ЗАРЯДНЫЙ КАРТУЗ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДИАБАТИЧЕСКОГО ЗАЖИГАНИЯ ПОРОХОВОГО ЗАРЯДА Российский патент 1998 года по МПК F42B5/00 B25C1/10 B25D9/11 

Изобретение относится к устройствам зажигания, в частности к зарядному картузу и устройству для адиабатического зажигания порохового заряда.

Известен зарядный картуз, содержащий гильзообразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, смежный с отверстием участок для приема зажигательной пластинки, инициируемой поступающим через отверстие горячим газом, и участок для приема порохового заряда, зажигаемого зажигательной пластинкой (заявка DE N 4140020, МКИ B 25 C 1/10, 1992). Из указанного источника также известно устройство для адиабатического зажигания порохового заряда, содержащее корпус, в котором выполнена камера сжатия, поршень, с возможностью перемещения направленный в камере сжатия и служащий для сжатия находящегося в камере сжатия газа, и зарядный картуз, размещенный в приемной камере корпуса и содержащий гильзообразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, участок для приема порохового заряда и участок для приема зажигательной пластинки, причем приемная камера через соединительное отверстие для подачи сжатого горячего газа сообщена с камерой сжатия.

Недостаток известных зарядного картуза и устройства заключается в том, что для адиабатического зажигания порохового заряда требуется сравнительно высокая энергия зажигания.

В основу изобретения положена задача создать зарядный картуз и устройство для адиабатического зажигания порохового заряда, в которых энергия, требуемая для зажигания зажигательной пластинки, снижена.

Поставленная задача решается в предлагаемом зарядном картузе, содержащем гильзообразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, смежный с отверстием участок для приема зажигательной пластинки, инициируемой поступающим через отверстие горячим газом, и участок для приема порохового заряда, зажигаемого зажигательной пластинкой, за счет того, что он содержит размещенное между участком для приема зажигательной пластинки и участком для приема порохового заряда пространство сгорания для завихрения обломков зажигательной пластинки с горячим газом и для сгорания зажигательной пластинки.

Кроме того, поставленная задача решается в предлагаемом устройстве для адиабатического зажигания порохового заряда, содержащем корпус, в котором выполнена камера сжатия, поршень, с возможностью перемещения направленный в камере сжатия и служащий для сжатия находящегося в камере сжатия газа, и зарядный картуз, размещенный в приемной камере корпуса и содержащий гильзообразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, участок для приема порохового заряда и участок для приема зажигательной пластинки, причем приемная камера через соединительное отверстие для подачи сжатого горячего газа сообщена с камерой сжатия за счет того, что зарядный картуз далее содержит размещенное между участком для приема зажигательной пластинки и участком для приема порохового заряда пространство сгорания для завихрения обломков зажигательной пластинки с горячим газом и для сгорания зажигательной пластинки.

Согласно изобретению между зажигательной пластинкой и пороховым зарядом предусмотрена полость (далее пространство сгорания), в сторону соединительного отверстия перекрытая зажигательной пластинкой. Поступающий через соединительное отверстие сжатый горячий газ попадает на зажигательную пластинку и разрушает ее. Обломки поступают в пространство сгорания, расположенное за зажигательной пластинкой по направлению подачи газа, где они завихряются с горячим сжатым газом. Всестороннее омывание индивидуальных обломков разрушенной зажигательной пластинки горячим сжатым газом приводит к значительному увеличению их поверхности. Это значительно улучшает введение энергии в материал зажигательной пластинки, благодаря чему в предлагаемом зарядном картузе и в предлагаемом устройстве требуется меньше энергии для зажигания. Это далее означает, что предлагаемое устройство может быть выполнено с более коротким ходом поршня и с меньшим диаметром поршня. Кроме того, усилие пружины для предварительной нагрузки поршня может быть меньше. Снижение энергии, требуемой для зажигания зажигательной пластинки, в итоге приводит к тому, что можно выполнять все устройство для адиабатического зажигания порохового заряда (например, к строительно-монтажному пистолету или же к оружию) малогабаритным.

