[0001] Die Erfindung betrifft ein Anzündmittel gemäß der Oberbegriff des Anspruches 1. Unter
einem Anzündmittel sind im Rahmen vorliegender Erfindung Anzündelemente in ihrer umfassendsten
Bedeutung (wie insbesondere einschließlich der Ausführungen als Zündpillen, als Zündhütchen-Anzündelemente
oder als Zündmitteln mit unmittelbar sprengkräftigen Ausgängen) ebenso zu verstehen,
wie in elektrisch-pyrotechnische Auslöser eingebaute Zündmittel.
[0002] Ein Anzündmittel in der Bauform einer Zündpille ist aus der US-PS 4 152 988 bekannt.
Elektrisch ansteuerbare pyrotechnische Kraftelemente, auch als elektrische Auslöser
bezeichnet, wie sie z.B. als einmalig verwendbare Sperr-Schaltmittel für Zündsicherungseinrichtungen
vielfach im Einsatz sind, werden von der Dynamit Nobel Aktiengesellschaft auf den
Markt gebracht.
[0003] Allen diesen Anzündmitteln ist gemeinsam, daß die Einspeisung eines elektrischen
Stromes zur pyrotechnischen Auslösung führt. Problematisch ist jedoch stets, daß unter
ungünstigen Umweltgegebenheiten nicht auszuschließen ist, daß hochfrequente Störstrahlungsenergie
in die Zuleitungen eingestreut oder eingespeist wird, die bereits zur Auslösung ausreichen
kann; mit der Folge, daß die Auslösung des Anzündmittels zur Unzeit, also unkontrolliert
erfolgt und beispielsweise Fehlfunktionen hervorruft bzw. Personen oder Sachen gefährdet.
[0004] Zur Abhilfe gegen eine derartige Störstrahlungs-Auslösung ist es bekannt, die elektrische
Ansteuerung über eine Hochfrequenz-Filterschaltung vorzunehmen, welche im Zuge der
Verdrahtung der Zündmittel-Zuleitungen eingefügt ist und die hochfrequente Störenergie
abblocken bzw. kurzschließen soll. Eine solche Filterschaltung wird üblicherweise
in möglichst dichter Nachbarschaft des Eintritts der Zuleitungen in den Zündmittel-Trägerkörper
(der als Polkörper für eine Zündbrücke oder als Haltescheibe einer Hülsen-Einkapselung
ausgelegt sein kann) eingeschaltet. Dadurch wird aber die Gefahr nur verringert, nicht
ausgeschlossen, daß immer noch hochfrequente Störenergie zwischen der Filterschaltung
und dem eigentlichen Anzündmittel einkoppelt und zu ungewünschter Auslösung führt.
Deshalb ist in der CH-PS 635 673 für ein Anzündelement vorgesehen, auf einen Isolierstoff-Trägerkörper
selbst und unmittelbar neben der Zündbrücken-Kontaktierung diejenigen Schaltungen
zu realisieren, die sonst als Ansteuer- und Filterschaltungen in den Zündmittel-Zuleitungen
in diskreter Schaltungstechnik ausgeführt sind. Dadurch ergibt sich gewissermaßen
ein intelligentes Zündmittel, nämlich ein Zündmittel ohne das Erfordernis der separaten
Vorschaltung von Hilfs- und Sicherungsschaltungen. Eine solche Realisierung bedingt
allerdings andererseits erheblichen fertigungstechnischen Aufwand.
[0005] Wenn das Anzündmittel Bestandteil des sogenannten elektrischen Auslösers (pyrotechnischen
Kraftelementes) ist, hat die unmittelbare Ausführung einer Filterschaltung auf einem
Trägerkörper auch die nachteilige Folge, daß die standardisierten, bereits ihrer Bauart
nach zugelassenen und im Einsatz befindlichen Auslöser nicht ohne zeit- und kostenaufwendige
neue Zulassungsverfahren weiter verwendet werden dürfen, weil ein funktionswesentlicher
Eingriff unmittelbar im Innern des Anzündmittels vorgenommen wurde.
