Diese Erfindung betrifft ein Zündmittelgemisch für einen Aufschlagzünder. Genauer enthält das im wesentlichen bleifreie Zündmittelgemisch Calciumsilicid und Dinol. Das Zündmittelgemisch hat ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung sowohl in Boxer- als auch in Berdan-Zündsystemen.

Näherungsweise die letzten fünfzig Jahre lang war der in Handfeuerwaffen-Zündmittelzusammensetzungen verwendete Zündsprengstoff Bleistyphnat. Das Bleistyphnat wird mit Oxidationsmitteln und Reduktionsmitteln, Sensibilisierungsmitteln und anderen Brennstoffen vereinigt. Zu typischen Zusätzen zu Bleistyphnat gehören Tetracen, Aluminium, Antimonsulfid, Calciumsilikat, Bleiperoxid, Bor, pyrophore Metalle und Bariumnitrat. Veränderungen bei den Inhaltsstoffen und ihren relativen Mengen führen zu chemischen Systemen, die auf spezielle Anforderungen zugeschnittene Empfindlichkeitseigenschaften und Treibmittel-Zündeigenschaften besitzen. Diese Zündsätze sind, und in größtem Umfang, in Handfeuerwaffen-Zündern noch in gängigem Gebrauch.

Erwägungen bezüglich Umweltgefahren und den möglichen Auswirkungen auf die Gesundheit von Personen, hauptsächlich in Hallenschießständen, haben jedoch zu Bedenken mit dem Zündergas geführt. Die Zünder auf der Basis von Bleistyphnat stoßen toxische Oxide von Blei und typischerweise auch Barium- und Antimonoxide aus. Es wurde eingehende Forschung durchgeführt, um einen Ersatzzünder zu finden, der (1) keine toxischen Abgasprodukte erzeugt; (2) einen gleichmäßigen Zünddruck und eine gleichmäßige Zündgeschwindigkeit hat; (3) und eine ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung sowohl in Boxer- als auch in Berdan-Zündsystemen hat.

EP-A-0 334 725 offenbart ein Zündmittelgemisch, das Dinol, einen stoßempfindlichen Zündsprengstoff, Kupfer (II)-oxid, ein Reduktionsmittel, ein inertes Schleifpulver und, gewünschtenfalls, ein Bindemittel enthält. Es ist offenbart, dass Calciumsilicid als ein Reduktionsmittel und als ein Schleifpulver wirksam ist. Diese Schrift erfordert jedoch die Einbeziehung von Kupfer (II)-oxid und lehrt nicht den Vorteil der Kombination von Dinol und Calciumsilicid.

US-A-5 216 199 offenbart eine Treibmittel-Zusammensetzung, die Dinol, zerkleinertes Glas und Strontiumnitrat enthält. Es gibt keine Lehre bezüglich Calciumsilicid, und insbesondere fehlt die Erkenntnis, dass Calciumsilicid in Anwesenheit von Dinol ein wirkungsvoller Brennstoff ist.

US-A-3 420 137 offenbart die Herstellung vieler verschiedener Zündmittel-Zusammensetzungen mittels eines Flüssigkeits-Verdampfungsprozesses. Die Zusammensetzungen enthalten immer ein organisches Bindemittel, was in einem Zündmittelgemisch nachteilig ist.

US-A-4 608 102 offenbart eine Zündmittel-Zusammensetzung, die Dinol, Mangandioxid als ein Oxidationsmittel und, gewünschtenfalls, Siliciumdioxid als ein Sensibilisierungsmittel enthält. Nichts in dieser Schrift lehrt eine Zündmittel-Zusammensetzung, die Dinol und Calciumsilicid enthält, oder legt sie nahe.

Nicht-toxische Zündmittel-Zusammensetzungen sind in dem US-Patent Nr. 4 963 201 von Bjerke et al. und in dem US-Patent Nr. 5 167 736 von Mei und Pickett offenbart.

Das Patent von Bjerke et al. offenbart ein nicht-toxisches Zündmittel-Gemisch, das Dinol, Tetracen, einen Nitratester-Brennstoff und Strontiumnitrat enthält. Das Abgasprodukt aus der Zündung dieses Gemisches enthält keine Oxide von Blei, Barium oder Antimon. Das Abgasprodukt enthält keine Strontiumoxid-Schlacke. Die Empfindlichkeit ist geringer als diejenige eines Zünders auf der Basis von Bleistyphnat. Die Empfindlichkeit ist zwar zur Verwendung in Berdan-Zündern geeignet, aber für Boxer-Zünder an der Grenze.

