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Piezo-elektrischer Zünder für Detonatoren insbesondere an Geschossen
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Zünder für die Detonatoren, insbesondere
an Geschossen, mit wenigstens einem piezo-elektrischen Element zur Erzeugung der
Zündspannung.
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Die klassischen Zünder bestehen im wesentlichen aus Zündnadel und
Zündhütchen. Beim Aufprall des Geschosses sticht die Zündnadel in das Zündhütchen,
wodurch dieses zur Zündung kommt, wodurch wiederum die Sprengladung gezündet wird.
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Zu diesen klassischen Zündern treten neuerdings die piezo-elektrischen
Zünder. Bei diesen wird ein Piezo-Element, insbesondere ein Quarzkristall oder eine
Piezo-Keramik, beim Aufschlag des Geschosses mit Druck beaufschlagt, wodurch am
Piezo-Kristall eine elektrische Spannung
auftritt, die zur Zündung
eines elektrischen Detonators dient.
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Durch die beim Aufschlag des Geschosses aufadie Piezo-Elemente wirkende
Kraft wird dessen Kristallgitter deformiert und eine von der Höhe der Belastung
abhängige Spannung erzeugt. Diese Spannung ist infolge ihrer Abhängigkeit von der
beim Auftreffen auf die Keramik wirkenden Kraft von Fall zu Fall sehr unterschiedlich.
Sie hängt u. a. ab von der Auftreffgeschwindigkeit, der Auftreffrichtung und von
der mechanischen Widerstandsfähigkeit der Materie im Auftreffpunkt. So sind bei
gleichem Auftreffwinkel und gleicher Auftreffgeschwindigkeit äe nach Bodenbeschaffenheit,
wie Fels, Stand oder Moor, die Beaufschlagung des Piezo-Elementes und damit auch
die von diesem abgegebene Spannung verschieden gross.
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Da die elektrischen Zündmittel, die durch die von dem Piezo-Element
abgegebene Spannung zur Zündung gebracht werden sollen, aus Sicherheitsgründen erst
ab einer bestimmten Spannung bzw.
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einer bestimmten Stromstärke ansprechen, treten infolge zu flachem
Auftreffwinkels, zu geringer Auftreffgeschwindigkeit oder zu weichem Boden unvermeidbar
Blindgänger auf.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen piezo-elektrischen
Zünder zu schaffen, der unabhängig von -Auftreffgeschwindigkeit, Auftreffwinkel,
Bodenbeschaffenheit und dgl. eine definierte Zündspannung abgibt.
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Die lösung dieser Aufgabe besteht gemäss der Erfindung im wesentlichen
darin, dass wenigstens ein piezo-elektrisches Element von dem Gasdruck und/oder
der Beschleunigung beim Abschuss beaufschlagt wird, dass eine Rast- bzw. Riegelvorrichtung
zur Aufrechterhaltung dieser Druckbeaufschlagung des piezo-elektrischen Elementes
während des Fluges bis zum Aufschlag vorgesehen ist und dass in der elektrischen
Leitung vom Piezo-Element zum Detonator ein auf den Aufschlag ansprechender Schalter
vorgesehen ist.
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Gemäss der Erfindung wird also das Piezo-Element nicht wie bisher
beim Aufschlag des Geschosses druckbeaufschlagt, so dass auch die erwähnten Abhängigkeiten
der Aufschlagkraft von Aufschlagwinkel, Aufschlaggeschwindigkeit, Bodenbeschaffenheit
und dgl. fortfällt. Stattdessen wird das Piezo-Blement schon vor dem Aufschlag des
Geschosses, insbesondere durch den Gasdruck bzw. die Beschleunigung beim Abschuss
des Geschosses druckbeaufschlagt. Diese Druckbeaufschlagung des Piezo-Elementes
beim Abschuss wird in dem Piezo-Element in eine entsprechende elektrische Spannung
umgesetzt. Um diese im Moment des Abschusses auftretende Druckbeanspruchung und
damit die dieser entsprechende elektrische Spannung während des Fluges bis zum Aufprall
des Geschosses aufrechtzuerhalten, ist die angegebene Verriegelungsvorrichtung vorgesehen.
Damit steht also wahrend des gesamten Fluges die erforderliche Zündspannung in dem
Piezo-Element an, das Piezo-Element übernimmt gleichsam die Funktion
eines
kondensators. Um diese elektrische Zündspannung im Moment des Aufschlages zur Zündung
des Detonators freizugeben, ist der genannte Schalter in die elektrische Bettung
vom Piezo-Element zum elektrischen Detonator eingebaut, welcher Schalter auf den
Aufschlag des Geschosses anspricht.
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In jedem Falle, also auch bei der geringsten Aufschlaggeschwindigkeit
unter dem geringsten Auftreffwinkel in dem weichesten Gelände und bei Rinzutreten
aller denkbare-n übrigen ungünstigen Umstände, ist die Aufschlagenergie noch mit
Sicherheit um Grössenordnungen grösser als die grösste Energie bzw. Erschütterung,
die beim Transport und der Handhabung des Geschosses bzw. des Zünders auftreten
können, so dass der Schalter dementsprechend ausgelegt sein kann, dass er beim Aufschlag
des Geschosses mit Sicherheit anspricht, bei dem mit transport und Handhabung verbundenen
Erschütterungen aber mit Sicherheit nicht anspricht.