[0006] In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Anzündmittel
gattungsgemäßer Art mit möglichst wirksamen Hochfrequenz-Störschutzmaßnahmen ohne
technologisch kritischen Eingriff ins Innere des Anzündmittels selbst auszustatten.
Dabei soll insbesondere auch die Möglichkeit eröffnet werden, unter Heranverlegung
der Hochfrequenz-Störschutzmaßnahme möglichst dicht an die Zündbrücke doch keine funktionswesentlichen
Eingriffe ins Innere elektrischer Auslöser vornehmen zu müssen, also trotz der Möglichkeit,
auf externe Zuschaltung von Störschutzmaßnahmen zu verzichten, neue Zulassungsprüfungen
zu vermeiden.
[0007] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß das Anzündmittel
gattungsgemäßer Art gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist.
[0008] Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß der bei einem Anzündmittel stets vorhandene
Trägerkörper (sei er nun der Polkörper einer Anzündpille oder einfach die Haltescheibe
einer Kraftelement-Einkapselung) bei entsprechender Materialwahl hinsichtlich der
dielektrischen Eigenschaften unmittelbar zur Ausbildung einer Querkapazität als Hochfrequenz-Kurzschluß
am Zuleitungs-Eintritt in die Zündmittel-Hülse geeignet ist. Damit liegt der Hochfrequenz-Kurzschluß
einerseits sehr dicht bei der Zündbrücke, die im übrigen von der metallischen Einkapselung
gegen Störeinstrahlungen abgeschirmt ist; während andererseits für diese Störschutzmaßnahme
keinerlei mechanische funktionswesentliche Eingriffe ins Innere des gekapselten Anzündmittels
erforderlich sind.
[0009] Im Falle der Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung bei einem pyrotechnischen
Kraftelement braucht also praktisch nur der bisher als Haltescheibe übliche Messingring,
der in das Fußende der Einkapselungs-Hülse eingebördelt ist, durch ein Querkapazitäts-Dielektrikum
ersetzt zu werden, das an die Zuleitungen elektrisch angeschlossene Elektrodensysteme
trägt. Grundsätzlich können die beiden Elektroden als Halbflächen auf einer Stirnfläche
dieser Querkapazitäts-Haltescheibe ausgebildet sein, oder auf den beiden einander
gegenüberliegenden Stirnflächen einer Keramikscheibe hoher Dielektrizitätskonstante.
Ein größerer Wert der Querkapazität bei vorgegebenen Einbauabmessungen der Haltescheibe
(bzw. eines sonstigen Trägerkörpers bei Anzündmitteln für andere Einsatzzwecke) ergibt
sich jedoch, wenn die Querkapazität aus einer Vielzahl von dünnen Keramik-Schichten
mit dazwischen angeordneten (beispielsweise aufgedampften oder aufkaschierten) Elektroden
erstellt ist, die wechselseitig, also kammartig ineinandergreifend, zu dem Paar von
Elektrodensystemen zusammengeschaltet sind, die ihrerseits kraftschlüssig oder formschlüssig,
jedenfalls elektrisch leitend an die jeweils zugeordnete Zuleitung angeschlossen sind.
Ein Trägerkörper mit derart integrierter Querkapazität ergibt also einen höchstwirksamen
Schutz gegen ungewollte Zündmittel-Auslösung durch Hochfrequenz-Störeinflüsse, wofür
nur eine minimale Modifikation gegenüber der eingeführten Bauart des jeweiligen Anzündmittels
erforderlich ist und insbesondere wegen Eingriffs nicht in die funktionswesentliche
Mechanik eines Kraftelementes, sondern nur in die apparative Peripherie, kein neues
Qualifikationsverfahren für die militärische Bauartzulassung eines bereits eingeführten
Auslösers erforderlich wird. Der zusätzliche Einbau und elektrische Anschluß von Schutzschaltungen
beim Einsatz derartiger Kraftelemente erübrigt sich damit, was zu geringerem Montageaufwand
und größerer Betriebszuverlässigkeit führt.
