Elektrisches Anzündelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Abstract

 Beschrieben wird ein elektrischer Zündbrückenträger zur Anzündung von Anzündsätzen, Verzögerungssätzen und pyro­technischen Mischungen sowie zur Zündung von Primärzünd­stoffen und -sätzen, der aus einem in einen metallischen Außenring 1 eingebrachten Keramikkörper 2 mit einer oder mehreren Bohrungen besteht, in die massive oder rohrförmige Kontaktstifte 3 als Stromzuleitungen fest und dicht eingepaßt und von einer leitenden Schicht 4 flächenförmig umgeben sind, zwischen denen sich die Zündbrücke 5 befindet, sowie das Verfahren zu seiner Herstellung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft den oben bezeichneten Gegenstand.

[0002] Aus der DE-PS 20 20 016 ist ein einen Zündsatz ein­schließendes elektrisches Zündmittel bekannt, das aus einem elektrisch leitenden Gehäuse und einem darin iso­liert angeordneten und von außen zugänglichen Polstück besteht, wobei dieses Polstück über eine Zündbrücke mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein aus Glas oder Keramik bestehender Isolierkörper mit Metallschichtkontakten, die mit dem Zündsatz in Berührung stehen und teilweise mit einer Zündbrücke aus Tantal oder Tantalnitrid über­ deckt sind. Einer der Metallschichtkontakte, die aus Nickel, Palladium sowie aus Palladium-Silber-, Palladium-Gold-, Platin-Silber-, Platin-Gold- und Silber-Aluminium-Legierungen bestehen können, steht mit dem Polstück über eine mit leitendem Material ausgeklei­dete Bohrung in dem Isolierkörper in elektrisch leiten­der Verbindung, während der Masseschluß zum Außengehäuse mit einem Stützring gebildet wird, der den die Metall­schichtkontakte enthaltenden Isolierkörper gegen das Polstück preßt. Diese sogenannten einpoligen elektri­schen Zündmittel sind jedoch nur in einem vergleichswei­se aufwendigen Verfahren herzustellen, da die Zündbrücke mit vielen Teilen des Zündmittels kontaktiert werden muß.

[0003] Es ist zwar auch schon bekannt, sogenannte zweipolige Glasdurchführungen zu verwenden, bei denen das von den einpoligen elektrischen Zündmitteln bekannte aufwendige Kontaktieren dadurch vermieden wird, daß die beiden stromführenden Zuleitungen, auch "Pins" genannt, iso­liert in Glaskörper eingesetzt sind. Da aber zwischen diesen Pins die die Zündbrücke bildende leitfähige Schicht wiederum in einer sehr aufwendigen Arbeitsweise hergestellt werden muß, indem diese Schicht zunächst mittels Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen im Hochva­kuum hergestellt und dann noch nachgearbeitet, bei­spielsweise abgeätzt werden muß, bzw. indem die leitfä­hige Schicht in der ebenfalls arbeitsaufwendigen Masken­technik erzeugt wird, läßt auch dieses bekannte Verfah­ren noch zahlreiche Wünsche bezüglich eines vereinfach­ten Herstellungsverfahrens von Zünd- und Anzündmitteln offen, zumal sich die in konventioneller Weise zwischen den Pins angebrachten Glühdrähte als Zündbrücken nicht bewährt haben, da sie starken mechanischen Beanspruchun­gen meist nur bedingt standhalten.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elek­trischen Zündbrückenträger verfügbar zu machen, der die geschilderten Nachteile der bisher bekannten Konstruk­tionen nicht aufweist und mechanisch hoch belastbar ist. Gleichzeitig soll ein Verfahren zur Herstellung dieses Zündbrückenträgers entwickelt werden, das ver­gleichsweise einfach ohne aufwendige Nachbearbeitung, aber mit großer Sicherheit bezüglich der Verfahrenspro­dukte und ihrer Eigenschaften durchgeführt werden kann.