Die Boxer-Zünder haben einen integrierten Amboss, der es erlaubt, dass der Zünder als eine Komponente verkauft wird, und der Pistolen-Verwender kann die Hülsen erneut beladen. Die Fähigkeit, Hülsen wiederzuverwenden, macht Zündgemische, die ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung in Boxer-Zündern haben, sowohl bei militärischen als auch bei kommerziellen Anwendungen wünschenswert.

Das Patent von Mei und Pickett offenbart ein nicht-toxisches Zündmittel-Gemisch zur Verwendung sowohl in Boxer- als auch in Berdan-Aufschlagzündern. Das Gemisch enthält Dinol und Bor. Von Calciumsilicid wird offenbart, dass es als ein schleifendes Sensibilisierungsmittel und als ein Reduktionsmittel brauchbar ist.

Diese nicht-toxischen Zündgemische sind zwar brauchbar, aber es besteht ein Bedarf an anderen nicht-toxischen Zündgemischen, die ausreichende Empfindlichkeit für Boxer-Zündsysteme haben.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Zündgemisch bereitzustellen, das bei Zündung keine toxischen Oxide erzeugt und ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung sowohl in Berdan- als auch in Boxer-Zündern hat. Es ist ein Merkmal der Erfindung, dass dieses Zündgemisch vorgegebene Mengen an Dinol, Calciumsilicid, Tetracen, einem Treibmittel und einem Oxidationsmittel, bevorzugt Kaliumnitrat, enthält. Noch ein anderes Merkmal der Erfindung ist, dass die Empfindlichkeit des Zündgemisches sowohl in 9 mm-Hülsen als auch in 38er Spezialhülsen gut innerhalb der SAAMI-Vorschriften war. SAAMI bezeichnet das Sporting Arms and Ammunition Manufacturers Institute (Gesellschaft der Sportwaffen- und Munitionshersteller).

Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Zündung des nicht-toxischen Zündgemisches keine toxischen Oxide erzeugt. Zusätzlich hat das Zündgemisch ausreichende Empfindlichkeit zur Verwendung in Zündern sowohl vom Boxer-Typ als auch vom Berdan-Typ.

Erfindungsgemäß wird ein Zündmittelgemisch bereitgestellt, das im Wesentlichen aus einem mit einem pyrotechnischen Pulver gemischten Sprengpulver besteht. Das pyrotechnische Pulver weist Calciumsilicid und ein Oxidationsmittel auf. Das Zündmittelgemisch hat die in Anspruch 1 beanspruchte Zusammensetzung.

Erfindungsgemäß werden auch Aufschlagzünder, wie sie in den Ansprüchen 7 und 8 beansprucht sind, bereitgestellt.

Ein bevorzugtes Zündmittelgemisch der Erfindung besteht aus von 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% Dinol, von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Tetracen, von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines Treibmittels, von 2 Gew.-% bis 20 Gew.-% Calciumsilicid und von 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% Kaliumnitrat.

Die oben angegebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen, die folgen, deutlicher werden.

1 zeigt in Schnittdarstellung eine Handfeuerwaffen-Patrone, die einen Boxer-Zünder verwendet.

2 zeigt in planarer Draufsicht den Boxer-Zünder von 1.

3 zeigt in Schnittdarstellung eine Handfeuerwaffen-Patrone, die einen Berdan-Zünder verwendet.

Das Zündmittelgemisch der Anmelder enthält ein pyrotechnisches Gemisch, das mit einem Sprengmittelgemisch vereinigt ist. Das pyrotechnische Gemisch enthält Calciumsilicid als einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel. Die bevorzugten Oxidationsmittel sind eine oder mehrere Alkalinitrat- und Erdalkalinitrat-Verbindungen. Kaliumnitrat ist ein bevorzugtes Oxidationsmittel.

Ein geeignetes Sprengstoffgemisch enthält ein Gemisch aus einem Initialsprengstoff, einem Sensibilisierungsmittel und einem Treibmittel. Der Initialsprengstoff ist Diazodinitrophenol (Dinol), und das Sensibilisierungsmittel ist Tetracen. Das Treibmittel ist irgendein geeigneter Nitratester wie Pentaerythritoltetranitrat (PETN), Nitroglycerin und Nitrocellulose. Gemischte Treibmittel-Feinstoffe wie 60% Nitrocellulose und 40% Nitroglycerin, wie auch andere Verhältnisse, sind zufrieden stellend. Diese im Handel erhältlichen Treibmittel sind in kleiner Teilchengröße (wie von etwa 0,25 mm bis etwa 0,50 mm (0,010 bis 0,020 inch) im Druchmesser) erhältlich.