[0010] Wenn, gemäß dem bevorzugten Einsatzbeispiel des erfindungsgemäß ausgestalteten Anzündmittels
mit in seinen Trägerkörper integrierter Querkapazität, das Anzündmittel selbst gegenüber
dem als Haltescheibe dienenden Trägerkörper beweglich sein muß, dann kann entweder
eine gleitende Durchführung der Zuleitungen durch die Querkapazität vorgesehen sein;
oder im Interesse höherer Betriebssicherheit sind die Zuleitungen mit den Querkapazität-Elektroden
verlötet und innerhalb der Einkapselung schlaufen- oder bogenförmig geführt, um (je
nach der Relativbewegung zwischen Anzündmittel und Haltescheibe) bei der Anzündmittel-Bewegung
gedehnt oder gestaucht werden zu können.
[0011] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind gleichermaßen bei einpoliger oder zweipoliger
elektrischer Ansteuerung des Anzündmittels realisierbar; also unabhängig davon, ob
für den Schluß des elektrischen Kreises über die Zündbrücke eine zweite Zuleitung
den Trägerkörper durchquert, oder ob die Einkapselungs-Hülse selbst als Rückleitung
dient.
[0012] Die Erfindung ist anhand der Zeichnung in nachstehender Beschreibung näher erläutert,
aus der sich - auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung
- zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale der erfindungsgemäßen
Lösung ergeben. Die Zeichnung zeigt unter Beschränkung auf das Wesentliche etwas abstrahiert
aber angenähert maßstabsgerecht als bevorzugte Realisierungs- und Anwendungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Lösung in
Fig. 1 ein elektrisches Anzündmittel in der Bauform eines Zündhütchens,
Fig. 2 ein Anzündelement mit in seinen Trägerkörper integrierter Querkapazität für
ein Anzündhütchen gemäß Fig. 1,
Fig. 3 als Explosiv-Prinzipdarstellung den Schichten-Aufbau eines Trägerkörpers mit
integrierter Querkapazität gemäß Fig. 2,
Fig. 4 einen Trägerkörper mit integrierter Querkapazität als den Polkörper einer elektrischen
Anzündpille,
Fig. 5 ein pyrotechnisches Anzündmittel entsprechend der Anzündpille nach Fig. 4,
nun eingesetzt als aktives Element eines Auslöser-Kraftelementes mit einziehendem
Sperr-Kolben, bei Realisierung des Trägerkörpers mit integrierter Querkapazität als
der Haltescheibe für die Einkapselungs-Hülse des Kraftelementes, und
Fig. 6 ein zweipoliges elektrisches Ersatzschaltbild für die elektrische Ansteuerung
einer Zündbrücke mit. parallelgeschalteter, in einen Trägerkörper integrierter Querkapazität.
[0013] Fig. 1 zeigt bei vereinfachter Darstellung im Axial-Längsschnitt ein elektrisches
Anzündmittel 1 in der Ausführungsform eines Zündhütchens 2, dessen Anzündelement
3 mit symbolisch vereinfacht skizzierter Zündbrücke 4 in Fig. 2 im detailliertern
Axial-Längsschnitt skizziert ist. Der Trägerkörper 5 des Anzündelementes 3 dient als
der Zündbrücke 4 elektrisch parallel geschaltete Querkapazität 6, ausgebildet zwischen
Anschlüssen 7-8 für einerseits die Kondensatorelektroden 9 und andererseits die Zündbrücke
4.