[0005] Die Lösung dieser Aufgabe ist ein elektrischer Zünd­brückenträger zur Anzündung von Anzündsätzen, Verzöge­rungssätzen und pyrotechnischen Mischungen sowie zur Zündung von Primärzündstoffen und -sätzen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus einem in einen metalli­schen Außenring 1 eingebrachten Keramikkörper 2 mit einer oder mehreren Bohrungen besteht, in die massive oder rohrförmige Kontaktstifte 3 als Stromzuleitungen fest und dicht eingepaßt und von einer leitenden Schicht 4 flächenförmig umgeben sind, zwischen denen sich die Zündbrücke 5 befindet.

[0006] Als Werkstoff für den metallischen Außenring 1 hat sich Edelstahl besonders bewährt, der auch als Werkstoff für die Kontaktstifte 3 verwendet werden kann. Es ist aber auch möglich, andere metallische Werkstoffe für den metallischen Außenring 1 und/oder die Kontaktstifte 3 zu verwenden, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Nickel und deren Legierungen, Titan, Zirkonium, Tantal und andere wärmebeständige und hochschmelzende Metalle und Legierungen, insbesondere auch die unter der Bezeich­nung KOVAR bekannte Kobalt-Nickel-Eisen-Legierung.

[0007] Als Werkstoffe für den Keramikkörper 2 können die ver­schiedensten keramischen Materialien verwendet werden, insbesondere solche auf der Basis von Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid und Zir­koniumdioxid.

[0008] Die dichte und feste Verbindung bzw. Einpassung zwi­schen dem metallischen Außenring 1 und dem keramischen Körper 2 einerseits und zwischen dem keramischen Körper 2 und den Kontaktstiften 3 andererseits kann durch Ver­kleben mittels dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Klebemitteln, aber auch durch Einkitten, bevorzugt aber durch Einglasen erfolgen. Für die bevorzugte Einglasung können die jedem Fachmann bekannten Werkstoffe, mit denen metallische Werkstoffe und keramische Werkstoffe dicht verbunden werden, zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang haben sich Alkali- und Erdalkali-Silikat­gläser, Gläser auf der Basis von Borsilikat sowie Oxide der seltenen Erden enthaltende Gläser besonders bewährt. Als Beispiel eines Glases, das für diese einglasende Verbindung zwischen metallischem und keramischem Werk­stoff geeignet ist, kann ein Glas der nachstehenden Zusammensetzung verwendet werden:

[0009] Es ist aber auch möglich, keramische Pasten zu verwen­den, beispielweise die nachstehend in ihrer Zusammen­setzung wiedergegebenen Pasten:

[0010] Auch Silicium bzw. Siliciumlegierungen in Mischung mit Quarzpulver, Glaspulver und Ton können dazu dienen, die keramischen mit den metallischen Werkstoffen bleibend dicht zu verbinden.

[0011] Die flächenförmig um die Kontaktstifte 3 aufgebrachte leitende Schicht 4 ist im allgemeinen eine in üblicher Weise aufgebrachte Dünn- oder Dickfilmschicht, die bei­spielsweise im Siebdruckverfahren oder galvanisch herge­stellt worden ist. Als Werkstoffe haben sich für diese leitende Schicht 4 insbesondere die Edelmetalle und Edelmetall-Legierungen der VIII. Gruppe des Perioden­systems bewährt, vorzugsweise Platin oder Palladium und deren Legierungen auch mit Silber und/oder Gold.

[0012] Die eigentliche Zündbrücke 5 zwischen den Kontaktstif­ten 3 bzw. den diese flächenförmig einschließenden lei­tenden Schichten 4 kann entweder von einem Draht gebil­det sein, wie dies beispielsweise aus Fig. 4 zu erken­nen ist, die später noch im einzelnen erläutert wird. Es hat sich aber gezeigt, daß das Aufbringen der Zünd­brücke 5 ebenfalls in Siebdrucktechnik besondere Vor­teile bringt; denn auf diese Weise können Widerstands­bereiche von 1 bis 100 Ohm erreicht werden. Es ist al­lerdings auch möglich, die Zündbrücke als Dünnfilm in einem an sich bekannten Zerstäubungsverfahren oder durch Aufdampfen im Vakuum aufzubringen. Die drahtför­migen Zündbrücken werden entweder aufgelötet oder auf­geschweißt.

