CH633366A5 - Elektrischer bodenzuender. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Bodenzünder mit einer piezokeramischen Zelle als Stromerzeuger, in der durch den Gasdruck einer pyrotechnischen Ladung eine Spannung erzeugbar ist.

Bei elektrischen Bodenzündern mit einer piezokeramischen Zelle als Stromerzeuger ist die Zelle sowie eine dieser axial benachbarte Druckplatte meist so angeordnet, dass die Zelle entweder beim Abschuss - unter Wirkung der Beharrungskräfte - oder beim Zielaufschlag einer Druck- oder Stossbelastung ausgesetzt und dadurch in ihr die zum Zünden der Sprengladung erforderliche elektrische Energie erzeugt wird. Dazu ist die Zelle entweder im Zünder, z.B. in dessen Spitze, gegebenenfalls aber auch in dessen Boden angeordnet.

Daneben ist es (DE-OS-2 206 646) auch bekannt, die zur Erzeugung der elektrischen Energie erforderliche mechanische Druckenergie durch eine pyrotechnische Ladung zu erzeugen.

Während die bei der Abschussbeschleunigung auftretenden Kräfte zwar ausreichen, in einer piezokeramischen Zelle die zur Zündung erforderliche Spannung zu erzeugen, reicht diese Energie oft nicht aus, im Zünder gegebenenfalls noch vorhandene, weitere elektrische Schaltkreise ebenfalls zu speisen. Eine Stromquelle nach vorgenannter DE-OS wiederum benötigt eine eigene pyrotechnische Ladung sowie hierzu noch eine Zündeinrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen elektrischen Bodenzünder der eingangs beschriebenen Art einen Stromerzeuger zu schaffen, der etwa ebenso einfach aufgebaut ist wie bei bekannten, mit Beharrungskraft arbeitenden Stromerzeuger, der jedoch eine wesentlich höhere Leistung abgibt.

Nach dem Anspruch 1 ist diese Aufgabe dadurch gelöst,

dass die piezokeramische Zelle in einer Vertiefung einer Boden-5 schraube, an einem als Amboss dienenden Zwischenboden anliegend, angeordnet und mittels einer Druckplatte abgedeckt ist, welche durch den beim Abfeuern des Geschosses auf eine heck-seitige Abdeckscheibe treffenden Gasdruck der Geschosstreibladung an die piezokeramische Zelle andrückbar ist.

io Als Energiequelle dient somit der Gasruck der Treibladung, mit der das Geschoss abgefeuert wird. Die dabei in der piezokeramischen Zelle erzeugbare elektrische Energie beträgt ein Mehrfaches gegenüber der eines mit Trägheitskraft gespeisten piezoelektrischen Generators; dabei werden für diesen Generais tor nicht mehr Teile oder mehr Raum benötigt als für einen herkömmlichen, wesentlich leistungsschwächeren, durch Trägheitswirkung betätigten piezoelektrischen Generator. Aufgrund der kleinen Abmessungen ist er auch für Munition kleineren Kalibers von z.B. 28 oder 35 mm 0 geeignet. Darüber hinaus ist 20 ein Generator dieser Art gegen Fremdeinflüsse und rauhe Behandlung u. dgl. weitgehend unempfindlich. Durch ihre Anordnung und die feste Koppelung mit dem Geschosskörper bietet die piezokeramische Zelle zudem die Möglichkeit, sie nicht nur als Zündstromerzeuger beim Abfeuern des Geschosses, sondern 25 auch als Sensor beim Zielaufschlag, nämlich zum Aktivieren, d.h. Auslösen des Zündmittels, zu verwenden. Schliesslich erlaubt diese Lösung auch die Anordnung zweier piezoelektrischer Stromerzeuger übereinander, da die piezokeramische Zelle über die Druckplatte ideal gedrückt wird und somit der Kraft-30 fluss in gleicher Weise auf eine nachgeordnete Zelle weitergegeben wird; es liegt daher eine Verdoppelung der Ladung vor.

Durch die im Anspruch 4 umschriebene Ausführungsform wird in überraschender Weise durch Rüttelbewegungen, Fall, Stoss u. dgl. in der piezokeramischen Zeile erzeugte Ladespan-35 nungen vom Zündsystem bzw. einem Ladekondensator ferngehalten. Es gewährleistet, dass eine ausreichende Spannung erst dann erzeugt werden kann, wenn der auf die Abdeckscheibe wirkende Druck so hoch ist, dass die Abdeckscheibe den Freiraum überwindet. Zuführungsschocks und dergleichen lassen 40 sich hierdurch bereits mechanisch vom Generator fernhalten, so dass der Zünder handhabungs- und funktionssicher ist.

