Die Erfindung betrifft ein pyrotechnisches Verzögerungselement für die Verwendung in pyrotechnischen Anzündketten und insbesondere einen Verzögerungssatz darin. Das Verzögerungselement zeichnet sich durch eine flexible und einfache Einstellung der Brenngeschwindigkeit über einen weiten Bereich aus.
Bei pyrotechnischer Munition erfolgt die Auslösung über Anzündketten, die aus mehreren Anzündmitteln bestehen können. Aufgabe dieser Anzündkette ist es, einen externen Auslöseimpuls in eine pyrotechnische Reaktion umzuwandeln und die Wirkladung zum gewünschten Zeitpunkt zur Reaktion zu bringen. Oftmals ist es notwendig, ein bestimmtes Zeitintervall zwischen dem externen Auslöseimpuls und der Reaktion der Wirkladung einzuhalten. Da die Zeitpunkte für externe Auslösung und Reaktion der Wirkladung in der Regel unbeeinflussbar feststehen, muss innerhalb der Anzündkette ein sogenanntes Verzögerungselement den notwendigen Zeitabstand (Verzögerungszeit) sicherstellen. Diese Verzögerungszeit kann in Abhängigkeit von der Anwendung zwischen einigen Millisekunden und mehreren Sekunden liegen.
Eine typische Ausführungsform eines Verzögerungselementes (auch Anzündverzögerer genannt) zeigt
Pyrotechnische Verzögerungssätze sind seit Jahrzehnten bekannt und finden auch in der zivilen Sprengtechnik bei sogenannten Sprengzeitzündern Anwendung. Sie bestehen in der Regel aus einem Gemisch von Brennstoff und Oxidationsmittel. Gegenüber den zivilen Anwendungen kommen bei Einsatz in pyrotechnischer Munition zusätzliche Anforderungen hinzu. Das Durchbrennvermögen (also der zuverlässige lineare Abbrand des Verzögerungssatzes) muss über einen großen Temperaturbereich (mindestens -54°C bis +71 °C) und weitgehend unabhängig von den Druckverhältnissen gegeben sein. Dabei sollte die Brenngeschwindigkeit idealerweise keine oder nur eine geringe Abhängigkeit von der Temperatur und dem äußeren Druck aufweisen. Es wird zwischen Anzündverzögerern in "geschlossener" und "offener" Konstruktion unterschieden. Bei geschlossener Bauweise sind ein auslösendes Element (beispielsweise ein Anzündhütchen) und eine Abdeckung des Abfeuerungssatzes integriert. In offener Konstruktion liegen die Oberflächen der An- und Abfeuerung frei. Die offene Konstruktion verlangt von den verwendeten pyrotechnischen Sätzen eine weitgehende Unabhängigkeit der Brenngeschwindigkeit vom äußeren Druck. Zudem ist eine hohe Stabilität der Verzögerungssätze und Verträglichkeit mit den Kontaktmaterialien notwendig, um die lange Lebensdauer zwischen 12 und 20 Jahren zu gewährleisten. In diesem Zeitraum sollte sich die Brenngeschwindigkeit nicht ändern. Pyrotechnische Verzögerungssätze können als Trockenmischung der Ausgangsstoffe oder in einem Nassverfahren unter Zugabe eines Binders als Granulat der Ausgangsstoffe hergestellt werden.
Ein pyrotechnisches Verzögerungselement wird in der
Eine Alternative zu diesem Verzögerungssatz ist in der europäischen Anmeldung
Derzeit werden in offenen Anzündverzögerern für militärische Applikationen oftmals pyrotechnische Verzögerungssätze verwendet, die einerseits SVHC-Stoffe (Substances of Very High Concern) enthalten und andererseits einen vergleichsweise deutlichen Temperaturgang der Brennzeit aufweisen. Ein typischer Vertreter dieser Verzögerungssätze ist ein System bestehend aus Kaliumperchlorat, Bleichromat, Antimon und einem Bindemittel wie Nitrozellulose. Dieser Verzögerungssatz enthält mit Bleichromat einen SVHC-Stoff, der nach Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 REACH seit Mai 2015 genehmigungspflichtig ist. Zudem beträgt der Temperaturgang im verarbeiteten Zustand im Anzündverzögerer ca. 10 bis 20% des Nennwertes der Verzögerungszeit (Temperaturbereich: -54°C bis +71 °C). Zur Steigerung der Präzision der pyrotechnischen Munition ist hier eine deutliche Verbesserung wünschenswert.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein pyrotechnisches Verzögerungselement für pyrotechnische Anzündketten anzugeben. Dieses soll:
Die vorgenannten Ziele werden durch ein Verzögerungselement gelöst, welches in einer Metallhülse ein Anfeuerungssatz-, ein Verzögerungssatz- und ein Abfeuerungssatz-Gemisch enthält, wobei im An- und Abfeuerungssatz-Gemisch mindestens 35 Gewichtsanteile Bor, mindestens 15 Gewichtsanteile Eisen(III)-oxid und mindestens 5 Gewichtsanteile Kalium-Perchlorat sich jeweils ergänzend zu 100 Gew.-% enthalten sind und in der Mischung des Verzögerungssatzes mindestens 5 Gewichtsanteile Kaliumperchlorat, mindestens 10 Gewichtsanteile Titan(IV)-oxid, mindestens 25 Gewichtsanteile Wolfram und mindestens 1 Gewichtsanteil Aluminium enthalten sind. In den Mischungen mit einem Mindestgehalt aufgeführte Komponenten und gegebenenfalls mindestens einer weiteren Komponente ergänzen sich zu 100 Gewichtsanteilen.