[0013] Als Werkstoffe für diese Zündbrücken haben sich eben­falls Edelmetallwerkstoffe, wie sie oben bereits er­wähnt wurden, besonders bewährt. Diese speziell in Siebdrucktechnik aufgebrachten Widerstandsbrücken wei­sen nach einer Wärmebehandlung einen bereits scharf eingegrenzten Widerstandsbereich auf, doch ist es, falls erwünscht, möglich, durch eine Nachbearbeitung im dem Fachmann bekannten Laser-Trimm-Verfahren Wider­standswerte noch geringerer Schwankungsbreite zu er­zielen.

[0014] Besonders vorteilhaft ist es bei Anwendung der Sieb­drucktechnik zur Herstellung der Zündbrücke, daß der Keramikkörper keiner besonderen Vorbehandlung bedarf, sondern unmittelbar mit der in der Produktion auftre­tenden Rauhtiefe von beispielsweise N 5 eingesetzt werden kann. Darüber hinaus handelt es sich bei der Siebdrucktechnik um ein leicht anwendbares Verfahren, das außerdem Zündbrücken liefert, die in ihrer mechani­schen Belastbarkeit sich weitaus günstiger verhalten als drahtförmige Zündbrücken.

[0015] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt den metallischen Außenring 1 mit dem eingepaßten Keramikkörper 2 in Form einer Keramikronde mit hier beispielsweise zwei Kontaktstif­ten 3. Der Keramikkörper 2 ist mit dem metallischen Außenring 1 einerseits und den Kontaktstiften 3 anderer­seits dicht verbunden, und zwar entweder im Hartlötver­fahren, mit einem keramischen Zement oder auch einem organischen Kleber bzw. durch Einglasungstechnik unter Einsatz der oben beispielsweise in ihrer Zusammensetzung angegebenen Gläser bzw. Pasten.

Fig. 2 zeigt vereinfacht eine Draufsicht auf den Zünd­brückenträger der Fig. 1, wobei zur besseren Übersicht­lichkeit lediglich die Kontaktstifte 3 mit den sie flä­chenförmig umgebenden leitenden Schichten 4 und die Zündbrücke 5, die hier ebenso wie die leitenden Schich­ten 4 im Siebdruckverfahren aufgebracht worden ist, dargestellt sind.

Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Variante des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Zündbrückenträgers gemäß der Erfindung, bei der die Zündbrücke durch einen Draht 5a gebildet ist, der die leitende Verbindung zwischen den Kontaktstiften 3 herstellt.

[0016] Es ist selbstverständlich möglich, auch eine größere Anzahl von Kontaktstiften in dem Keramikkörper zu ver­wenden, wobei dann natürlich auch die entsprechende größere Anzahl von Zündbrücken aufgebracht werden muß.

[0017] Das Verfahren zur Herstellung des elektrischen Zünd­brückenträgers gemäß der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß in einen metallischen, geometrisch geformten Außenring ein ein oder mehrere Bohrungen aufweisender Keramikkörper eingepaßt und dicht mit dem metallischen Außenring verbunden wird, worauf die metallischen Kontaktstifte in die Bohrungen des Keramikkörpers eingepaßt und ebenfalls dicht mit dem Keramikkörper verbunden werden und anschließend entweder drahtförmige Zündbrücken zwischen den Kontaktstiften durch Löten oder Schweißen hergestellt oder bevorzugt Zündbrücken durch Zerstäubungs- oder Aufdampftechnik im Vakuum oder im Siebdruckverfahren erzeugt werden. Vor­zugsweise wird bei diesem letztgenannten Verfahren zu­nächst flächenförmig um die Kontaktstifte eine elek­trisch leitende Schicht aufgebracht, über die die Ver­bindung zwischen Kontaktstiften und Zündbrücke herge­stellt wird.

