EP0932015A1 - Detonator - Google Patents

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EP0932015A1
EP0932015A1 EP99100536A EP99100536A EP0932015A1 EP 0932015 A1 EP0932015 A1 EP 0932015A1 EP 99100536 A EP99100536 A EP 99100536A EP 99100536 A EP99100536 A EP 99100536A EP 0932015 A1 EP0932015 A1 EP 0932015A1
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EP
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detonator
bridge
ignition
smd
housing base
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Harald Wich
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Diehl Stiftung and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/12—Bridge initiators
    • F42B3/124—Bridge initiators characterised by the configuration or material of the bridge

Definitions

  • the invention relates to a detonator according to the Preamble of claim 1.
  • EP 0 248 977 A1 describes a carrier for one electric bridge igniter and a method for its Manufacturing known.
  • the bridge igniter is for ignition of priming, delay and pyrotechnic Mixtures as well as for the ignition of primary igniters and rates provided.
  • This well-known electrical Bridge igniter consists of one in a metallic Outer ring inserted ceramic body with a hole or with several holes. There is one in each hole solid or tubular contact pin as power supply firmly and tightly fitted. Each hole is one electrically conductive layer surrounded flat. Is located between the electrically conductive layers the ignition bridge.
  • the ignition bridge can be replaced by a Atomization or by means of a vapor deposition technique in a vacuum or generated by a screen printing process.
  • An electric bridge igniter with one versus one metallic housing insulates built-in glow bridge wire is known from DE 36 13 134 A1.
  • An unwanted one voltage dependent response due to electrostatic charge shifts on both sides parasitic arcing lines with simple to avoid manufacturing technical means
  • Wire ends of the glow plug wire including the Surrounding areas of their attachment points on the Terminal poles of the bridge igniter with an insulating layer made of insulating varnish, which after a dive from arcuate bridge wire center area expires or the is dripped onto the area surrounding the attachment points.
  • DE 42 36 729 A1 describes a squib with an insulating pole body with electrically conductive Longitudinal stripes, with one arranged on the polar body Glow plug and with connecting wires, the glow plug and the connecting wires each with the longitudinal strips over Solder points are connected, and with at least one Detonator and an outer top coat that matches the detonator covered.
  • detonators work after that electrothermal principle. I.e. that by feeding electrical energy the detonator's ignition bridge is usually strongly heated until evaporation. Here becomes the one in contact with the ignition bridge Ignition charge warms up beyond its initiation limit and ignition of the primer initiated.
  • Known detonators often have a very low resistance Ignition bridge on. Such low-resistance ignition bridges are however, is difficult to control electronically.
  • the same detonators are known in which the ignition bridge is one has moderate resistance.
  • Such ignition bridges the latter type are better electronic controllable, due to the small geometries of the Ignition bridges, e.g. of the wire diameter, however, they are relatively difficult to manufacture.
  • Another shortcoming known detonators is that the Resistance value of your ignition bridge always with large Resistance tolerances is affected. For example, the Resistance tolerance of a known detonator with a Resistance value of its ignition bridge of 15 ohms in the range of ⁇ 4 ohms, i.e. the resistance tolerance is on the order of ⁇ 20%.
  • a bridge wire or a bridge layer element for the ignition bridge is replaced by a miniature SMD resistor (Surface Mounted Device).
  • SMD resistors are readily available on the market at low cost.
  • the resistance value can advantageously be freely selected within wide limits regardless of the particular design of the SMD resistor. Resistance values between ⁇ 1 Ohm and> kOhm are available in almost all sizes of such SMD resistors.
  • the desired resistance value within the standard series (eg E24, E48 or E96) can be selected in a sufficiently finely graduated manner; and that the resistance tolerance of the resistance value of an SMD resistor forming the ignition bridge with values of ⁇ 1% can be selected from the standard program of the SMD resistors, and that the responsiveness, ie the peak power for igniting the firing rate of the detonator by selecting the design or
  • the size of the SMD resistor can be freely selected within wide limits; and that the ignition sensitivity can be influenced reproducibly within wide limits by the selection of the resistance technology (such as thick-film or thin-film resistance) and by the treatment of the resistance layer (with or without coating).
  • a size 0402 SMD resistor has a continuous power loss of the order of 50 to 60 mW.
  • the temperatures required to initiate the detonator's firing rate of up to 400 ° C can be reached with a short delay time.
  • Larger sizes, such as 0603, 0805 or 1206, have correspondingly higher power losses and therefore also require correspondingly higher peak powers in order to reach the initiation temperature at the boundary layer with the detonator's priming charge.
  • the inventive use of known SMD resistors as the ignition bridge of the detonator makes it possible in an advantageous manner while maintaining the known mounting conditions for such SMD resistors, for example on printed circuit boards, ceramic substrates, transistor bases, IC packages or the like.
  • the response sensitivity as desired to vary on the order of a decade, to be able to freely select the resistance value of the SMD resistor forming the ignition bridge within five decades as desired, and to be able to specify the resistance tolerance of the SMD resistor ⁇ as 1%.
  • Another very special advantage of using one known SMD resistor for the ignition bridge of the Detonator according to the invention consists in the possibility easily two or more than two "heating elements" per To be able to use detonator or flame igniter.
  • the SMD resistors are expedient interconnected on one side. This common connection and the associated with the individual SMD resistors second connectors are from the housing of the detonator led out to create the opportunity at High reliability applications with redundant ignition to be able to apply.
  • the figure shows a training in a sectional view of the detonator 10, which is made on a housing base 12 electrically insulating material contact surfaces 14 has that in thick or thin film technology are realized.
  • the contact surfaces 14 are with Connection pins 16 electrically connected, which itself extend through the housing base 12.
  • the contact surfaces 14 on the inside of the housing base 12 form connection contacts for SMD resistors 18.
  • the SMD resistors 18 form an ignition bridge 20 for one Ignition charge 22 of the detonator 10.
  • the ignition charge 22 is on the SMD resistors 18 or on the housing base 12 pressed on.
  • the detonator 10 has a housing 24 which is surrounded by a Housing sleeve 26 and a cover member 28 is formed. In there is a space 30 enclosed by the housing 24 Amplifier set 32 of the detonator 10.

