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Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Bereich der
Zündsätze mit integrierter technischer Verzögerung für eine
Munition bzw. eine Sicherheitsabwehrvorrichtung (DSA).
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Die pyrotechnischen Verzögerungen vom Typ Verzögerungslunte
bestehen aus einem Zündsatz, einer pyrotechnischen Mischung
mit Verzögerungswirkung in einer Metallhülse, sowie eventuell
einem Sprengstoff als Ausgangsrelais. Sie werden innerhalb
einer pyrotechnischen Kette eingesetzt, um eine Verzögerung
zu bewirken.
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Es wurden bereits zahlreiche pyrotechnische Verzögerungen
vorgeschlagen, um eine Abbrandgeschwindigkeit von einigen
Zentimetern pro Sekunde zu erzielen. In diesem Zusammenhang
waren die Patente US-A-4 144 814 und FRA-A-2 464 932 zu
nennen, die derartige Zündverzögerungen im einzelnen
beschreiben. Diese Zündsätze werden jedoch immer elektrisch
über einen Drahtwiderstand gezündet, nicht durch Schlag,
sodaß sie für
Munition bzw. eine Sicherheitsabwehrvorrichtung nicht
einsetzbar sind. Außerdem ist es bis heute unmöglich,
Verzögerungsmischungen zu zünden, deren Durchmesser unter 3
mm liegt.
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Bei der Konzeption einer Munition oder
Sicherheitsabwehrvorrichtung erweist es sich oft als
vorteilhaft, auf eine Verzögerung durch einen pyrotechnischen
Verzögerungssatz zurückzugreifen. Die übliche Lösung besteht
darin, eine Verzögerung speziell für das untersuchte System
zu definieren, gewöhnlich eine Metallhülse mit einer
eingepreßten Verzögerungsmischung. Eine derartige Verzögerung
arbeitet genau und zuverlassig, erfordert jedoch relativ viel
Platz, d.h. falls eine Einstellung der Verzögerungszeit
erforderlich ist (wie bei einigen Raketen-Mörsergeschossen),
wird es vom Raumbedarf her erforderlich, die gepreßte
Verzögerungsmischung durch mechanisches Verschieben eines der
Raketenteile (Verzögerungsträger oder Relaistrager) in
größerer bzw. geringerer Nähe des Zündrelais zu zünden. Eine
solche Lösung ist nicht sehr zufriedenstellend, da sie eine
gewisse Ungenauigkeit zur Folge hat.
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So kommt es, daß eine Menge Verzögerungsprobleme bis jetzt
keine pyrotechnische Lösung gefunden haben und man sich
gezwungen sieht, auf komplexere Verzögerungstechniken
zurückzugreifen (z.B. Zeitmesser), die oft platzaufwendiger
und teurer sind.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es also, ein Zündsystem
für eine pyrotechnische Verzögerung mit Schlagzündung
anzubieten, das in eine Munition bzw.
Sicherheitsabwehrvorrichtung eingebaut werden kann,
preisgünstig und von geringem Durchmesser.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es also, ein Zündsystem
für eine pyrotechnische Verzögerung mit Schlagzündung
anzubieten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus einer
ersten Schlagzündmischung und einer zweiten Mischung aus
Titan- und Borpulver besteht.
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Bei der ersten Mischung kann es sich um einen Pille aus
Kaliumchlorat, Bleirhodanid, Antimonsulfid und Bleistyphnat
handeln.
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Die zweite Mischung kann mengenmäßig aus 80 % Titanpulver und
20 % Borpulver bestehen.
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Die erste Mischung kann bei einem Druck von 0,5.10&sup8; bis 2.10&sup8;
Pa, die zweite Mischung bei einem Druck von 0,5.10&sup8; bis
2,5.10&sup8; Pa zusammengepreßt werden.
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Die Erfindung betrifft darüberhinaus den Einsatz dieses
Zündsystems bei der Herstellung einer van einer Metallhülse
umgebenen Verzögerungslunte, deren Außendurchmesser kleiner
bzw. gleich 3 mm ist, mit einer pyrotechnischen Mischung,
deren Abbrandgeschwindigkeit kleiner bzw. gleich 4 mm/Sek.
ist.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß man
ein einfach herzustellendes, leicht einsetzbares Zündsystem
von geringer Größe erhält.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die
Zündmischung Verzögerungslunten von geringem Durchmesser,
d.h. kleiner oder gleich 3 mm, zündet. So kann man die
Eigenschaften bekannter Verzögerungsmischungen bei
Vorrichtungen einsetzen, bei denen dies bis jetzt unmöglich
war.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, daß die
Verzögerungsmischung ohne Desorganisation bzw. Zerstörung der
sie enthaltenden Zelle gezündet werden kann, sodaß eine
Störung der Zündkette vermieden wird.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Zusatzbeschreibung.
