergehäuse G abstützt. Auch dieser Kanal K führt über Öffnungen O in der Hülle HE des Wirksystems ins Freie.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Öffnung (O) des Kanals (K) zeitlich steuerbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Öffnung des Kanals (K) in Abhängigkeit vom Erreichen einer wählbaren Beschleunigung, insbesondere in Richtung der Hauptachse (H) des Wirkkörpers, aktivierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Öffnung des Kanals (K) mittels wenigstens eines Gasgenerators.

Claims

Einrichtung zur steuerbaren Druckentlastung eines Wirksystems, umfassend eine in einer Hülle angeordnete Sprengladung (SP) sowie eine kombinierte Zündeinrichtung (ZE) aufweisend eine erste Zündstelle (Z1) für eine detonative Initiierung der Sprengladung (SP) und eine zweite Zündstelle (Z2) für eine deflagrative Initiierung der Sprengladung (SP),
wobei die Einrichtung zur Druckentlastung vor oder gleichzeitig mit der Initiierung der deflagrativen Reaktion der Sprengladung (SP) auslösbar ist,
wobei die Einrichtung zur Druckentlastung in der oder unmittelbar benachbart zur Zündeinrichtung angeordnet ist, und
wobei die Einrichtung zur Druckentlastung wenigstens einen Kanal (K) aufweist, der durch unmittelbare Freigabe einer Öffnung (O) des Kanals (K) durch Zündung der zweiten Zündstelle (Z2) gesteuert zu öffnen (O) ist und den Innenraum des Wirksystems mit der externen Umgebung des Wirksystems verbindet, wodurch eine Druckentlastung während der Deflagration nach außen möglich wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (K) einen Mindestquerschnitt aufweist, der vom Durchmesser der Sprengladung abhängt.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kanals (K) wenigstens 7 mm² und in Abhängigkeit vom Durchmesser der Sprengladung zwischen 1/1000 und 1/50 der Querschnittsfläche der Sprengladung beträgt.
Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (O) des Kanals (K) zeitlich steuerbar ist.
Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung des Kanals (K) in Abhängigkeit vom Erreichen einer wählbaren Beschleunigung, insbesondere in Richtung der Hauptachse (H) des Wirkkörpers, aktivierbar ist.
Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung des Kanals (K) mittels wenigstens eines Gasgenerators erfolgt.