ЭЛЕКТРОВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к электрическим мостиковым воспламенителям, содержащим воспламениительный заряд из пиротехнического состава, при горении которого инициирующий электрический сигнал преобразуется в тепловой воспламенительный импульс.
Уровень данной области техники характеризует электровоспламенитель, описанный в патенте RU 2052184, F42В 3/12, 1996 г., содержащий корпус с жилами проводов внутри ленточной изоляции, мостик накаливания и пиротехнический заряд из воспламенительного состава.
Соосно корпусу смонтирована монтажная колодочка, в которой запрессованы жестко связанные с подводящими проводами плоские электроконтакты, соединенные с мостиком накаливания (тонким резисторным проводником), размещенным внутри воспламенительного состава.
Корпус, колодочка и изоляция электроподводящих проводов выполнены из однородного по адгезии и прочности материала - полиэтилена высокого давления, легированного углеродом.
Недостатком описанного электровоспламенителя является неудовлетворительная надежность работы из-за попадания вовнутрь конденсата при открытом хранении: на пиротехнический заряд и резисторное сопротивление мостика накаливания, которые смонтированы в автономном колпачке негерметично. Это в результате может послужить причиной нестабильности воспламенения и горения заряда или отказа срабатывания.
Более совершенным является электровоспламенитель по патенту РСТ/ЕР 97/04976, F42В 3/12, F42C 19/12, 1997 г., который содержит смонтированный на металлическом кожухе, оснащенном проходными стеклянными изоляторами под стержневые токовводы, электрически связанные с резисторным сопротивлением мостика накаливания, примыкающего к воспламенительному составу, изолированному защитным покрытием.
Особенностью конструкции является то, что в стеклянных изоляторах токовводов выполнены полости с пазами под литьевой полимерный материал кожуха, который заполняет свободный объем корпуса, где смонтированы вышеописанные электротехнические элементы запала, обеспечивая конструкционную прочность и герметичность устройства, преобразующего электрический инициирующий импульс в тепловую энергию раскаленного мостика, воспламеняющего примыкающий пиротехнический состав.
Недостатком этого, электровоспламенителя является неудовлетворительная функциональная надежность из-за того, что токовводы в стеклянных изоляторах установлены относительно свободно, а продольно фиксируются силами трения в полимерном кожухе, что не предотвращает несанкционированных продольных перемещений стержневых токовводов в служебном общении
с электровоспламенителями, при которых возможны нарушения электроконтактов с мостиком накаливания.
Отмеченный недостаток устранен в электровоспламенителе, описанном в изобретении по заявке №2006141085, F42В 3/12, F42C 19/12, 1996 г. (решение о выдаче патента РФ принято 24.01.08), который по большинству совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному электровоспламенителю.
Известный электровоспламенитель содержит корпус, в котором закреплены примыкающие между собой воспламенительный заряд из пиротехнического состава и диэлектрическая монтажная колодочка, в объеме которых расположены токопроводящие ленты, преимущественно из мельхиора.
К токопроводящим лентам посредством контактной микросварки прикреплен проволочный резистор из нихрома, выполняющий функции мостика накаливания.
Мостик накаливания размещен внутри воспламенительного заряда, а токопроводящие ленты закреплены на изолированных медных токовводах, расположенных в диэлектрической колодочке корпуса.
Особенностью известной конструкции электровоспламенителя является размещение токопроводящих лент в одной плоскости, которая параллельна вектору силы прессования пиротехнического состава в корпус на торец диэлектрической колодочки, для того, чтобы минимизировать возникающие при этом деформационные нагрузки на соединения точечной сваркой мостика накаливания к обеим лентам и на поперечно расположенный собственно проволочный резистор, диаметр которого составляет 0,025 мм.
В известном электровоспламенителе электротехническая конструкция смонтирована герметично в монтажной колодочке из термопластичного полиэтилена и в примыкающем воспламенительном заряде, сверху изолированном защитным покрытием, что обеспечивает стабильность работы после продолжительного хранения.
Однако, известный электровоспламенитель имеет следующие недостатки.
Во-первых, функциональная его надежность неудовлетворительна из-за возможных при запрессовке воспламенительного состава нарушений целостности электрической цепи мостика накаливания.
Принятые в известном техническом решении конструктивные меры предосторожности, снижающие механические нагрузки прессования на ажурный мостик накаливания, не исключают его разрыва и нарушений электрических контактов с тонкими (0,15-0,25 мм) токопроводящими лентами, в результате чего электровоспламенитель в большинстве случаев неработоспособен.