[0014] Um für eine ausreichend große Querkapazität die hinreichend große Fläche aneinander
möglichst dicht gegenüberstehenden Elektroden 9 zu erzielen, ist der Trägerkörper
5 als koaxialer Stapel einzelner scheibenförmiger Schichten 10 eines Materials möglichst
hoher Dielektrizitätskonstante aufgebaut, auf die jeweils eine Elektrode 9 aufgebracht
(beispielsweise aufgedruckt oder aufgedampft) ist. Für diese Schichten 10 eignet sich
insbesondere die am Markt, beispielsweise von der Firma Murata, erhältliche flexible
und bedruckbare sogenannte "X7R-Keramik".
[0015] Die axial distanzierten Elektroden 9 sind infolge radialen wechselseitigen Versatzes
(wie aus der Schnittdarstellung der Fig. 2 ersichtlich) zu zwei kammförmig ineinandergreifenden
Elektrodensystemen zusammengefaßt, indem sie abwechselnd an den zentralen Anschluß
7 und an den peripheren Anschluß 8 geführt und dort elektrisch leitend zusammengeschaltet
sind. Ein solcher Trägerkörper 5 von beispielsweise 2 mm Höhe und 3,7 mm Durchmesser
mit wie dargestellt integrierter Querkapazität 6 erbringt einen Kapazitätswert in
der Größenordnung von 15 nf bis 20 nF und damit einen ausreichenden Hochfrequenz-Kurzschluß
parallel zur Zündbrücke 4.
[0016] Die einzelnen Elektroden 9 der aufeinanderliegenden Keramik-Schichten 10 können aber
auch gemäß Fig. 3 über achsparallel sie querende Zuleitungen 11 und exzentrische,
abwechselnd damit kontaktierte Löcher 12 zum Trägerkörper 5 mit integrierter Querkapazität
6 aufgebaut sein. Diese Kontaktierung ist insbesondere von Vorteil für den Einsatz
eines solchen Trägerkörpers 5 mit integrierter Querkapazität 6 als Polkörper 13 eines
elektrischen Anzündmittels 1 in der Bauform einer Anzündpille 14, die etwa gemäß Fig.
4 in eine Hülse 15 eingekapselt ist, deren Fußende 16 durch den eingebördelten Polkörper
13 verschlossen ist. Der eigentliche Träger 17 für die Zündbrücke 4 wird im Innern
der Hülse 15 von den den Polkörper 13 durchragenden Enden der Zuleitungen 11 gehaltert.
[0017] Wieder dient die Ausbildung der Trägerkörpers 5, hier als Polkörper 13 eingesetzt,
als Schichtkondensator mit einer Querkapazität 6 zwischen den Zuleitungen 11 zur Ableitung
etwa eingekoppelter höherfrequenter Störenergie, um zu vermeiden, daß die Zündbrücke
4 bereits durch solche Störeinflüsse gezündet wird.
[0018] Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 dient eine gekapselte Anzündpille 14 etwa
gemäß Fig. 4 als innerhalb einer äußeren Hülse 15 axial verlagerbare Kraftquelle eines
als elektrischer Auslöser (auch als elektrisch ansteuerbares pyrotechnisches Kraftelement
bezeichnet) mit einziehendem Kolben ausgelegten elektrischen Anzündmittels 1. Als
Trägerkörper 5 mit integrierter Querkapazität 6 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 5 nun aber nicht der Zündpillen-Polkörper 13, sondern die in das Fußende 16
der äußeren Hülse 15 eingebördelte Haltescheibe 18 vorgesehen. An der Innenmantelfläche
der äußeren Hülse 15 ist ein Hohlkolben 19 axial verschiebbar gehaltert, der das Anzündmittel
1 einfaßt. Dieses weist auf seinem Polkörper 13 einen die Anzündpille 14 umgebenden
Anzündsatz 20 auf. Bei elektrischer Speisung der Zuleitungen 11 zündet der glühende
Brückendraht über die Pille 14 den Anzündsatz 20. Die Entwicklung von Abbrand-Reaktionsgasen
läßt eine Abdeckung 21 des Hohlkolbens 19 bersten, so daß die Gase durch einen Kanal
22 in einen Expansionsraum 23 im druckfest verschlossenen Stirnende 24 der äußeren
Hülse 15 übertreten und zwischen dem Stirnende 24 sowie dem Hohlkolben 19 einen Druck
zur Axialverschiebung zum Hülsen-Fußende 16 hin aufbauen. Dadurch wird ein mit dem
Hohlkolben 19 verbundener, aus dem Hülsen-Stirnende 24 koaxial austretender kolbenförmiger
Sperrstift 25 aus seiner (in der Zeichnung dargestellten) Ursprungsstellung nach Maßgabe
der Bewegung des Hohlkolbens 19 in die Hülse 15 hineingezogen.