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Die Verzögerungsmischung selbst ist in Fachkreisen weitgehend
bekannt. Sie besteht aus Wolfram, Bariumchromat und
Kaliumperchlorat, z.B. in folgenden Gewichtsprozenten: 28, 62
und 10. Man nutzt die Eigenschaften dieser Mischung aus,
d.h.:
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- eine Verbrennung, die wenig Gase freisetzt, wodurch sich
das Risiko der Projektion von Ruckständen sowie der
Desorganisation eines beliebigen Bestandteils der Zündkette
oder sogar einer Beschädigung der
Sicherheitsabwehrvorrichtung verringert,
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- Sicherheit bei Einsatz und Lagerung aufgrund der geringen
Empfindlichkeit,
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- ein ausgezeichnetes Alterungsverhalten (Lebensdauer), bei
20ºC 20 Jahre, d.h. weit mehr als die Lagerzeit der meisten
anderen Munitionen, sodaß während dieses Zeitraums auch keine
Kontrolle erforderlich ist.
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Es ist jedoch bekannt, daß diese Mischung einen Nachteil hat:
sie ist schwer zu zünden, da sie sehr viel Verbrennungswärme
benötigt.
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Daher mußte eine spezielle, garantiert zuverlässige und
sichere Zündmischung definiert werden, die während des
relativ langen Zeitraums von einigen Millisekunden einen
hohen spezifischen Brennwert aufweist.
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Dieser Zünder besteht aus einer Schlagzündmischung, in
Verbindung mit einer Titan-Bor-Mischung. Beide Mischungen
sind als solche bekannt, wurden jedoch noch nie gemeinsam
eingesetzt, und es ist auch keine industrielle Verwendung der
Mischung Titan/Bor in der Pyrotechnik bekannt.
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Die Titan-Bor-Mischung weist gewisse Eigenschaften auf, die
sie für die vorgesehene Verwendung besonders geeignet
erscheinen lassen:
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- einen hohen spezifischen Brennwert,
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- einen vollständig gasfreien Abbrand, d.h. ohne das Risiko
einer Projektion von Rückständen, bzw. einer Desorganisation
der Titan-Bor-Pille, was den Kontakt zwischen dieser Mischung
und der Verzögerungsmischung beeinträchtigen und so die
Verbrennungsübertragung verhindern könnte,
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- Ausgangsprodukte (Titan und Bor) ohne pyrotechnischen
Charakter, leicht und sicher zu verwenden, was die
Herstellungssicherheit erhöht,
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- Zündung der Verzögerungsmischung durch eine
Verbrennungsfront.
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Die Granulometrie des Titan- und des Borpulvers kat keinen
nennenswerten Einfluß auf die Leistungen der Zündmischung.
Das Titanpulver hat eine durchschnittliche Korngröße von ca.
15 um, das Borpulver 1,2 um.
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Da es unmöglich ist, die Titan-Bor-Mischung durch Schlag zu
zünden, muß unbedingt eine Zündmischung vorgesehen werden.
Diese besteht aus einem Pille aus Kaliumchlorat,
Bleirhodanid, Antimonsulfid und Bleistyphnat. Diese Mischung
ist bekannt und leicht durch Schlag zu zünden. Ihre Energie
reicht aus, um die heiße Titan-Bor-Mischung zu zünden, ohne
sie zu desorganisieren bzw. die Zelle zu zerstören. Ihre
Schlagenergie beträgt ca. 0,1 Joule, und sie erzeugt eine
hohe Ausgangsenergie van ca. 100 Joule. Dabei wird die
Deflagration dieser Mischung weder auf die Titan-Bor-
Mischung, noch auf die pyrotechnische Verzögerungsmischung
übertragen.
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Mit diesen beiden Mischungen kann man einen sehr kleinen
Zünder, von 4 mm Durchmesser und 5 mm Höhe, herstellen.
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Man stellt also eine Verzögerung aus einem auf das eine Ende
einer Metallhülse gepreßten Kopfzünder her. Diese Metallhülse
kann beispielsweise aus Blei oder aus Zinn sein, mit einem
Innendurchmesser von ca. 3 mm. Am anderen Ende dieser
Zündschnur befindet sich ein Ausgangsrelais, das wie üblich
hergestellt und hier nicht weiter beschrieben wird.
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Die Kopfzündung besteht aus einer Zelle, in die die erste
Zündmischung und die zweite Mischung eingepreßt wurden. Die
Zelle weist an ihrem Ende eine Öffnung für den Schlagstift
auf, die von einem dünnen Plättchen dicht verschlossen wird.
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Industriell stellt man die Verzögerungslunte aus einer Hülse
mit großem Durchmesser her, die auf eine bestimmte Länge
zugeschnitten und mit der Verzögerungsmischung gefüllt wird.
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Nach Versiegelung der Enden wird diese Hülse in eine Maschine
gegeben und zwischen Walzen gerollt, bis der gewünschte
Durchmesser erreicht ist, wobei die Länge der Zündschnur
selbstverständlich von diesem Durchmesser abhängt.