Во-вторых, токовводы не зафиксированы относительно колодочки в продольном направлении, что при служебном обращении может привести к обрывам в электрических соединениях и креплениях. Скрытые механические дефекты внешне не идентифицируются, поэтому ответственное изделие может
комплектоваться неисправным электровоспламенителем.
Кроме того, при использовании более технологичного литьевого пиротехнического состава, когда отсутствует механическое нагружение элементов мостика накаливания, возможны случаи не воспламенения литьевого заряда электровоспламенителя.
Это объясняется тем, что после заливки пиротехнического состава в корпус, когда происходит удаление технологической влаги естественной сушкой, в объеме воспламенительного заряда образуются каверны, в частности на границе его адгезионной связи с диэлектрической колодочкой. Из практики установлено, что максимальный размер каверны составляет 0,7 мм, что нарушает взаимосвязь установленного на высоте 0,3-0,5 мм относительно поверхности диэлектрической колодочки проволочного резистора с окружающим его пиротехническим составом (см. формулу и описание прототипа).
Фактической тепловой энергии, выделяемой мостиком накаливания под нагрузкой, при наличии этого скрытого дефекта, недостаточно для воспламенения пиротехнического заряда через воздушный экран каверны. Возможное воспламенение состава через воздушный зазор нестабильное.
В этом случае мостик накаливания перегорает и пиротехнический состав не воспламеняется, в результате чего происходит отказ изделия в целом, то есть электровоспламенитель с описанным технологическим дефектом в принципе не функционален.
Из перечисленного следует, что на работоспособность электровоспламенителя оказывают заметное влияние структура и технология изготовления воспламенительного заряда, его качественный и количественный состав, а также устойчивая взаимосвязь и взаимодействие его конструктивных элементов.
Из технической литературы известен пиротехнический воспламенительный пиротехнический состав, применяемый при изготовлении электрозапалов (см., например, П.Ф.Бубнов, И.П.Сухов «Средства инициирования». НКАП, ГИОП, М., 1945, с.251), который содержит (мас.%): 40 горючее - роданид свинца и 60 окислитель - хлорат калия, смешиваемые в водном растворе костного клея (связующее).
Для приготовления состава в часть подогретого водного раствора клея всыпают роданид свинца, тщательно перемешивая до равномерного распределения. Затем всыпают хлорат калия, доливают остатки клея и растирают все компоненты до образования мелкопористой загустевшей массы, из которой формируют воспламенительный заряд.
Недостатком этого состава является более низкий уровень требуемых показателей: минимального тока срабатывания и безопасного тока.
Другим недостатком состава является повышенная взрывоопасность технологии перемешивания компонентов, что ограничивает промышленное серийное изготовление из него воспламенительных зарядов.
Указанные недостатки устранены в термостойком воспламенительном
составе, который изготавливается по взрывобезопасной технологии, описанном в патенте RU 2179544, С06В 29/02, 2002 г.
Известный пиротехнический состав для воспламенительного заряда содержит роданид свинца, перхлорат калия и катализатор горения - хромат свинца в следующем соотношении (мас.%):
роданид свинца
44-50
перхлорат калия
49-50
хромат свинца
1-6.
Этот термостойкий воспламенительный состав получают путем химического соосаждения в водных растворах компонентов в одну стадию, а выпавший осадок отфильтровывают.
Затем приготовленный пиротехнический состав запрессовывают или заливают в корпус электровоспламенителя на мостик накаливания, смонтированный в диэлектрической колодочке, несущей электротехнические элементы конструкции.
Приготовленный воспламенительный заряд сушат провяливанием до содержания влаги не более 0,6 мас.%.
В случае необходимости открытую поверхность воспламенительного заряда покрывают лаковой пленкой.
Известный состав характеризуется неудовлетворительными эксплуатационными качествами по причине расслоений в объеме заряда и его отслаивания от корпуса и торца полимерной колодочки из-за низкой адгезии. Отмеченные технические недостатки не обеспечивают жесткого крепления электротехнического узла воспламенения, что может приводить к разрывам тонких его элементов и контактов, а в итоге - к несрабатыванию электровоспламенителя.
Отмеченные недостатки устранены в упоминаемой заявке №2006141085, где в смесь водных растворов роданида свинца, перхлората калия и хромата свинца дополнительно вводят 1-2 мас.% полимерного связующего, преимущественно метилцеллюлозы, которая наиболее доступна, технологична и характеризуется хорошей совместимостью.