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Abstract

Es wird ein Detonator (10) mit einem eine Zündbrücke (20) für einen Anzündsatz (22) bildenden elektrischen Widerstand beschrieben, der an einem Gehäuseboden (12) für eine Detonator-Gehäuse (24) vorgesehen ist. Ein kostengünstiger und vergleichsweise gut definierter Detonator wird dadurch erzielt, daß der die Zündbrücke (20) bildende elektrische Widerstand von mindestens einem an sich bekannten SMD-Widerstand (18) gebildet ist, der auf dem mit Anschlußkontakten (14) versehenen Gehäuseboden (12) des Detonators (10) elektrisch leitend fixiert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Detonator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 0 248 977 A1 ist ein Träger für einen elektrischen Brückenzünder und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Der Brückenzünder ist zur Anzündung von Anzündsätzen, Verzögerungssätzen und pyrotechnischen Mischungen sowie zur Zündung von Primärzündstoffen und -sätzen vorgesehen. Dieser bekannte elektrische Brückenzünder besteht aus einem in einem metallischen Außenring eingebrachten Keramikkörper mit einer Bohrung oder mit mehreren Bohrungen. In jede Bohrung ist ein massiver oder rohrförmiger Kontaktstift als Stromzuleitung fest und dicht eingepaßt. Jede Bohrung ist von einer elektrisch leitenden Schicht flächenförmig umgeben. Zwischen den elektrisch leitenden Schichten befindet sich die Zündbrücke. Die Zündbrücke kann durch eine Zerstäubungs- oder durch eine Aufdampftechnik im Vakuum oder mittels eines Siebdruckverfahrens erzeugt werden.
Ein elektrischer Brückenzünder mit einem gegenüber einem metallischen Gehäuse isoliert eingebauten Glühbrückendraht ist aus der DE 36 13 134 A1 bekannt. Um ein ungewolltes spannungsabhängiges Ansprechverhalten aufgrund von elektrostatischen Ladungsverschiebungen beiderseits parasitärer Überschlagsstrecken mit einfachen fertigungstechnischen Mitteln zu vermeiden, werden die Drahtenden des Glühbrückendrahtes einschließlich der Umgebungsbereiche ihrer Befestigungspunkte auf den Anschlußpolen des Brückenzünders mit einer Isolierschicht aus Isolierlack versehen, der nach einem Tauchvorgang vom bogenförmigen Brückendraht-Mittelbereich abläuft oder der auf die Umgebung der Befestigungspunkte abgetropft wird.
Die DE 42 36 729 A1 beschreibt eine Zünd- bzw. Anzündpille mit einem isolierenden Polkörper mit elektrisch leitenden Längsstreifen, mit einer auf dem Polkörper angeordneten Glühbrücke und mit Anschlußdrähten, wobei die Glühbrücke und die Anschlußdrähte jeweils mit den Längsstreifen über Lötstellen verbunden sind, und mit mindestens einem Zündstoff und einem äußeren Überzugslack, der den Zündstoff bedeckt.
Alle diese Detonatoren funktionieren nach dem elektrothermischen Prinzip. D.h. daß durch Zufuhr von elektrischer Energie die Zündbrücke des Detonators üblicherweise bis zur Verdampfung stark erhitzt wird. Dabei wird der mit der Zündbrücke in Berührung befindliche Anzündsatz über seine Initiierungsgrenze hinaus erwärmt und die Zündung des Anzündsatzes eingeleitet.
Bekannte Detonatoren weisen oftmals eine sehr niederohmige Zündbrücke auf. Derartige niederohmige Zündbrücken sind jedoch nur schwer elektronisch ansteuerbar. Desgleichen sind Detonatoren bekannt, bei welchen die Zündbrücke einen moderaten Widerstandswert besitzt. Solche Zündbrücken der zuletzt genannten Art sind zwar besser elektronisch ansteuerbar, aufgrund der kleinen Geometrien der Zündbrücken, z.B. des Drahtdurchmessers, sind sie jedoch nur relativ schwer herstellbar. Ein weiterer Mangel bekannter Detonatoren besteht darin, daß der Widerstandswert ihrer Zündbrücke stets mit großen Widerstandstoleranzen behaftet ist. So beträgt bspw. die Widerstandstoleranz eines bekannten Detonators mit einem Widerstandswert seiner Zündbrücke von 15 Ohm im Bereich von ± 4 Ohm, d.h. die Widerstandstoleranz beträgt größenordnungsmäßig ± 20 %.