При опытах принципа зажигания предлагаемых картуза и устройства выявилось, что уже чрезвычайно короткий ход поршня порядка 10 - 25 мм при чрезвычайно небольшом диаметре поршня порядка 5 - 10 мм и сравнительно небольшом усилии пружины порядка 100 - 200 N достаточен для зажигания зажигательной пластинки сжатым почти адиабатически воздухом. Выявилось, что для зажигания зажигательной пластинки достаточно давление, составляющее примерно 60 - 80 бар в среднем. Это обусловлено тем, что благодаря наличию пространства сгорания имеется достаточно места для завихрения и смешивания индивидуальных обломков зажигательной пластинки с горячим сжатым газом. Лишь за счет этого достигается оптимальное введение и передача энергии.

Предлагаемый зарядный картуз содержит закрытый гильзеобразный корпус, в котором размещены зажигательная пластинка и пороховой заряд, при этом в днище корпуса выполнено отверстие, расположенное соосно с соединительным отверстием, перекрытым тонкой мембраной. Последняя служит для защиты картуза от влажности.

Для фиксации зажигательной пластинки предлагаемый картуз содержит держатель, выполненный с полостью, открытой с одной стороны. На открытой стороне полости выполнена выемка для приема зажигательной пластинки. Когда зажигательная пластинка размещена в выемке, она перекрывает полость, образующую тогда пространство сгорания, в котором завихряются и сгорают обломки зажигательной пластинки. Полость отделена от участка для приема порохового заряда посредством тонкой стенки держателя. Эта стенка, которая, как и весь держатель, предпочтительно выполнена из пластмассы, разрушается при сгорании зажигательной пластинки в полости (пространстве сгорания). При этом горячие газообразные продукты сгорания поступают на участок для приема порохового заряда.

Материал зажигательной пластинки предпочтительно не содержит промазочных средств, благодаря чему предотвращается эрозия картуза. Предпочтительно он представляет собой сенсибилизированный материал, в частности сенсибилизированную нитроцеллюлозу. В качестве сенсибилизатора использован, например, тетразен. Благодаря этому при сгорании зажигательной пластинки не высвобождаются вредные вещества т.к. она не содержит тяжелых металлов.

Целесообразно зажигательную пластинку выполнять с зоной меньшей толщины, причем данная зона расположена соосно с соединительным отверстием и с отверстием, выполненным в днище гильзообразного корпуса картуза. Из-за наличия упомянутой зоны меньшей толщины, в которой механическая устойчивость зажигательной пластинки уменьшена, при воздействии давления от горячего сжатого газа зажигательная пластинка разрушается быстрее. Поэтому в зоне, окружающей зону меньшей толщины, зажигательная пластинка выполнена с толщиной, обеспечивающей достаточное для надежного зажигания порохового заряда количество материала.

Предпочтительно зона меньшей толщины зажигательной пластинки по меньшей мере частично перекрывает пространство сгорания. Зона уменьшенной толщины образована вследствие того, что зажигательная пластинка с обеих сторон снабжена углублением, на краю выполненным с утолщенной стенкой. Толщина зажигательной пластинки в зоне меньшей толщины составляет примерно от половины до одной шестой максимальной толщины зажигательной пластинки.

Согласно предпочтительной форме выполнения предлагаемого устройства камера сжатия и приемная камера соединены друг с другом через возвратный клапан, служащий для предотвращения обратного потока образуемых при сгорании зажигательной пластинки и порохового заряда газовых продуктов сгорания в камеру сжатия. В зависимости от типа устройства для адиабатического зажигания порохового заряда может быть целесообразным предотвратить обратное перемещение поршня обратными газообразными продуктами сгорания и полностью использовать образуемую при сгорании порохового заряда энергию для зажигания. Такой возвратный клапан имеется в устройстве, служащем для зажигания горячим газом заряда для снаряда.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения предлагаемого устройства возвратный клапан содержит клапанную камеру, в которой размещен шарик. Клапанная камера выполнена в соединительном отверстии между камерой сжатия и камерой для приема картуза. Через центральное отверстие с седлом клапанная камера сообщена с камерой сжатия, в то время как она сообщена с камерой для приема картуза через отверстие, входящее в клапанную камеру не центрально. Благодаря входу данного отверстия в клапанную камеру вне ее центра соединительное отверстие между камерой сжатия и камерой для приема картуза не закрывается шариком при поступлении горячего газа, в то время как при обратном поступлении горячего газа из камеры для приема картуза в клапанную камеру шарик плотно прижимается к седлу. Предпочтительно шарик установлен в клапанной камере свободно, так что для управления возвратным клапаном не требуется высокого давления.