Известный пиротехнический состав для воспламенительного заряда включает перечисленные компоненты в следующем соотношении, мас.%:
роданид свинца
40-60
перхлорат калия
35-55
хромат свинца
7-30
метилцеллюлоза
1-2.
Воспламенительный заряд, приготавливаемый из известного пиротехнического состава по технологии химического соосаждения в водных растворах компонентов в одну стадию, имеет плотную структуру монолита, который беззазорно примыкает к электротехническим и несущим элементам конструкции.
Недостатком этого состава, имеющего не оптимизированное долевое содержание компонентов, является нестабильность срабатывания от тепловой
энергии, генерируемой при подаче на мостик накаливания штатного импульса тока, что объясняется следующим:
- неудовлетворительной воспламеняемостью при максимальном количественном содержании роданида свинца, когда происходит падение температуры горения;
- снижением скорости горения из-за избытка перхлората калия на нижнем пределе диапазона содержания;
- резким падением скорости горения при содержании хромата свинца - катализатора горения выше 15 мас.% до уровня более низкого, чем вообще без него.
Задачей, на решение которой направлена предложенная полезная модель является повышение функциональной надежности электровоспламенителя.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном электровоспламенителе, содержащем корпус, в котором закреплены воспламенительный заряд из пиротехнического состава и диэлектрическая монтажная колодочка, связанные между собой токопроводящими лентами, к которым приварен проволочный резистор, выполняющий функции мостика накаливания, размещенного в воспламенительном заряде, при этом токопроводящие ленты, преимущественно из мельхиора, закреплены на изолированных токовводах, по предложению авторов, в плоскости токопроводящих лент выполнены зиги, образующие замковые соединения с материалом диэлектрической колодочки, над торцом которой, где осаждают литьевой воспламенительный состав, смонтирован проволочный резистор на расстоянии не менее 1,0 мм, при этом в пиротехническом составе воспламенительного заряда для электровоспламенителя, включающем роданид свинца, перхлорат калия, хромат свинца и полимерное связующее, преимущественно метилцеллюлозу, компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:
роданид свинца
40-54
перхлорат калия
28-55
хромат свинца
5-15
метилцеллюлоза
1-2.
Отличительные признаки обеспечили повышение функциональной надежности электровоспламенителя, представляющего собой автономную комплектующую конструкцию, структурные элементы которой изолированы и смонтированы в устойчивой взаимосвязи, образуя моноблок, включающий количественно усовершенствованный пиротехнический состав, стабильно срабатывающий от штатного электрического импульса инициирования.
Геометрическое замыкание зигов, сформированных в плоскости токопроводящих лент, с литьевым материалом монтажной колодочки обеспечивает неразъемное их соединение и стационарное положение внутри воспламенительного заряда тонкого проволочного резисторного сопротивления, приваренного к токопроводящим лентам.
Выполнение пиротехнического состава литьевым, который осаждают в корпусе на торец диэлектрической колодочки, покрывая мостик накаливания, исключает, характерное прессованию пиротехнического состава, механическое нагружение тонкого проволочного резистора, гарантированно обеспечив его целостность и не нарушая электрических связей с токопроводящими лентами, сформированных посредством контактной микросварки.
При этом технология сборки электровоспламенителя значительно упрощается, так как нет необходимости строгого взаимного ориентирования плоскостей токопроводящих лент с общим приваренным проволочным резистором мостика накаливания относительно вектора силы прессования воспламенительного заряда по прототипу.
Литьевой пиротехнический состав при этом полностью смачивает нихромовую проволоку мостика накаливания, обеспечив тем самым беззазорный контакт с тепловым источником его инициирования.
Размещение проволочного резистора в объеме воспламенительного заряда над торцом диэлектрической колодочки на расстоянии не менее 1,0 мм полностью исключает возникновение примыкающей к мостику накаливания каверны, образующейся при естественном удалении влаги из осажденного литьем пиротехнического состава, так как опытным путем установлен максимальный размер воздушного пузырька, возникающего на плоскости раздела колодочка-заряд, до 0,7 мм включительно, что гарантированно ниже уровня установки мостика накаливания. Этим обеспечивается надежный контакт пиротехнического состава с проволочным резистором мостика накаливания и безотказное его воспламенение от штатного электрического инициирующего импульса, подаваемого на токовводы, что повышает функциональную надежность электровоспламенителя по назначению.