In Kenntnis dieser Gegebenheiten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Detonator der eingangs genannten Art zu schaffen, der vergleichsweise kostengünstig mit besser definierten Parametern realisierbar ist, wobei der Brückenwiderstand der Zündbrücke jeden gewünschten Wert innerhalb enger Widerstandstoleranzen aufweisen kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Detonator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Detonators sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Detonator werden ein Brückendraht oder ein Brücken-Schichtelement für die Zündbrücke durch einen Miniatur-SMD-Widerstand (Surface Mounted Device) ersetzt. Derartige Miniatur-SMD-Widerstände sind auf dem Markt ohne weiteres preisgünstig erhältlich. Der Widerstandswert ist in vorteilhafter Weise unabhängig von der jeweiligen Bauform des SMD-Widerstandes in weiten Grenzen frei wählbar. Widerstandswerte zwischen < 1 Ohm und > kOhm sind in nahezu allen Baugrößen solcher SMD-Widerstände erhältlich. Weitere Vorteile bestehen darin, daß der jeweils gewünschte Widerstandswert innerhalb der Normreihen (z.B. E24, E48 oder E96)ausreichend fein abgestuft auswählbar ist; und daß die Widerstandstoleranz des Widerstandswertes eines die Zündbrücke bildenden SMD-Widerstandes mit Werten von < 1 % aus dem Standardprogramm der SMD-Widerstände gewählt werden kann, und daß die Ansprechempfindlichkeit, d.h. die Spitzenleistung zum Zünden des Anzündsatzes des Detonators durch Auswahl der Bauform bzw. Baugröße des SMD-Widerstandes in weiten Grenzen frei wählbar ist; sowie daß die Zündempfindlichkeit in weiten Grenzen durch die Auswahl der Widerstands-Technologie (etwa Dickschicht- oder Dünnfilm-Widerstand) sowie durch die Behandlung der Widerstandschicht (mit oder ohne Coating) gut reproduzierbar beeinflußt werden kann.
Bspw. besitzt ein SMD-Widerstand der Baugröße 0402 eine Dauerverlustleistung von größenordnungsmäßig 50 bis 60 mW. Durch eine definierte Ansteuerung eines solchen SMD-Widerstandes mit einer Spitzenleistung im Bereich einiger 10 W sind die für die Initiierung des Anzündsatzes des Detonators erforderlichen Temperaturen von größenordnungsmäßig bis 400°C mit kurzer Verzögerungszeit erreichbar. Größere Baugrößen wie bspw. 0603, 0805 oder 1206 besitzen entsprechend höhere Bauverlustleistungen und erfordern daher auch entsprechend höhere Spitzenleistungen, um die Initiierungstemperatur an der Grenzschicht zum Anzündsatz des Detonators zu erreichen.
Durch die erfindungsgemäße Anwendung an sich bekannter SMD-Widerstände als Zündbrücke des Detonators ist es in vorteilhafter Weise möglich, unter Beibehaltung der an sich bekannten Montagebedingungen für solche SMD-Widerstände bspw. auf Leiterplatten, Keramiksubstraten, Transistorsockeln, IC-Gehäusen o.dgl. die Ansprechempfindlichkeit wunschgemäß um größenordungsmäßig eine Dekade zu variieren, den Widerstandswert des die Zündbrücke bildenden SMD-Widerstandes innerhalb von fünf Dekaden wunschgemäß frei wählen zu können, und die Widerstandstoleranz des SMD-Widerstandes < als 1% spezifizieren zu können. In weiterer vorteilhafter Weise ist es möglich, den die Zündbrücke des Detonators bildenden SMD-Widerstand auf Standard-SMD-Bestückungsmaschinen bestücken und mit Standardverfahren der SMD-Technik auf dem Gehäuseboden des Detonators elektrisch leitend fixieren zu können. Diese Fixierung erfolgt zweckmäßigerweise durch Löten, bei dem es sich um ein Reflow-Löten, um ein Vaporphase-Löten o.dgl. handeln kann. Aufgrund dieser an sich bekannten Technologie sind die Herstellungskosten zur Realisierung der Zündbrücke des erfindungsgemäßen Detonators vergleichsweise klein.