[0018] Der Zündbrückenträger mit den Keramikelementen gemäß der Erfindung zeichnet sich gegenüber den bisher be­kannten Ausführungsformen dadurch aus, daß infolge der höheren Druckfestigkeit der keramischen Materialien eine weitaus höhere mechanische Belastbarkeit erzielt werden kann als dies bei Glasdurchführung möglich gewe­sen ist. Außerdem besitzen die keramischen Werkstoffe gegenüber normalen Gläsern eine höhere Wärmeleitfähig­keit, die sich beispielsweise außerordentlich günstig erweist bei der damit erstmals möglichen Herstellung von 1A/1W-Zündelementen. Hinzukommt, daß die kerami­schen Durchführungen die Herstellung von geschweißten Zündelementen auf Keramikbasis ermöglichen, die neben ihrer mechanischen Belastbarkeit den weiteren Vorteil haben, daß sie völlig dicht sind.

Ansprüche

1. Elektrischer Zündbrückenträger zur Anzündung von Anzündsätzen, Verzögerungssätzen und pyrotechni­schen Mischungen sowie zur Zündung von Primärzünd­stoffen und -sätzen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem in einen metallischen Außenring (1) eingebrachten Keramikkörper (2) mit einer oder mehreren Bohrungen besteht, in die massive oder rohrförmige Kontaktstifte (3) als Stromzuleitungen fest und dicht eingepaßt und von einer leitenden Schicht (4) flächenförmig umgeben sind, zwischen denen sich die Zündbrücke (5) befindet.

2. Elektrischer Zündbrückenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Außen­ring (1) und/oder die Kontaktstifte (3) aus Edel­stahl oder einem anderen wärmebeständigen und hochschmelzenden metallischen Werkstoff bestehen.

3. Elektrischer Zündbrückenträger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (2) aus oxidkeramischen Werkstoffen besteht.

4. Elektrischer Zündbrückenträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (2) aus keramischen Werkstoffen auf der Basis der Oxide von Aluminium, Silicium und/oder Zirkonium besteht.

5. Elektrischer Zündbrückenträger nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Außenring (1) mit dem Keramikkörper (2) und dieser mit den Kontaktstiften (3) durch Einlöten, Einkleben, Einkitten und/oder Einglasen dicht verbunden sind.

6. Elektrischer Zündbrückenträger nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kontaktstifte (3) flächenförmig umgebende Schicht (4) eine Dünn- oder Dickfilmschicht, vor­zugsweise aus Edelmetallen oder Edelmetall-Legie­rungen der VIII. Gruppe des Periodensystems, ist.

7. Elektrischer Zündbrückenträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünn- oder Dick­filmschicht im Siebdruckverfahren oder galvanisch gebildet worden ist.

8. Elektrischer Zündbrückenträger nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündbrücke (5) aus einem Draht oder ebenfalls aus einer im Siebdruckverfahren, durch Kathodenzer­stäubung oder durch Aufdampfen im Vakuum gebildeten Dünn- oder Dickfilmschicht besteht.

9. Verfahren zur Herstellung des elektrischen Zünd­brückenträgers nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge­kennzeichnet, daß in einen metallischen, geome­trisch geformten Außenring ein ein oder mehrere Bohrungen aufweisender Keramikkörper eingepaßt und dicht mit dem metallischen Außenring verbunden wird, worauf die metallischen Kontaktstifte in die Bohrungen des Keramikkörpers eingepaßt und eben­falls dicht mit dem Keramikkörper verbunden werden und anschließend entweder drahtförmige Zündbrücken zwischen den Kontaktstiften durch Löten oder Schweißen hergestellt oder bevorzugt Zündbrücken durch Zerstäubungs- oder Aufdampftechnik im Vakuum oder im Siebdruckverfahren erzeugt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst flächenförmig um die Kontaktstifte eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht und über diese dann die Verbindung zwischen Kontakt­stiften und Zündbrücke hergestellt wird.

Zeichnung