Предложенный количественный пиротехнический состав воспламенительного состава электровоспламенителя характеризуется повышенными воспламеняемостью и скоростью горения за счет улучшения кислородного баланса термической смеси и оптимизированного содержания катализатора горения.
Оптимизацию количественного содержания компонентов предложенного состава для достижения улучшенных показателей назначения воспламенительного заряда электровоспламенителя проводили расчетом по математической модели планирования эксперимента, результаты которого проверялись лабораторными и полигонными испытаниями опытных образцов изделий, при содержании компонентов на границах, за границами и внутри выявленных их количественных диапазонов.
Наличие в структуре пиротехнического состава распределенного полимерного связующего - метилцеллюлозы, за счет предотвращения расслоений и улучшения адгезионных свойств, обеспечивает несущую прочность воспламенительному заряду и конструктивное единство с функциональными электротехническими элементами, размещенными в объеме отливаемого пиротехнического
состава и диэлектрической колодочки, которые прочно монолитно сцеплены между собой при хранении и эксплуатации электровоспламенителя по назначению.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в полезной модели техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.
Сущность предложенных технических решений поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративные цели и не ограничивает объема притязаний формулы. На чертеже изображены:
на фиг.1 - общий вид электровоспламенителя, вертикальный разрез;
на фиг.2 - то же, вид сбоку.
Каждый из двух токовводов 1 выполнен из медного провода диаметром 0,6 мм, заключенного в изолирующей оплетке наружным с диаметром 1,3 мм.
К верхним (по чертежу) концам проводов 1 приварены токопроводящие ленты 3 (шириной 0,5-0,7 мм и толщиной 0,15-0,25 мм), выполненные преимущественно из мельхиора. К широкой части лент 3 посредством контактной микросварки приварен проволочный резистор 4 диаметром 0,025 мм, который служит мостиком накаливания.
Токопроводящие ленты 3 вдоль меньшего размера изогнуты с формированием зигов 5 (фиг.2), которые размещаются при сборке внутри полиэтиленовой монтажной колодочки 6, формируемой литьем в корпус 7, таким образом, чтобы резистор 4 располагался над ее торцом на высоте «h» не менее 1,0 мм.
Затем в корпус 7 на сформированный торец колодочки 6 шприцом заливают приготовленную смесь пиротехнического состава, который получают путем химического соосаждения в водных растворах компонентов в одну стадию.
Выпавший после смешивания осадок отфильтровывают, сливая воду.
Полученные водные суспензии мерного количества, в пределах оптимизированного массового соотношения компонентов в пиротехническом составе, роданида свинца, перхлората калия и хромата свинца, которые смешивают в лопастном смесителе, добавив 1-2 мас.% метилцеллюлозы.
Далее залитый в корпус 7 состав провяливают до содержания влаги не более 0,6 мас.%, при этом обеспечивается формирование плотного воспламенительного заряда 8, адгезионно связанного с колодочкой 6 и беззазорно примыкающего к резистору 4 мостика накаливания и токопроводящим лентам 3.
Изготовленные таким образом электровоспламенители пригодны для использования по назначению и могут длительное время храниться упакованными без потери эксплуатационных свойств.
Испытания опытных образцов электровоспламенителей по заявленной полезной модели при использовании пиротехнического состава, содержащего
компоненты в заявленных диапазонах массового соотношения, подтвердили практическую идентичность времени инициирования после подачи на электровводы штатного электрического импульса и скорости горения воспламенительного заряда, при этом случаев не воспламенения состава не выявлено.
Безопасный ток в предложенном электровоспламенителе составляет 0,18 А, что, сравнительно с уровнем безопасного тока (1,0 А) в штатном электровоспламенителе и по прототипу, повышен практически вдвое, что является определяющим в служебном обращении.
При этом минимальный ток срабатывания заряда из предложенного воспламенительного состава равен 0,4-0,5 А при времени задержки вспышки (на рабочем токе 1 А) в диапазоне 3-5 мс, что полностью соответствует техническим требованиям на промышленный электровоспламенитель.
Трудоемкость изготовления предложенной конструкции с использованием литьевой технологии формирования модернизированного воспламенительного заряда, сравнительно с прототипом, снижена более, чем вдвое, гарантированно обеспечивая при этом функциональность изделий по назначению.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления электровоспламенителей, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.