Ein weiterer, ganz besonderer Vorteil der Anwendung eines an sich bekannten SMD-Widerstandes für die Zündbrücke des erfindungsgemäßen Detonators besteht in der Möglichkeit, problemlos zwei oder mehr als zwei "Heizelemente" pro Detonator bzw. Flammzündmittel einsetzen zu können. Kommen mehrere solcher SMD-Widerstände als "Heizelemente" zur Anwendung, so werden die SMD-Widerstände zweckmäßigerweise einseitig zusammengeschaltet. Dieser gemeinsame Anschluß und die zu den einzelnen SMD-Widerständen zugehörigen zweiten Anschlüsse werden aus dem Gehäuse des Detonators herausgeführt, um die Möglichkeit zu schaffen, bei Hochzuverlässigkeitsanwendungen eine redundante Zündung anwenden zu können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Detonators.
Die Figur zeigt in einer Schnittdarstellung eine Ausbildung des Detonators 10, der an einem Gehäuseboden 12 aus elektrisch isolierendem Material Kontaktflächen 14 aufweist, die in Dick- oder Dünnschichttechnologie realisiert sind. Die Kontaktflächen 14 sind mit Anschlußpins 16 elektrisch leitend verbunden, die sich durch den Gehäuseboden 12 erstrecken.
Die Kontaktflächen 14 auf der Innenseite des Gehäusebodens 12 bilden Anschlußkontakte für SMD-Widerstände 18. Die SMD-Widerstände 18 bilden eine Zündbrücke 20 für einen Anzündsatz 22 des Detonators 10. Der Anzündsatz 22 ist auf die SMD-Widerstände 18 bzw. auf den Gehäuseboden 12 aufgepreßt.
Der Detonator 10 weist ein Gehäuse 24 auf, das von einer Gehäusehülse 26 und einem Deckelelement 28 gebildet ist. In dem vom Gehäuse 24 umschlossenen Raum 30 befindet sich ein Verstärkersatz 32 des Detonators 10.
Bezugsziffernliste:
10
Detonator
12
Gehäuseboden
14
Kontaktfläche
16
Anschlußpin
18
SMD-Widerstand
20
Zündbrücke
22
Anzündsatz
24
Gehäuse
26
Gehäusehülse
28
Deckelelement
30
Gehäuse-Innenraum
32
Verstärkersatz

Claims (4)

  1. Detonator mit einem eine Zündbrücke (20) für einen Anzündsatz (22) bildenden elektrischen Widerstand, der an einem Gehäuseboden (12) für ein Detonator-Gehäuse (24) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der die Zündbrücke (20) bildende elektrische Widerstand von mindestens einem an sich bekannten SMD-Widerstand (18) gebildet ist, der auf dem mit Anschlußkontakten (14) versehenen Gehäuseboden (12) elektrisch leitend fixiert ist.
  2. Detonator nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anzündsatz (22) auf den auf dem Gehäuseboden (12) fixierten mindestens einen SMD-Widerstand (18) gepreßt ist.
  3. Detonator nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anzündsatz (22) mit einem Verstärkersatz (32) kombiniert ist.
  4. Detonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens zwei SMD-Widerstände (18) einseitig zusammengeschaltet sind, wobei der gemeinsame Anschluß (16) und die zu den SMD-Widerständen zugehörigen Einzelanschlüsse (16) mit den entsprechenden Anschlußkontakten (14) des Gehäusebodens (12) kontaktiert sind.
EP99100536A 1998-01-23 1999-01-13 Detonator Expired - Lifetime EP0932015B1 (de)

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