Die im Anspruch 5 umschriebene Ausführungsform führt in überraschender Weise bei stossartigen Körperschallwellen, wie Zuführschocks weder zu Ladespannungen noch zu schaltfähigen 45 Spannungsimpulsen. Eine an der Abdeckscheibe durch Stossbelastung anliegende Pulverladung eines Geschosses wird bei den auf ein Geschoss während der Zuführung zur Waffe bzw. in das Patronenlager einwirkenden Stossbelastungen durch die Abdeckscheibe abgefangen. Dieser Gegenstand sichert eine elek-50 tronische Zündschaltung absolut bis zur Abf euerung des Geschosses. Erst dann wird durch den Gasruck die Spannung erzeugt. Somit arbeitet dieser Gegenstand im Sinne eines Hauptschalters und vereinfacht dadurch die Zünderelektronik. Dieser Zünder erzeugt daher erst beim Geschossabschuss zuerst eine 55 Ladespannung und dann erst gegebenenfalls beim Aufschlag eine Triggerspannung. Ausgeschlossen ist, dass vor dem Abschuss eine Triggerspannung entsteht, die auf die Zünderelektronik einwirkt und dadurch eine Fehlfunktion des Zünders bewirken könnte.

60 Die im Anspruch 6 umschriebene Ausführungsform ermöglicht eine überraschend einfache Fertigung des Zünders, in dem der elastische Ring gleichzeitig als Toleranzausgleich und Abstandhalter zwischen Druckplatte und Kontaktfolie dient.

Die im Anspruch 7 umschriebene Ausführungsform ge-65 währleistet in überraschender Weise, dass der elektrische Kontakt zur Zelle und damit der elektrische Stromkreis nach erzeugter Ladespannung erhalten bleibt. Durch den während des Geschoss-Fluges fehlenden Treibladungsgasdruck vergrössert

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sich aufgrund des elastischen Zurückfederns der Abdeckscheibe der Abstand zwischen der Zelle und der Abdeckscheibe. Diese Abstandsänderung wird durch die federnden Laschen ausgeglichen. Damit kann die Zelle beim Zielaufschlag nochmals eingesetzt werden, indem sie eine Triggerspannung erzeugt.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung dreier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Bodenschraube eines Geschosses bzw. durch einen Bodenzünder mit einem piezoelektrischen Stromerzeuger nach der Erfindung

Fig. 2 und 3 Varianten zur Lösung nach Fig. 1

Fig. 4 eine Kontaktfolie nach Fig. 3

Fig. 5 einen Ausschnitt nach Fig. 3.

Nach Fig. 1 ist der in das Heck eines Geschosses eingebaute bzw. einschraubbare piezoelektrische Stromerzeuger in eine Bodenschraube 1 des Bodenzünders eingebaut. In eine hintere, napf artige Vertiefung 2 ist eine piezokeramische Zelle 3 mit Isolierstoffplatten 5,5' so eingelegt, dass sie sich axial an einem als Amboss dienenden Zwischenboden 4 der Bodenschraube 1 abstützt. An der Zelle 3 liegt, durch die Isolierstoffplatte 5' oder dgl. getrennt, eine Druckplatte 6 an, die in einem Isolierstoffring 7 zentrisch gehaltert ist. Von Kontaktbelägen 8, 9 dieser Zelle 3 führen Anschlussdrähte 14,15 nach innen zum Zündsystem, und zwar durch Bohrungen 10,11 des Zwischenbodens 4, in denen Isolierhülsen 12,13 stecken. Nach hinten ist die Vertiefung 2 durch eine in die Bodenschraube 1 eingebördelte Abdeckscheibe 16 abgeschlossen. Letztere ist nach innen gewölbt und liegt unter Vorspannung an der Druckplatte 6 mittig an.

Nach Fig. 2 kann zwischen der Abdeckscheibe 16 und der Druckplatte 6' jedoch auch ein kleiner Abstand, d.h. ein Freiraum 17 vorgesehen sein. Die Druckplatte 6' selbst ist dann mittels eines Bördelrandes 18 in der Bodenschraube V gegen Nachhintengehen gesichert.

Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 und 2 dargestellten piezoelektrischen Stromerzeuger geht im wesentlichen aus den Zeichnungen hervor. Beim Abfeuern des Geschosses wird durch den Gasdruck der Treibladung die verformbare Abdeckscheibe 16 gegen die Druckplatte 6,6' getrieben. Letztere drückt topfförmig die piezokeramische Zelle 3 gegen den Zwischenboden 4 und erzeugt in dieser eine Spannung entsprechend der Gasdruckspitze. Da die Abdeckscheibe 16 dabei unter Verformung über die ganze Fläche weitgehend gleichmässig gegen die Druckplatte 6,6' gepresst wird, erfährt auch die piezoelektrische Zelle 3 eine weitgehend gleichmässige Pressung über die gesamte Fläche, so dass sie beim Abschuss nicht zerstört wird. Dies ermöglicht, die piezoelektrische Zelle 3 nach dem Abschuss noch ein zweitesmal, nämlich als Aufschlagsensor zu verwenden, wobei die beim Aufschlag auftretende

Schockwelle beispielsweise über das Geschoss und den Zwischenboden 4 die Zelle 3 durchläuft.