Die vorgenannten Ziele werden auch durch ein Verzögerungselement gelöst, bei dem An-und Abfeuerungssatz-Gemisch aus mindestens 70 Gewichtsanteilen Bleimennige und mindestens 20 Gewichtsanteilen Silizium bestehen.
Vorzugsweise sind in den Mischungen des An- und Abfeuerungssatzes und des Verzögerungssatzes noch 0,1 - 3 % Gewichtsanteile eines Bindemittels als Zuschlag enthalten.
Besonders bevorzugt sind in den Mischungen des An- und Abfeuerungssatzes und des Verzögerungssatzes als Bindemittel 0,1 - 3 % Gewichtsanteile Celluloseether (Tylose), Nitrozellulose oder Polyvinylalkohol als Zuschlag enthalten.
Die hohe Flexibilität des vorgeschlagenen Verzögerungssatzsystems lässt sich durch Messungen der Verzögerungszeit in Anzündverzögerern nachweisen. Dazu werden der Verzögerungssatz sowie An- und Abfeuerungssatz in Anzündverzögerer gemäß
Beispielsweise beträgt die Länge der Metallhülse 19 mm bei einem Außendurchmesser von 6 mm und einem Innendurchmesser von 3,6 mm. Die Höhe der Verzögerungssatzsäule beträgt in allen Beispielen 9 mm. An- und Abfeuerung haben eine Höhe von jeweils 5 mm. Die Verzögerungszeit ist dann definiert als Zeit zwischen der Anzündung der Anfeuerungsladung und der Reaktion der Abfeuerungsladung (
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die bevorzugte Verzögerungszeit von 2,25 s kann beispielsweise mit folgenden pyrotechnischen Sätzen erzielt werden:
Das gewünschte gute Durchbrennvermögen konnte durch die Prüfung von ca. 1000 Anzündverzögerern dieser Ausführung nachgewiesen werden. Basierend auf 1000 fehlerfreien Versuchen ergibt sich eine Mindestzuverlässigkeit von 99,7 % (Vertrauensniveau 95 %), welches die üblichen militärischen Anforderungen an solche Komponenten von 99 % deutlich übertrifft.
Die Abhängigkeit der Brennzeit von der Temperatur wurde anhand der Verzögerungszeit im Anzündverzögerer im Temperaturbereich zwischen -54°C und +71 °C ermittelt. Sie beträgt im betrachteten Temperaturbereich ca. 8 % bezogen auf die Brenngeschwindigkeit bei Raumtemperatur und liegt damit deutlich unter dem Wert von ca. 10 - 20 % bei bisher üblichen Satzsystemen (z.B. Kaliumperchlorat/Bleichromat/Antimon).
Die Langzeitstabilität wurde durch stoffliche Untersuchungen und Umweltsimulationsprogramme mit geladenen Anzündverzögerern nachgewiesen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen lassen eine positive Prognose für den Einsatz über mehr als 12 Jahren zu.
Die Einstellung einer weiteren bevorzugten Verzögerungszeit von 0,6 s ist unter Beibehaltung von An- und Abfeuerung sowie der Höhe der Verzögerungssatzsäule von 9 mm mit folgender Zusammensetzung des Verzögerungssatzes möglich:
Die Einstellung einer weiteren bevorzugten Verzögerungszeit von 3,5 s ist unter Beibehaltung von An- und Abfeuerung sowie der Höhe der Verzögerungssatzsäule von 9 mm mit folgender Zusammensetzung des Verzögerungssatzes möglich:
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