EP3121552A1 - Zündvorrichtung - Google Patents

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EP3121552A1
EP3121552A1 EP16001468.4A EP16001468A EP3121552A1 EP 3121552 A1 EP3121552 A1 EP 3121552A1 EP 16001468 A EP16001468 A EP 16001468A EP 3121552 A1 EP3121552 A1 EP 3121552A1
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EP
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ignition
metal layer
ignition device
bridge
circuit
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Gerhard ZÖRKLER
Johann Florian
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • 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
    • F42B3/121—Initiators with incorporated integrated circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/14—Spark initiators

Definitions

  • the invention relates to an ignition device for an explosive charge of an active body comprising at least one ignition circuit and a device for forwarding the successful initiation.
  • Such igniters which typically include at least one ignition circuit with an energy store (capacitor) and a switch that uses the stored energy by closing the device trigger switch.
  • energy store capacitor
  • an EFI ignition module has become known that works on this principle, in the end a plastic compact is ignited.
  • a firing bridge is provided, which evaporates abruptly by supplying electrical energy from a capacitor and in the process dislodges a small part from the film arranged above it with the aid of the barrel above it. This part has sufficient shock wave energy to trigger the plastic compact.
  • the ignition device is designed as a compact component and two thin, separated by an electrically insulating plastic layer, strip-shaped metal layers includes. Further embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
  • FIGS. 1a, 1b and 1c a first embodiment is shown. Based on FIG. 1a , In which the idle state of the ignition device is shown, the components of the ignition device are first explained.
  • the upper half of the FIG. 1 shows the individual parts separated from each other in plan view and also simplifies their external wiring.
  • the lower half represents a cut along the imaginary center line of the parts from the upper half and makes it clear that the parts together result in a compact component.
  • the ignition device comprises a first thin metal layer M1 and a further thin metal layer M2 between which a thin electrically insulating plastic layer K is arranged.
  • the first metal layer also has an ignition bridge ZB of known design. Exactly above this ignition bridge a barrel B is arranged in the further metal layer M2. This is understood to mean a sharp-edged, continuous opening. Both metal strips are strip-shaped and thus form long sides and narrow sides. Thus, the ignition bridge ZB of the embodiment divides the long sides approximately in the middle.
  • the terminals for the elements of the so-called trigger circuit which essentially consists of a series connection of the switch S and of a capacitor C1 are provided on the narrow sides of the first metal layer M1.
  • the switch S In the resting phase, the switch S is open, so that no current can flow in the trigger circuit.
  • the capacitor is designed for semiconductor switchable operating voltages ( ⁇ 1000 V) and has sufficient capacity to vaporize the fuse bridge.
  • the consumer V is the element to be ignited, for example the ignition circuit of an explosive charge (EFI).
  • the ignition capacitor C2 has a high operating voltage (> 1000 V) and a correspondingly high capacity.
  • FIG. 1b shows the time at which the switch S is closed and the capacitor C1 can discharge. This flows corresponding current and the ignition ZB evaporates.
  • the ignition circuit is closed by means of this high voltage switch via the two metal layers M1 and M2 and the capacitor C2 and the consumer V and the consumer V is initiated.
  • FIGS. 2a, 2b . 2c and 2d Another embodiment of the invention, but operates on the same principle is in individual phases in the FIGS. 2a, 2b . 2c and 2d shown.
  • the figures are in turn divided into a top half arranged representation of the individual components in the plan view and a section shown in the lower half along the imaginary center line of the components shown above.
  • the upper half also indicates the external wiring with capacitors.
  • This embodiment of the ignition device likewise comprises a first thin metal layer M12, which in turn has an ignition bridge ZB, and a further thin metal layer M22, which is separated from the first metal layer by a thin insulating plastic film K.
  • a series circuit (trigger circuit) from the switch S and the capacitor C1 is connected to the two ends of the ignition bridge ZB.
  • the EFI also stamped a plastic flyer KF out of the plastic film K.
  • the further metal foil M22 likewise has a component with the function B2 of a barrel, which is arranged exactly above the EFI.
  • the plastic flyer KF is dimensioned in terms of its dynamics so that it can initiate the booster (secondary explosives, for example HNS) with its impulse.