Ниже со ссылкой на приложенный чертеж описывается один пример выполнения изобретения. На чертеже представлен частичный продольный разрез через снабженное предлагаемым зарядным картузом устройство для адиабатического зажигания порохового заряда.

Устройство 1 для зажигания порохового заряда путем адиабатического сжатия воздуха, представленное в частичном разрезе, содержит корпус 2, который может быть выполнен или как одно целое, или же может состоять из нескольких частей. Согласно представленной на чертеже форме выполнения изобретения в корпусе 2 выполнена цилиндрическая камера сжатия 3 и камера 4 для приема зарядного картуза 5. Камеры 3 и 4 отделены друг от другом вставкой 6, вставленной в корпус 2. В камере сжатия 3 с возможностью аксиального перемещения направлен поршень 7, снабженный кольцевым уплотнением 8, размещенным между поршнем 7 и поршневой плитой 9. Поршень 7 установлен с возможностью установки с предварительной нагрузкой в направлении стрелки А, например, с помощью не представленной на чертеже пружины. При предварительно нагруженном поршне 7 последний при воздействии на него этой нагрузки перемещается по направлению стрелки А в сторону вставки 6. При этом сжимается воздух в камере сжатия 3, причем он нагревается. Горячий сжатый газ поступает в возвратный клапан 10, выполненный во вставке 6, а оттуда в камеру 4, где он входит в картуз 5. Выполнение возвратного клапана 10 подробнее описано ниже.

Зарядный картуз 5, выполненный из пластмассы и размещенный в камере 4, содержит в основном цилиндрическую гильзу 11, открытую с верхней стороны и выполненную из пластмассы. Гильза 11 снабжена днищем 12. В открытый конец гильзы 11 вставлен пластмассовый колпачок 13, который путем защелкивающего соединения связан с гильзой 11 и снабжен, например, звездообразным углублением. Защелкивающее соединение обеспечено за счет кольцеобразного выступа 14 колпачка 13, взаимодействующего с кольцевым углублением 15, выполненным во внутренней поверхности цилиндрической части корпуса 11. В днище 12 корпуса 11 выполнено центральное отверстие 16, перекрытое пластмассовой мембраной 17. Отверстие 16 противоположно входу соединительного отверстия 18 в камеру 4. Соединительное отверстие 18 выполнено во вставке 6 и при открытом возвратном клапане 10 служит для сообщения камеры сжатия 3 с камерой 4 для приема картуза 5.

В картузе 5 размещена зажигательная пластинка 19, выполненная из сенсибилизированного материала (нитроцеллюлозы с тетразеном в качестве сенсибилизатора). Зажигательная пластинка 19 представляет собой прессованное изделие в виде пластинки, прилегающей к внутренней стороне днища 12 корпуса 11 и перекрывающей отверстие 16. В центральной зоне 20 зажигательная пластинка выполнена со значительно меньшей толщиной, чем в краевой зоне 21. Зажигательная пластинка 19 противоположна отверстию 16 именно своей зоной 20 меньшей толщины, причем толстая кольцевая зона 21 прилегает к днищу 12.

Зажигательная пластинка 19 фиксирована в своем положении с помощью держателя 22, предпочтительно выполненного из пластмассы. Держатель 22 прилегает к днищу 23, и его поперечное сечение соответствует поперечному сечению гильзы 11. С отвернутой от днища 12 стороны держатель 22 снабжен кольцевым выступом 23, с которым взаимодействует входящий в гильзу 11 конец колпачка 13. То есть, держатель 22 фиксирован в аксиальном направлении картуза 5 между днищем 12 и колпачком 13. Пространство, ограниченное держателем 22 и колпачком 13, заполнено пороховым зарядом 24.

Зажигательная пластинка 19, с обеих сторон снабженная центральным углублением 25, размещена в выемке 26, выполненной в держателе 22. Эта выемка 26 выполнена на нижней стороне держателя 22, обращенной ко днищу 12, и ее глубина соответствует толщине кольцевой зоны 21 зажигательной пластинки 19. Смежно с выемкой 26 в держателе 22 выполнена соосная полость 27 (далее пространство сгорания). Пространство сгорания 27 простирается почти за всю остальную длину держателя 22 так, что со стороны порохового заряда 24 имеется лишь сравнительно тонкая стенка 28, отделяющая пространство сгорания 27 от порохового заряда 24. От днища 12 пространство сгорания 27 отделено зажигательной пластинкой 19, причем ее зона 20 меньшей толщины перекрывает пространство сгорания 27.

