EP3121552B1 - Zündvorrichtung - Google Patents
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- EP3121552B1 EP3121552B1 EP16001468.4A EP16001468A EP3121552B1 EP 3121552 B1 EP3121552 B1 EP 3121552B1 EP 16001468 A EP16001468 A EP 16001468A EP 3121552 B1 EP3121552 B1 EP 3121552B1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
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- F42B3/121—Initiators with incorporated integrated circuit
-
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- 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 WO 89/10529 A1 describes an inverted impact detonator that is designed to be excited by a pulse of electrical current coming from an external source with a conductor arranged along the top, side and bottom of a sheet metal insulator.
- the US 4,471,697 A describes a bidirectional slapper igniter that uses a single bridge circuit to detonate a pair of opposing initiation pellets, wherein a line generator uses a plurality of bridges in electrical series to produce opposite cylindrical wavefronts.
- the WO 2011/160099 A1 describes an ignition system having a first subsystem functioning as a non-explosive based detonator containing no explosives and a second subsystem as an initiating subsystem containing an initiating pellet.
- the DE 10 2014 010179 B3 describes an EFI ignition device with an ignition transformer, which can be triggered after initiation of a firing bridge on a flying plate, the ignition board is protected with the ignition bridge against high shock loads.
- the EP 1 172 628 A2 describes a Slapperzünder, which consists of a base with two pins, a first dielectric sheet, which is pierced with two holes on the back of a fuse is formed, a second dielectric sheet, on the front side metallized pellets are formed with respect to the holes, a run and a body containing a pyrotechnic charge.
- the ignition device is designed as a compact component and comprises two thin, separated by an electrically insulating plastic layer, strip-shaped metal layers.
- the ignition device comprises a first ignition circuit having an ignition bridge and a first energy storage device connected in series on both sides of a switch, a second ignition circuit having a second energy storage device and a load connected in series between a first end of the first thin metal layer and a first End of the second thin metal layer is connected and formed in the second metal layer first barrel, which is arranged directly opposite the ignition bridge.
- the ignition bridge is configured to vaporize when the switch is closed and the second ignition circuit is configured so that the evaporation of the ignition bridge causes a current flow from the second energy storage device to trigger the consumer.
- 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, separated parts in the plan view and also simplifies their external wiring.
- the lower half represents a section along the imaginary center line of the parts from the upper half and illustrates 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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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. - Die
WO 89/10529 A1 - Die
US 4 471 697 A beschreibt einen bidirektionalen Slapper-Zünder, welcher eine einzige Brückenschaltung zur Detonation eines Paares gegensätzlicher Initiationspellets verwendet, wobei ein Liniengenerator eine Vielzahl von Brücken in elektrischen Reihen verwendet, um entgegengesetzte zylindrische Wellenfronten zu erzeugen. - Die
WO 2011/160099 A1 beschreibt ein Zündsystem mit einem ersten Teilsystem, welches fungiert als nicht sprengstoffbasierter Zünder fungiert, der keine Sprengstoffe enthält, und einem zweiten Teilsystem als ein initiierendes Teilsystem, das ein initiierendes Pellet enthält. - Die
DE 10 2014 010179 B3 beschreibt eine EFI-Zündvorrichtung mit einem Zündübertrager, der nach Initiierung einer Zündbrücke über eine fliegende Platte ausgelöst werden kann, wobei die Zündplatine mit der Zündbrücke gegen Hochschockbelastungen geschützt ist. - Die
EP 1 172 628 A2 beschreibt einen Slapperzünder, welcher aus einem Sockel mit zwei Anschlussstiften, einem ersten dielektrischen Blech, das mit zwei Löchern durchbohrt ist, auf deren Rückseite eine Sicherung gebildet ist, einem zweiten dielektrischen Blech, auf dessen Vorderseite metallisierte Pellets gegenüber den Löchern gebildet sind, einem Lauf und einem Körper, der eine pyrotechnische Ladung enthält, besteht. - 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. Die Zündvorrichtung umfasst eine erste Zündschaltung mit einer Zündbrücke und einer ersten Energiespeichervorrichtung, die auf beiden Seiten eines Schalters in Reihe geschaltet sind, eine zweite Zündschaltung mit einer zweiten Energiespeichervorrichtung und einem Verbraucher, der in Reihe zwischen einem ersten Ende der ersten dünnen Metallschicht und einem ersten Ende der zweiten dünnen Metallschicht verbunden ist und ein in der zweiten Metallschicht ausgebildetes erstes Barrel, das direkt gegenüber der Zündbrücke angeordnet ist. Die Zündbrücke ist ausgebildet, zu verdampfen, wenn der Schalter geschlossen ist und die zweite Zündschaltung ist so ausgebildet, dass die Verdampfung der Zündbrücke einen Stromfluss aus der zweiten Energiespeichervorrichtung bewirkt um den Verbraucher auszulösen.
- 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 und1c ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt. Anhand derFigur 1a , in der der Ruhezustand der Zündvorrichtung gezeigt ist, werden zunächst die Bestandteile der Zündvorrichtung erläutert. Die obere Hälfte derFigur 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 derFigur 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.