  • the described embodiment is shown by way of example and simplified. In one implementation, it is envisaged to develop a design which, in addition to the EFI and the booster designed as an explosive compact, also the switch and the capacitor of the ignition circuit are integral components of the ignition device according to the invention.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung realisiert auf zuverlässige Weise einen einmaligen transienten Schaltvorgang für hohe Spannungen (>1,5 kV) und hohe Ströme (>3 kA) in Kombination mit minimalem Platzbedarf, maximaler Umweltbeständigkeit und gleichzeitig geringem Kostenaufwand durch Integration der wesentlichen Komponenten auf einem flexiblen Leitersystem.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für eine Sprengladung eines Wirkkörpers umfassend wenigstens einen Zündkreis und eine Einrichtung zur Weiterleitung der erfolgten Initiierung.
  • Derartige Zündvorrichtungen, die in der Regel wenigstens einen Zündschaltkreis mit einem Energiespeicher (Kondensator) und einen Schalter aufweisen, mit dem die gespeicherte Energie durch Schließen des Schalters zur Auslösung eines Bauteils verwendet wird.
  • Aus der DE 10 2011 108 000 A1 ist ein EFI-Zündmodul bekannt geworden, das nach diesem Prinzip funktioniert, wobei letztlich ein Kunststoffpressling gezündet wird. Im Zündmodul ist eine Zündbrücke vorgesehen, die mittels Zuführung elektrischer Energie aus einem Kondensator schlagartig verdampft und dabei aus der darüber angeordneten Folie mit Hilfe des darüber befindlichen Barrels einen kleinen Teil heraussprengt. Dieser Teil weist genügend Stoßwellenenergie zur Auslösung des Kunststoffpresslings auf.
  • Nachdem diese Druckschrift keine weiteren Hinweise auf Möglichkeiten zu weiteren Verkleinerung eines Zündmoduls zu entnehmen sind ergibt sich hieraus die Aufgabe, eine Bauweise zu finden, welche eine weitere Verringerung des Bauvolumens ermöglicht ohne dass eine Einschränkung der benötigten Entladeströme ( >1000 A) und Spannungen ( >1 kV) stattfindet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Zündvorrichtung als kompaktes Bauelement ausgeführt ist und zwei dünne, durch eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht voneinander getrennte, streifenförmige Metallschichten umfasst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den nachgeordneten Ansprüchen zu entnehmen.
  • Die besonderen Vorteile der Zündvorrichtung sind darin zu sehen, dass zunächst eine erhebliche Verringerung des Raumbedarfs gegenüber der bekannten Ausführungsform erzielt wird. Verbunden damit wird auch eine nicht geringe Senkung der Herstellkosten erreicht. Weiterhin wird die Streuung der Kennwerte reduziert und die Langzeitstabilität erheblich erhöht. Hinsichtlich der benötigten Versorgungsspannung ist positiv anzumerken, dass diese gegenüber dem Stand der Technik auf keinen Fall erhöht werden muss, da keine besonderen Funkenstrecken verwendet werden müssen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1a:
    eine erste Ausführungsform für die Initiierung eines niederohmigen Verbrauchers in der Ruhephase,
    Fig. 1b:
    die Zündvorrichtung aus Figur 1 a in der ersten Aktivierungsphase,
    Fig. 1c:
    die Zündvorrichtung aus Figur 1 a in der Zündphase.
    Fig. 2a:
    eine weitere Ausführungsform mit integriertem EFI in der Ruhephase,
    Fig. 2b:
    die Zündvorrichtung aus Figur 2a in der ersten Aktivierungsphase,
    Fig. 2c:
    die Zündvorrichtung aus Fig. 2a in der zweiten Aktivierungsphase,
    Fig. 2d:
    die Zündvorrichtung aus Fig. 2a in der Zündphase.
  • In den Figuren 1a, 1b und 1c ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt. Anhand der Figur 1a, in der der Ruhezustand der Zündvorrichtung gezeigt ist, werden zunächst die Bestandteile der Zündvorrichtung erläutert. Die obere Hälfte der Figur 1 zeigt die einzelnen, voneinander separierten Teile in der Draufsicht und auch vereinfacht deren äußere Beschaltung. Die untere Hälfte stellt einen Schnitt entlang der gedachten Mittellinie der Teile aus der oberen Hälfte dar und verdeutlicht, dass die Teile zusammen ein kompaktes Bauelement ergeben.