Как уже указывалось, во вставке 6 размещен возвратный клапан 10. Клапанная камера 29 возвратного клапана 10 образована в соединительном отверстии 18, выполненном во вставке 6. В клапанной камере 29 размещен шарик 30. Камера 29 сообщена с камерой сжатия 3 через отверстие 31. В зоне входа отверстия 31 в клапанную камеру 29 образовано седло 32, причем при прижатии шарика 30 к седлу 32 отверстие 31 закрывается в основном герметично. С камерой 4 для приема картуза 5 клапанная камера 29 сообщена через отверстие 33, кончающееся противоположно отверстию 16, выполненному в днище 12 корпуса 11, и перекрытое мембраной 17. Отверстия 31 и 33 и клапанная камера 29 образуют соединительное отверстие 18, через которое в том случае, если шарик 30 не взаимодействует с седлом 32, камера сжатия 3 сообщена с камерой 4 для приема картуза 5.

Ниже поясняется работа предлагаемого устройства 1 для зажигания порохового заряда 24 путем в основном адиабатического сжатия воздуха.

Подверженный нагрузке поршень 7, находящийся в заднем исходном положении, после управления им перемещается в камере сжатия 3 по направлению стрелки А. При этом находящийся в камере сжатия 3 воздух сжимается и одновременно нагревается. Горячий сжатый воздух через соединительное отверстие 18 поступает в камеру 4 для приема картуза 5, где он попадает на мембрану 17, перекрывающую выполненное в днище 12 отверстие 16. При этом возвратный клапан 10 открыт, т. к. потоком сжатого воздуха, поступающего из камеры сжатия 3, шарик 30 отделен от седла 32 и прилегает к противоположному седлу 32 концу клапанной камеры 29. При этом отверстие 33 не закрывается шариком 30, т.к. оно входит в клапанную камеру 29 вне ее центра. Сжатый воздух, находящийся под высоким давлением, разрушает мембрану 17 и попадает на зажигательную пластинку 19 в ее зоне 20 меньшей толщины, которую он тоже разрушает. При этом зажигательная пластинка 19 распадается на мелкие обломки, в пространстве сгорания 27 держателя 22 по направлению подачи газа, находящегося за зажигательной пластинкой 19, обломки завихряются с поступающим горячим сжатым воздухом. Таким образом получается значительно большая поверхность контакта материала зажигания с горячим сжатым воздухом, чем обеспечено такое эффективное введение энергии, что материал зажигается горячим воздухом. Сгоранию содействует и то, что благодаря выполнению кольцевой зоны 21 зажигательной пластинки 19 с большей толщиной имеется достаточно материала зажигания. При сгорании зажигательной пластинки 19 и в результате высокого давления в пространстве сгорания 27 разрушается стенка 28, отделяющая пространство сгорания 27 от порохового заряда 24, вследствие чего горячие газообразные продукты сгорания входят в контакт с пороховым зарядом 24 и инициируют его. При превышении давления в картузе 5 над давлением в камере сжатия 3 управляется возвратный клапан тем, что шарик 30 обратно поступающим газом прижимается к седлу 32.

Частично представленным устройством 1 при ходе поршня, составляющем 16 мм, можно достичь давления 69 бар в среднем (50 - 80 бар), а при ходе поршня, составляющем 22 мм, можно достичь давления, составляющего 74 бар (60 - 90 бар). При этом диаметр поршня составляет примерно 8 мм. Согласно данному примеру конкретного выполнения предлагаемого устройства 1 поршень в исходном положении находится под нагрузкой пружины усилием от 100 до 130 N. Диаметр отверстия 31 составляет примерно 1,5 мм, а диаметр отверстия 33 - примерно 0,7 мм. Отверстие 16, выполненное в днище 12 гильзеобразного корпуса 11, имеет диаметр 1,8 мм. Диаметр зажигательной пластинки составляет 4 мм при толщине, составляющей примерно 0,8 мм. При этом в зоне 21 толщина зажигательной пластинки 19 составляет примерно 1,5 мм. Объем пространства сгорания 27 - 0,015 см³.