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Man kan Zündschnüre mit Zinnhülse mit einem Außendurchmesser
von 3 mm z.B. aus einer Hülse mit einem Außendurchmesser von
17 mm herstellen. Während dieser Herstellung wird die
Verzögerungsmischung einem Druck ausgesetzt, der bis zu
mehreren hundert Pascal betragen kann. Wie die durchgeführten
Versuche gezeigt haben, hat die Kompression dieser Mischung
jedoch keinen nennenswerten Einfluß auf die
Abbrandgeschwindigkeit.
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Durch verschiedene Funktionstests konnten die Zuverlässigkeit
des pyrotechnischen Verzögerungssatzes nachgewiesen, die
pyrotechnischen Komponenten genau bestimmt und die Mengen
optimiert werden. Daraus ergeben sich folgende Mischungen (in
Gewichtsprozent):
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- erste Mischung: 25 mg, Preßdruck 10&sup8; Pa,
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Kaliumchlorat ... 52 %
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Bleirhodanid ... 25 %
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Antimonsulfid ... 13 %
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Bleistyphnat ... 10 %
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- zweite Mischung: 80 mg, Preßdruck 1,5.10&sup8; Pa,
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Titan ... 81,6 %
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Bor ... 18,4 %
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- ein Bleiplättchen von 0,05 mm Dicke,
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- Zündschnur mit Zinn- oder Bleihülse, Außendurchmesser 3 mm
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- Verzögerungsmischung:
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Wolfram ... 28 %
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Bariumchromat ... 62 %
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Kaliumperchlorat ... 10 %
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Die Korngröße des Wolframs liegt unter 20 um.
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Ca. fünfzig Verzögerungen mit den oben genannten Proportionen
wurden gezündet. Es wurde keine Fehlzündung beobachtet,
obwohl die Aufschlagenergie ca. 0,1 Joule beträgt; bei einer
10 cm langen Zündschnur erhält man folgende Ergebnisse:
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- maximale Dauer 15,9 Sek.
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- minimale Dauer 14,03 Sek.
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- durchschnittliche Dauer 14,8 Sek.
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- Standardabweichung 0,45.
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Diese Ausführungsart weist zufriedenstellende Leistungen auf.
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Der Satz wird getestet, indem man minimale Biegeradien
vorgibt. Es gibt keine Fehlzündungen, und die Funktionszeiten
schwanken in diesem Fall zwischen 14,54 und 15,98 Sek., wobei
diese Werte denen vergleicbar sind, die man mit einer geraden
Zündschnur erhält. Aus diesen Tests geht hervor, daß die
Verwendung van gasfreien Mischungen, die weder Projektionen,
nach eine Zerstörung der Zündschnurhülse nach einen Ausfall
verursachen, sehr vorteilhaft ist. Darüberhinaus ist es
interessant, festzustellen, daß der Abbrand sogar unter so
ungünstigen Bedingungen perfekt übertragen wird, und zwar
trotz der sich aus den Biegungen mit sehr geringem Radius
ergebenden Bruchstellen.
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Eine andere Testserie beschäftigte sich mit dem Einsatz bei
niedriger Temperatur, was zu den schwierigsten
Einsatzbedingungen überhaupt gehört, von vier pyrotechnischen
Verzögerungssätzen, die für 2H30 bei -40ºC in einen Klimaraum
gelegt wurden. Danach schwankte ihre Funktionsdauer zwischen
14,90 Sek. und 15,83 Sek., d.h. sie war durchaus vergleichbar
mit den Werten, die sich bei normaler Umgebungstemperatur
ergeben.
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Außerdem wurde die Verzögerungsmischung auf ihre
Alterungsfähigkeit getestet, wobei man bei 30ºC von einer
Lebensdauer von über 20 Jahren ausgehen kann, bei 60ºC von
ca. 10 Jahren.
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Die erfindungsgemäße Verzögerung kann jedesmal eingesetzt
werden, wenn man folgende Eigenschaften erhalten möchte:
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- sehr langsame Abbrandgeschwindigkeit (2 mm/Sek.), d.h. eine
lange Verzögerungszeit bei einer Zündschnur von geringer
Länge und Größe, was besonders bei eingebauten Vorrichtungen
wichtig ist,
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- Die biegsame, trotz aller Biegungen gut funktionierende
Zündschnur erleichtert den Einbau in ein System,
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- gute Wiederholbarkeit der Leistungen, die von den
Einsatzbedingungen nicht nennenswert beeinflußt werden,
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- Beibehaltung der Leistungen bei niedrigen Temperaturen,
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- gute Alterungsfähigkeit.
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Auch andere Zündmischungen, bei denen die jeweiligen Anteile
von Titan und Bor zwischen 68 % und 32 % einerseits und 81,6
% und 18,4 % andererseits schwanken, wurden mit Erfolg
getestet. Wird das Titan teilweise durch Zirkonium ersetzt,
so erhält man die gleichen Ergebnisse.