[0019] Damit die elektrische Auslösung der Anzündpille 14 nicht ungewollt durch eingestrahlte
oder sonstwie in die Zuleitungen ll eingekoppelte, höherfrequente Störenergie erfolgt,
sondern nur durch gezielte Ansteuerung aus einer elektrischen Speise-Leistungsquelle
26 (Fig. 6), ist wieder zwischen den Leitungen 11-11, nun möglichst dicht vor der
Anzündpille 14, die Querkapazität 6 zum Kurzschließen höherfrequenter Energieanteile
angeordnet. Die innenliegenden Elektroden 9 sind in Fig. 5 nicht dargestellt. Es können
aber auch die Stirnflächen der Haltescheibe 18 aus elektrisch isolierendem Material
mit Elektroden 9 belegt sein.
[0020] Wie oben (Fig. 3) schon angedeutet, kann die jeweilige elektrische Verbindung zwischen
Elektroden 9 und Zuleitungen 11 dadurch erfolgen, daß die Löcher 12 durchkaschiert
sind, wie es aus der Technologie der gedruckten Leiterplatten bekannt ist; mit Anschluß
der Elektroden 9 direkt an die Loch-Kaschierungen. Es kann dabei eine mechanische
Gleitpreßeinfassung der durch die Löcher 12 unisoliert hindurchgeführten Zuleitungen
11 ausgebildet sein. Es kann aber auch eine direkte Lötbrücken-Verbindung zwischen
den Elektroden 9 und dem durch die Löcher 12 hindurchtretenden Bereich der jeweiligen
Zuleitungen 11 vorgesehen sein.
[0021] Wenn, wie gemäß dem bevorzugten Einsatzbeispiel dargestellt, das Anzündmittel 1 (als
kraftlieferndes Element eines Sperr-Auslösers) der äußeren Hülse 15 und ihrer Haltescheibe
18 gegenüber verlagerbar eingekapselt ist, mit mechanischer Festlegung der Zuleitungen
11 in der als Querkapazität 6 ausgelegten Haltescheibe 18, dann erfolgt eine mechanische
Festlegung der Zuleitungen 11 in den Löchern 12 zweckmäßigerweise unter Vorgabe einer
Schikane, etwa eines Stauch-Bogens 27 in jeder der Zuleitungen 11 über der Haltescheibe
18.
[0022] Dieser Bogen 27 fördert ein definiertes Ausknicken beim Stauchen der Zuleitungen
11 infolge sich verringernden lichten Abstandes zwischen der Haltescheibe 18 und dem
sich annähernden Hohlkolben 19; so daß eine bewegliche Führung der Leitungen 11 durch
die Haltescheibe 18 hindurch nicht mehr erforderlich ist, die die sichere elektrische
Verbindung der Zuleitungen 11 mit den Elektroden 9 der Querkapazität 6 beeinträchtigen
könnte. Bei einer Schub-Arbeitsbewegung des Kolbens 19 ist die Länge der Bögen 27
so dimensioniert, daß die Ausschubbewegung nicht etwa von straff gespannten Zuleitungen
11 begrenzt wird.
[0023] Um eine Beschädigung der Querkapazität 6, bzw. der Keramik-Schichten 10, beim Einbördeln
des Kapsel-Fußendes 16 zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, deren Peripherie durch
einen stabilen Armier-Ring 28 einzufassen, wie in Fig. 1 berücksichtigt.