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Vorteilhaft ist das Piezo-Element in einem zylindrischen Gehäuse auf
bzw. unter einem oder zweischen zwei federnden Scheiben angeordnet. Die federnden
Scheiben und damit das Piezo-Element werden beim Abschuss druckbeaufschlagt. Durch
Arretierung in ir zasammengedrückten, also druckbeaufschlagten Stellung der federnden
Scheiben wird diese Druckbeaufschlagung aufrechterhalten bis zum Aufschlag des Geschosses.
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Bei Verwendung des Gasdruckes zur Druckbeaufschlagung ist gemäss
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Kolben durch den Gasdruck in dem zylindrischen
Gehäuse verschieblich, wobei ein Liderungsring am Kolben in eine Rille am Zylinder
zur Verriegelung der Bederscheiben in der komprimierten Stellung einrastet.
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Bei Verwendung der Abschussbeschleunigung zur Druckbeaufschlagung
der Federscheiben und damit des Piezo-Elementes ist gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ebenfall ein Kolben in den Zylinder durch die Abschussbeschleunigung
verschieblich, wobei der Kolben in der komprimierten Stellung der Federringe durch
eine Stiftverriegelung verriegelt wird, welche Stiftverriegelung durch die auf dem
Drall beruhende Zentrifugalbeschleunigung ausgelöst wird.
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Gemäss- einer anderen Ausführung der Erfindung kann auch das Piezo-Element
selbst durch Ausnutzung der Zentrifugalkräfte des Dralles beaufschlagt werden. Da
der Drall und damit die Zentrifualkraft im wesentlichen während der gesamten Flugdauer
unveränderlich ist, kann bei dieser Ausführung ein besonders Verriegelungselement
entfallen. Es ist also im wesentlichen nur erforderlich, dass das Piezo-Element
zusammen mit einem ederelement und einem rägheitsmasseelement quer zur längsrichtung
des Geschosses angeordnet und damit der Zentrifugalkraft des Dralles ausgesetzt
sind.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend drei Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei ist jedoch der Einfachheit halber der elektrische
Detonator sowie der genannte Schalter fortgelassen.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungs-beispiel der Erfindung welches
durch den Gasdruck beim Abschuss beaufschlagt wird, Fig. 2 zeigt ein Aus führungsbei
spiel -mit Beaufschlagung durch die Abschlussbeschleunigung, Fig. 3 zeigt schematisch
die Ausführung der Erfindung bei Beaufschlagung des Piezo-Elementes durch die Zentrifugalkraft
des Dralles.
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Gemäss Fig. 1 und Fig. 2 ist in einem Gehäuse 2 ein piezoelektrisches
Element 1 zwischen zwei federnden Scheiben 3 angeordnet. Durch Kontaktösen 5 wird
die elektrische Spannung von dem Piezo-Element 1 abgenommen und über einen - nicht
dargestellten - beim Aufschlag des Geschosses ansprechenden Schalters auf den -
nicht dargestellten - elektrischen Detonator freigegeben.
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Gemäss Fig. 1 ist in dem Zylinder 2 ein Kolben 4 verschieblich, der
von dem Gasdruck beim Abschuss des Geschosses beaufschlagbar ist. Ein Iiderungsring
11 am rückwärtigen Ende des Kolbens rastet in der vorgeschobenen, komprimierten
Stellung der elatischen Scheiben 3 in eine umlaufende Rille 10 am Zylinder 2
ein,
wodurch die elastischen Scheiben 3 in der komprimierten Stellung gehalten werden,
so dass die auf den Piezo-Kristali 1 die wirkende Federkraft und damit/dieser entsprechende
elektrische Spannung ebenfalls fixiert bleiben.
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~Gemass Big. 2 ist in den Zylinder 2 eine Scheibe 4 auf Abstand von
der elastischen Scheibe 3 gehalten. Auf Grund der Abschussbeschleunigung prallt
die Scheibe 4 auf die elastischen Scheiben 3 auf, wodurch diese komprimiert und
damit das Piezo-Element 5 elektrisch geladen werden. Die Scheibe 4 wird in der komprimierten
Stellung der Scheibe 3 arretiert durch die in radialen Bohrungen im Kolben 4 vorgesehenen
Stifte 7, die in eine Nut 12 im Zylinder 2 in der komprimierten Stellung einrasten.
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Gemäss Fig. 3 ist der Zylinder 2 mit Piezo-Element 1, federnden Scheiben
3 und Massescheibe 4 quer zur längsrichtung des Geschosses angeordnet; und zwar
sind drei solcher Zylinder über den Umfang verteilt; die Anschlussklemmen sind untereinander
verbunden. Durch die Zentrifugalkraft auf Grund des Dralles wirkt die Masse der
Scheiben 4 auf die Federelemente 3 und damit auf die Piezo-Elemente 1, wodurch in
den Piezo-Elementen die entsprechende elektrische Spannung erzeugt wird. Da der
Drall im wesentlichen während des Fluges unveränderlich ist, entfällt eine besondere
Verriegelung in der komprimierten Stellung.