  • Im Einzelnen umfasst die Zündvorrichtung eine erste dünne Metallschicht M1 und eine weitere dünne Metallschicht M2 zwischen denen eine dünne elektrisch isolierende Kunststoffschicht K angeordnet ist. Die erste Metallschicht weist darüber hinaus noch eine Zündbrücke ZB bekannter Bauart auf. Genau über dieser Zündbrücke ist in der weiteren Metallschicht M2 ein Barrel B angeordnet. Darunter wird eine scharfkantige durchgehende Öffnung verstanden. Beide Metallstreifen sind streifenförmig geformt und bilden somit Längsseiten und Schmalseiten aus. Somit unterteilt die Zündbrücke ZB des Ausführungsbeispiels die Längsseiten etwa in deren Mitte.
  • An den Schmalseiten der ersten Metallschicht M1 sind im Ausführungsbeispiel die Anschlüsse für die Elemente des so genannten Triggerkreises vorgesehen, der im Wesentlichen aus einer Serienschaltung des Schalters S und eines Kondensators C1 besteht. In der Ruhephase ist der Schalter S geöffnet, so dass im Triggerkreis kein Strom fließen kann. Der Kondensator ist für mittels Halbleitern schaltbaren Betriebsspannungen (< ~1000 V) ausgelegt und weist eine für das Verdampfen der Zündbrücke ausreichende Kapazität auf.
  • Darüber hinaus ist vom ersten Metallstreifen M1 eine Serienschaltung des Verbrauchers V und des Zündkondensators C2 zum weiteren Metallstreifen M2 vorgesehen. Der Verbraucher V ist das zu zündende Element, beispielsweise der Zündkreis einer Sprengladung (EFI). Der Zündkondensator C2 weist eine hohe Betriebsspannung ( > 1000 V) sowie eine entsprechend hohe Kapazität auf.
  • Figur 1b zeigt den Zeitpunkt, an dem der Schalter S geschlossen wird und der Kondensator C1 sich entladen kann. Damit fließt entsprechender Strom und die Zündbrücke ZB verdampft.
  • Daran schließt sich die in Figur 1c gezeigte Situation an. Durch das Verdampfen der Zündbrücke ZB entsteht ein enormer Druck, der unmittelbar auf die anliegende Kunststofffolie K einwirkt. Der Teil T der Kunststofffolie K wird dadurch nach oben gedrückt und von dem Barrel B in der weiteren Metallschicht M2 ausgestanzt und durch das Barrel B beschleunigt, wie dies in der Figur 1c gut zu erkennen ist.
  • Aufgrund der geringen Dicke der Kunststofffolie K entsteht gleichzeitig ein Zündfunke ZF durch die Öffnung, welche das Teil T der Kunststofffolie hinterlassen hat. Damit ist der Zündkreis mittels dieses Hochspannungsschalters über die beiden Metallschichten M1 und M2 und den Kondensator C2 und den Verbraucher V geschlossen und der Verbraucher V wird initiiert.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die jedoch nach dem gleichen Prinzip arbeitet, ist in einzelnen Phasen in den Figuren 2a, 2b, 2c und 2d dargestellt. Die Figuren sind wiederum in eine in der oberen Hälfte angeordnete Darstellung der einzelnen Bestandteile in der Draufsicht und eine in der unteren Hälfte dargestellten Schnitt entlang der gedachten Mittellinie der oben dargestellten Bauteile aufgeteilt. In der oberen Hälfte ist auch die externe Beschaltung mit Kondensatoren angedeutet.
  • Diese Ausführungsform der Zündvorrichtung umfasst ebenfalls eine erste dünne Metallschicht M12, die wiederum eine Zündbrücke ZB aufweist, sowie eine weitere dünne Metallschicht M22, die von der ersten Metallschicht durch eine dünne isolierende Kunststofffolie K getrennt ist. Eine Serienschaltung (Triggerkreis) aus dem Schalter S und der Kondensator C1 ist mit den beiden Enden der Zündbrücke ZB verbunden.
  • Die Situation unmittelbar nach dem Schließen des Schalters S ist in der Figur 2b dargestellt. Die Ladung des Kondensators C1 bewirkt das Verdampfen der Zündbrücke ZB. Aufgrund des erzeugten Drucks wird wiederum ein Teil T der Kunststofffolie K ausgestanzt und durch das Barrel B beschleunigt.