[0024] Als zusätzliche Störschutzmaßnahme kann es von Vorteil sein, außerhalb der Haltescheibe
18 auf die Zuleitungen 11 noch Drosselröhrchen 29, etwa Röhrchen aus hochpermeablem
Material wie Ferrit, aufzuschieben und dadurch zwei Längs-Induktivitäten 30 als hochohmige
Hochfrequenzwiderstände direkt vor der Querkapazität 6 auszubilden. Diese Drosselröhrchen
29 werden zweckmäßigerweise durch eine Kunststoff-Einbettung 31 vor der Außenseite
der Haltescheibe 18 mechanisch gehaltert und gegen Biegebeanspruchungen sowie Umwelteinflüssen
geschützt.
1. Elektrisches Anzündmittel (1) mit einem Trägerkörper (5), der von Zuleitungen (11)
zur Zündbrücke (4) durchquert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Trägerkörper (5) als Querkapazität (6) ausgebildet ist, die an die Zündbrücken-Zuleitungen
(11) angeschlossen ist.
2. Anzündmittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Querkapazität (6) mit Elektroden (9) ausgestattete Keramik-Schichten (10)
aufweist.
3. Anzündmittel nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (9) abwechselnd mit achsparallel durchlaufenden Zuleitungen (11)
kontaktiert sind.
4. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Querkapazität (6) in einen Armier-Ring (28) eingefaßt ist.
5. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Anzündelement (3) eines Zündhütchens (2) ausgelegt ist, mit Ausbildung
der Querkapazität (6) in einem geschichteten Trägerkörper (5) mit zentraler und peripherer
Ausbildung der Anschlüsse (7,8) der Elektroden (9).
6. Anzündmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Anzündpille (14) ausgelegt ist, mit Ausbildung der Querkapazität (6) als
ihr Polkörper (13), der wenigstens ein Durchgangs-Loch (12) für eine Zuleitung (11)
aufweist.
7. Anzündmittel nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Loch (12) durchkontaktiert und mit jeder zweiten Lage von Elektroden (9) sowie
der zugeordneten Zuleitung (11) elektrisch verbunden ist.
8. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Ansteuerung seiner Zündbrücke (4) über eine Zuleitung (11) und
eine Einkapselungs-Hülse (15) erfolgt.
9. Anzündmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ansteuerung seiner Zündbrücke (4) über zwei den Trägerkörper (5) durchquerende
Zuleitungen (11) erfolgt.
10. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als auslösendes Element in einem mechanischen Schalt- oder Sperrglied ausgelegt
ist.
11. Anzündmittel nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Querkapazität (6) in die Hülsen-Haltescheibe (18) integriert ist, der gegenüber
innerhalb der Hülse (15) eine Anzündpille (14) verschiebbar gehaltert ist.
12. Anzündmittel nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Haltescheibe (18) durch ein Loch (12) durchquerende Zuleitung (11) darin
unter Friktion und elektrischer Kontaktierung zu einer Querkapazitäts-Elektrode (9)
axial verschiebbar ist.
13. Anzündmittel nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Haltescheibe (18) durch ein Loch (12) durchquerende Zuleitung (11) am
Loch (12) mit einer Querkapazität-Elektrode (9) elektrisch leitend starr verbunden
ist.
14. Anzündmittel nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Haltescheibe (18) durchquerende Zuleitung (11) längs eines Bogens (27)
an eine in einer äußeren Hülse (15) axial verschiebbare Anzündpille (14) angeschlossen
ist.
15. Anzündmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Zuleitung (11) vor Eintritt in das Trägerkörper-Loch (12) ein Drosselröhrchen
(29) aufgeschoben ist.
16. Anzündmittel nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Drosselröhrchen (29) durch eine Kunststoff-Einbettung (31) gegen Umgebungseinflüsse
geschützt und mit dem Trägerkörper (5) verbunden ist.