-
- 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 (15)
- Zündvorrichtung für eine Sprengladung eines Wirkkörpers, umfassend:eine erste dünne, streifenförmige Metallschicht (M1);eine zweite dünne, streifenförmige Metallschicht (M2), die parallel zu der ersten Metallschicht (M1) angeordnet ist;eine dünne Kunststoffschicht (K), die zwischen der ersten dünnen Metallschicht (M1) und der zweiten dünnen Metallschicht (M2) angeordnet ist, wobei die dünne Kunststoffschicht (K) eine elektrisch isolierende Schicht ist;eine erste Zündschaltung mit einer Zündbrücke (ZB) und einer ersten Energiespeichervorrichtung (C1), die auf beiden Seiten eines Schalters (S) in Reihe geschaltet ist;eine zweite Zündschaltung mit einer zweiten Energiespeichervorrichtung (C2) undeinem Verbraucher (V), der in Reihe zwischen einem ersten Ende der ersten dünnen Metallschicht (M1) und einem ersten Ende der zweiten dünnen Metallschicht (M2) verbunden ist; undein in der zweiten Metallschicht (M2) ausgebildetes erstes Barrel (B), das direkt gegenüber der Zündbrücke (ZB) angeordnet ist,wobei die Zündbrücke (ZB) ausgebildet ist, zu verdampfen, wenn der Schalter (S) geschlossen ist; undwobei die zweite Zündschaltung so ausgebildet ist, dass die Verdampfung der Zündbrücke (ZB) einen Stromfluss aus der zweiten Energiespeichervorrichtung (C2) bewirkt um den Verbraucher (V) auszulösen.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dünne Kunststoffschicht (K) so konfiguriert ist, dass die Verdampfung der Zündbrücke (ZB) einen Kurzschluss zwischen der ersten (M1) und der zweiten (M2) dünnen Metallschicht über dünne Kunststoffschicht (K) verursacht.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Kurzschluss durch eine in der dünnen Kunststoffschicht (K) ausgebildete Öffnung (T) verursacht wird, indem ein Teil der dünnen Kunststoffschicht (K) während des Verdampfens der Zündbrücke (ZB) ausgestanzt wird.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Kurzschluss einen Zündfunken (ZF) umfasst, der durch die Öffnung zwischen der ersten (M1) und der zweiten (M2) dünnen Metallschicht hindurchtritt.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der ausgeschnittene Teil der dünnen Kunststoffschicht (K) aus dem Barrel (B) ausgestoßen wird, wobei das Barrel (B) gegenüber der Zündbrücke (ZB) gegenüber der dünnen Kunststoffschicht (K) angeordnet ist.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündbrücke (ZB) in der ersten dünnen Metallschicht (M1) ausgebildet ist.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündbrücke (ZB) so konfiguriert ist, dass sie durch einen Stromfluss über die Zündbrücke (ZB) verdampft wird, wenn der Schalter (S) geschlossen ist, wobei der Stromfluss von der ersten Energiespeichervorrichtung (C1) erzeugt wird.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verbraucher (V) ein Zündkreis der Sprengladung ist.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Zündschaltung eine Trigger-Schaltung ist.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Zündschaltung, die erste dünne Metallschicht (M1), die zweite Energiespeichervorrichtung (C2), den Verbraucher (V) und die zweite dünne Metallschicht (M2) umfasst,
wobei die Zündvorrichtung zusätzlich einen Sekundärsprengstoff (HNS) aufweist, und
wobei der Sekundärsprengstoff (HNS) so konfiguriert Ist, dass er durch eine Auslösung des Verbrauchers (V) ausgelöst wird. - Zündvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Kurzschluss durch eine in der dünnen Kunststoffschicht (K) ausgebildete Öffnung verursacht wird, indem ein erster Teil der dünnen Kunststoffschicht (K) während des Verdampfens der Zündbrücke (ZB) ausgestanzt wird.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Teil der ausgeschleuderten dünnen Kunststoffschicht (K) aus dem ersten Barrel (B) ausgestoßen wird.
- Zündvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Zündbrücke (ZB) und der Verbraucher (V) einstückig mit der ersten dünnen Metallschicht (M1) ausgebildet sind;
wobei die erste Energiespeichervorrichtung (C1) mit der ersten dünnen Metallschicht (M1) zwischen der Zündbrücke (ZB) und der Verbraucher (V) verbunden ist,
wobei der Kurzschluss es ermöglicht einen Stromfluss durch den zweiten Zündkreislauf zu verursachen, und wobei der Verbraucher (V) so konfiguriert ist, dass er durch den Stromfluss durch den zweiten Zündkreis ausgelöst wird. - Zündvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung so konfiguriert ist, dass bei Auslösung des Verbraucher s(V) ein Kunststoffflyer (KF) aus der Kunststoffschicht (K) ausgestanzt und aus einem in der zweiten dünnen Metallschicht (M2) gebildeten zweiten Barrel (B) ausgestoßen wird, um den Sekundärsprengstoff (HNS) zu initiieren, wobei das zweite Barrel (B) direkt gegenüber dem Verbraucher (V) und gegenüber der dünnen Kunststoffschicht (K) liegt.
- Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Verbraucher ein explodierender Folieninitiator (EFI) ist.
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