Um durch Rüttelbewegungen, Fall, Stoss u. dgl. in der pie-5 zokeramischen Zelle 3 erzeugte Spannungen vom Zündsystem bzw. einem Ladekondensator fernzuhalten, ist der Zelle 3 in an sich bekannter, hier nicht dargestellter Weise eine elektrische Schwelle nachgeschaltet, die einen Spannungsstoss erst weitergibt, wenn ein bestimmtes Mindestpotential überschritten ist. io Da die durch den Gasruck erzeugte Spannung wesentlich über der durch Transportstösse erzeugten liegt, lässt sich eine Trennung ohne Schwierigkeit bewerkstelligen. Der Zünder ist dadurch absolut handhabungs- und funktionssicher.

Eine ähnliche Schwellenwirkung wird - mechanisch - durch 15 die Lösung nach Fig. 2 erreicht. Dort kann in der Zelle 3 erst eine ausreichende Spannung erzeugt werden, wenn der auf die Abdeckscheibe 16 wirkende Druck so hoch ist, dass er den Freiraum 17 überwindet. Zuführungsschocks u. dgl. lassen sich hierdurch bereits mechanisch vom Generator fernhalten.

20 Nach Fig. 3 liegen an der nur einen Kontaktbelag 8 aufweisenden Zelle 3 eine elektrisch leitende Druckplatte 19 (Aluminium) an. Eine elektrisch isolierende Buchse 20 mit einem Bund 21 hält die Zelle 3 und die Druckplatte 19 über einen elastischen Ring 22. Der Ring 22 ist abgestützt durch die in der 25 Bodenschraube 1 eingebördelte Abdeckscheibe 16'. Zwischen dem Ring 22 und der Abdeckscheibe 16' liegen eine Isolierstoffplatte 23 und eine Kontaktfolie 24 mit federnden (durch Stanzen erzeugte) Laschen 25 (Fig. 4) und Abschlussdraht 15. Zwischen den Laschenspitzen und der Druckplatte 19 besteht 30 der Freiraum 17. Ein Isolierring 30 stützt die Kontaktfolie 24. Eine Isolierhülse 13' steckt in Bohrungen 11, 31. —Die Bodenschraube 1 ist verschraubt mit einer Geschosshülse 32. Diese ist mit einer Patronenhülse 33 verbunden. Im Abstand 34 befindet sich die Pulvertreibladung 35.

35 Der Gasdruck der Treibladung verformt nach Fig. 5 die Abdeckscheibe 16' topfförmig und drückt mit maximal möglicher Fläche über die dazwischenliegenden Teile 23,24 die Zelle 3 gegen den Zwischenboden 4. Entsprechend der Gasdruckspitze wird eine Ladespannung erzeugt. Zeitlich nach der Gas-40 druckspitze federt die zwar plastisch verformte Abdeckscheibe 16' etwas zurück, jedoch die Laschen 25 gleichen die Abstandsänderung aus. Der elektrische Kontakt bleibt daher erhalten. Damit kann der Zünder beim Zielaufschlag durch die entstehende Körperschallwelle zusätzlich einen Triggerimpuls er-45 zeugen.

In hier nicht dargestellter, an sich bekannter Weise können zur Erhöhung der Spannung sowie zur Erhöhung der Funktionssicherheit des Generators mehrere piezokeramische Zellen, z.B. übereinandergeschichtet, im Raum zwischen der Druckplatte 6, so 6', 19 und dem Zwischenboden 4 angeordnet sein.

1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

633 366 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrischer Bodenzünder mit einer piezokeramischen Zelle als Stromerzeuger, in der durch den Gasdruck einer pyrotechnischen Ladung eine Spannung erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die piezokeramische Zelle (3) in einer Vertiefung (2) einer Bodenschraube (1), an einem als Amboss dienenden Zwischenboden (4) anliegend, angeordnet und mittels einer Druckplatte (6,6', 19) abgedeckt ist, welche durch den beim Abfeuern des Geschosses auf eine heckseiüge Abdeckscheibe (16,16') treffenden Gasruck der Geschosstreibladung an die piezokeramische Zelle (3) andrückbar ist.

2. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (16,16') aus verformbarem Werkstoff, wie Metall, besteht und nach innen gewölbt unter Vorspannung in das Heck der Bodenschraube (1) eingebördelt ist.

3. Zünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (16) mit ihrer gewölbten Seite spielfrei an der Druckplatte (6) anliegt.

4. Zünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckscheibe (16) und der in ihrem Verschiebeweg nach hinten begrenzten Druckplatte (6') ein Freiraum (17) vorgesehen ist (Fig. 2).

5. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (19) aus elektrisch leitendem Werkstoff besteht und an der Zelle (3) anliegt, und dass im Abstand von der Druckplatte (19) eine von der Abdeckscheibe (16') durch eine Isolierstoffplatte (23) getrennte elastische Kontaktfolie (24) zusammen mit der Abdeckscheibe (16') in der Bodenschraube (1) durchbiegbar eingespannt ist.

6. Zündernach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle und die Druckplatte (19) in einer elektrisch isolierenden Buchse (20) gefasst sind und die Buchse durch einen elastischen Ring (22) im Abstand von der Kontaktfolie gehalten ist (Fig. 5).

7. Zünder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfolie Laschen (25) besitzt, deren freier Abstand zu der Druckplatte den Freiraum (17) bestimmt.