  • Wie in Figur 2c dargestellt kann sich aufgrund der aus der Kunststofffolie ausgestanzten Öffnung der Zündfunke ZF ausbilden. Damit wird der Zündkreis von der ersten Metallfolie M12 über den Kondensator C2 zur weiteren Metallfolie M22 geschlossen und der in der ersten Metallfolie M12 außerhalb der Triggerschaltung angeordnete EFI (Exploding Foil Initiator) wird gezündet.
  • Auch der EFI stanzt aus der Kunststofffolie K einen Kunststoffflyer KF aus. Hierfür weist die weitere Metallfolie M22 ebenfalls ein Bauteil mit der Funktion B2 eines Barrels auf, welches genau über dem EFI angeordnet ist. Der Kunststoffflyer KF ist hinsichtlich seiner Dynamik so dimensioniert, dass er mit seinem Impuls den Booster ( Sekundärsprengstoffe z.B. HNS ) initiieren kann.
  • Die beschriebene Ausführungsform ist beispielhaft und vereinfacht dargestellt. In einer Realisierung ist es vorgesehen, eine Bauform zu entwickeln, die neben dem EFI und dem als Sprengstoffpressling ausgeführten Booster auch der Schalter und der Kondensator des Zündkreises integrale Bestandteile der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung sind.
    • Bezugszeichenliste
    • M1, M12
    erste Metallschicht
    M2, M22
    weitere Metallschicht
    K
    Kunststoffschicht
    B, B2
    Barrel
    T
    Teil (der Kunststoffschicht)
    KF
    Kunststoffflyer
    S
    Schalter
    C1
    Kondensator ( < 300 V )
    C2
    Kondensator ( > 1500 V )
    V
    Verbraucher
    ZB
    Zündbrücke
    ZF
    Zündfunke
    EFI
    Exploding Foil Initiator
    FL
    Flyer
    HNS
    Booster (Sprengstoffpressling; Sekundärsprengstoff )

Claims (6)

  1. Zündvorrichtung für eine Sprengladung eines Wirkkörpers umfassend wenigstens einen Zündkreis mit einer Zündbrücke (ZB), über der eine Folie (K) angeordnet ist, wobei nach Initiierung der Zündbrücke mittels eines Teils (T) der Folie über eine Bohrung im nachgeschalteten Barrel (B, B2) ein Sprengstoffelement (HNS evtl. nur allgemein "Sekundärsprengstoff" z.B. HNS) auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung als kompaktes Bauelement ausgeführt ist und zwei dünne, durch eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht (K) voneinander getrennte, streifenförmige Metallschichten (M1, M12; M2, M22) umfasst.
  2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündbrücke (ZB) als Teil der ersten Metallschicht (M1, M12) ausgeführt ist und Element eines ersten elektrischen Zündkreises (Triggerkreis) (S, C1) ist.
  3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Metallschicht (M2, M22), welche parallel zur ersten Metallschicht (M1, M12) angeordnet ist und mittels einer dünnen Kunststoffschicht (K) von dieser elektrisch isoliert ist, ein Barrel (B) umfasst, das genau über der Zündbrücke (ZB) angeordnet ist.
  4. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallschicht (M1, M12) in einer Serienschaltung über einen Energiespeicher (C2) und einen Verbraucher V zur weiteren Metallschicht (M2, M22) als zweiter elektrischer Zündkreis angeordnet ist.
  5. Zündvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verdampfen der Zündbrücke (ZB) der mit dem Barrel (B) korrespondierende Teil (T) der dünnen Kunststoffschicht (K) ausstanzbar ist und damit der Weg für einen Zündfunken (ZF) zwischen der ersten und der weiteren Metallschicht frei wird.
  6. Zündvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher V als EFI (Exploding Foil Initiator) ausgeführt ist, der in der ersten Metallschicht (M12) benachbart zur Zündbrücke (ZB) angeordnet ist, wobei nach dessen Auslösung die von ihm durch das Barell beschleunigte Folie (KF) zur Initiierung eines über der weiteren Metallschicht (M22) angeordneten pyrotechnischen Boosters/Pellets (Sekundärsprengstoffs z.B HNS) dient.
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