Объектом изобретения является зарядный картуз, содержащий гильзеобразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, смежный с отверстием участок для приема зажигательной пластинки, инициируемой поступающим через отверстие горячим газом, и участок для приема порохового заряда, зажигаемого зажигательной пластинкой, при этом картуз содержит размещенное между участком для приема зажигательной пластинки и участком для приема порохового заряда пространство сгорания для завихрения обломков зажигательной пластинки с горячим газом и для сгорания зажигательной пластинки. Другим объектом изобретения является устройство для адиабатического зажигания порохового заряда, содержащее корпус, в котором выполнена камера сжатия, поршень, с возможностью перемещения направленный в камере сжатия и служащий для сжатия находящегося в камере сжатия газа, и зарядный картуз, размещенный в приемной камере корпуса и содержащий гильзеобразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, участок для приема порохового заряда и участок для приема зажигательной пластинки, причем приемная камера через соединительное отверстие для подачи сжатого горячего газа сообщена с камерой сжатия, при этом картуз дополнительно содержит размещенное между участком для приема зажигательной пластинки и участком для приема порохового заряда пространство сгорания для завихрения обломков зажигательной пластинки с горячим газом и для сгорания зажигательной пластинки. В изобретении достигается снижение энергии, требуемой для зажигания зажигательной пластинки. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Зарядный картуз, содержащий гильзеобразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, смежный с отверстием участок для приема зажигательной пластинки, инициируемой поступающим через отверстие горячим газом, и участок для приема порохового заряда, зажигаемого зажигательной пластинкой, отличающийся тем, что он содержит размещенное между участком для приема зажигательной пластинки и участком для приема порохового заряда пространство сгорания для завихрения обломков зажигательной пластинки с горячим газом и для сгорания зажигательной пластинки. 2. Картуз по п.1, отличающийся тем, что он содержит мембрану, размещенную в выполненном в днище отверстии и разрушаемую при поступлении горячего газа. 3. Картуз по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит держатель зажигательной пластинки, смежный с участком для приема порохового заряда и выполненный со ступенчатой выемкой, от участка для приема порохового заряда отделенной стенкой, разрушаемой при сгорании зажигательной пластинки, причем внутренняя ступень выемки, обращенная к участку для приема порохового заряда, образует пространство сгорания, а наружная ступень, отвернутая от участка для приема порохового заряда, образует участок для приема зажигательной пластинки. 4. Картуз по п.3, отличающийся тем, что ступень выемки держателя, образующая участок для приема зажигательной пластинки, имеет большее поперечное сечение, чем ступень, образующая пространство сгорания. 5. Устройство для адиабатического зажигания порохового заряда, содержащее корпус, в котором выполнена камера сжатия, поршень, с возможностью перемещения расположенный в камере сжатия и служащий для сжатия находящегося в камере сжатия газа, и зарядный картуз, размещенный в приемной камере корпуса и содержащий гильзеобразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, участок для приема порохового заряда и участок для приема зажигательной пластинки, причем приемная камера через соединительное отверстие для подачи сжатого горячего газа сообщена с камерой сжатия, отличающееся тем, что зарядные картуз содержит размещенное между участком для приема зажигательной пластики и участком для приема порохового заряда пространство сгорания для завихрения обломков зажигательной пластинки с горячим газом для сгорания зажигательной пластинки. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно содержит мембрану, установленную в отверстии днища картуза. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что оно содержит держатель зажигательной пластинки, размещенный в картузе смежно с участком для приема порохового заряда и выполненный со ступенчатой выемкой, отделенной от участка для приема порохового заряда стенкой, разрушаемой при сгорании зажигательной пластинки, причем внутренняя ступень выемки, обращенная к участку для приема порохового заряда, образует пространство сгорания, а наружная ступень, отвернутая от участка для приема порохового заряда, образует участок для приема зажигательной пластинки. 8. Устройство по п.5, или 6, или 7, отличающееся тем, что оно содержит возвратный клапан, размещенный между приемной камерой и камерой сжатия. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что возвратный клапан содержит шарик, размещенный в клапанной камере, причем возвратный клапан через центральное отверстие сообщено с камерой сжатия, а через эксцентричное отверстие - с приемной камерой. 10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что шарик размещен в клапанной камере с возможностью свободного перемещения.