Zu anderen geeigneten Treibmitteln gehören Dinitrotoluol, Pikrinsäure und Nitroguanidin. Das Treibmittel kann auch ein Gemisch der vorgegebenen Treibmittel sein.

Ein bevorzugtes Treibmittel weist Treibmittelschnipsel auf und wird von Hercules Incorporated (Camden, NJ) als das Treibmittel der Serie 1500 angeboten. Das Treibmittel besteht aus Schnipseln einer Größe, die durch ein Sieb der Sieb-Nr. 30 hindurch gehen und die die Zusammensetzung 30% Nitroglycerin und 70% Nitrocellulose haben. Die Schnipsel können mit Graphit beschichtet sein, um die Fließfähigkeit während des Mischens und Ladens des Zünders zu verbessern.

Das Zündmittelgemisch der Anmelder besteht aus:

von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% Dinol;

von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Tetracen;

von 3 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines Treibmittels;

von 2% bis 20% Calciumsilicid; und

von 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% eines Oxidationsmittels.

Unter Verwendung der bevorzugten Zünder-Bestandteile besteht das Zündmittelgemisch im wesentlichen aus:

von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% Dinol;

von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Tetracen;

von 3 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines Treibmittels;

von 2% bis 20% Calciumsilicid; und

von 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% Kaliumnitrat.

Wenn die Menge an Initialsprengstoff, d. h. Dinol, weniger als 10% beträgt, hat das Zündmittel-Gemisch eine zu geringe Brisanz. Die Zündung des Zünders ist eher eine Verpuffung als eine energiereiche Explosion. Wenn der Gehalt über 50% beträgt, ist die Brisanz zu hoch, und die Initialexplosion ist zu heftig.

Der Gehalt des Sensibilisierungsmittels, d. h. Tetracen, beträgt 2 Gew.-% bis 10 Gew.-%. Unterhalb 2% ist die Empfindlichkeit zu niedrig, und die Häufigkeit von "nicht-Zündung"-Zünderfehlschlägen erhöht sich. Eine Erhöhung der Menge an Sensibilisierungsmittel auf über 10% trägt nicht zu irgendeiner zusätzlichen Erhöhung der Empfindlichkeit bei.

Die Menge an Treibmittel beträgt von 3% bis 30%. Einem Treibmittel-Gehalt von weniger als etwa 3% fehlt ausreichende Brisanz, um die Hauptladung zu zünden. Oberhalb 30% ist die Brisanz zu hoch und der Zünder ist zu energiereich.

Der pyrotechnische Bestandteil des Zündmittel-Gemisches ist Calciumsilicid und ein Oxidationsmittel. Das Calciumsilicid liefert die Wärme zur Zündung des Sprengstoffgemisches. Wenn der Calciumsilicid-Gehalt weniger als 2 Gew.-% beträgt, wird unzureichend Wärme erzeugt, um die Zündung des Sprengstoff-Gemisches sicherzustellen. Wenn der Calciumsilicid-Gehalt über 20% ist, wird die Brennstoff-Energie in erster Linie als ein Aufblitzen anstatt als Wärme entladen, was zu einer schlechten Verbrennung und zu einem hohen Teilchengehalt in dem Zündungsprodukt führt.

Eine ausreichende Menge an Oxidationsmittel ist vorhanden, um für eine hohe Temperatur, gleichmäßigen Brand des Calciumsilicids zu sorgen. Dieser Gehalt ist bevorzugt von 20% bis 50%.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Dinol-Gehalt von 20 Gew.-% bis 45 Gew.-%, und bevorzugter von 25 Gew.-% bis 40 Gew.-%. Der Tetracen-Gehalt ist bevorzugt von 3 Gew.-% bis 8 Gew.-%, und der Treibmittel-Gehalt ist bevorzugt von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%. Das Calciumsilicid ist bevorzugt in einer Menge von 5% bis 15%, und am meisten bevorzugt in einer Menge von 8% bis 12%, vorhanden. Das Oxidationsmittel ist bevorzugt in einer Menge von 25% bis 40% vorhanden.

Ein bevorzugtes Zündmittel-Gemisch besteht im wesentlichen aus:

von 20 Gew.-% bis 45 Gew.-% Dinol;

von 3 Gew.-% bis 8 Gew.-% Tetracen;

von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-% eines Treibmittels;

von 5% bis 15 Gew.-% Calciumsilicid; und

von 25 Gew.-% bis 40 Gew.-% Nitrat.

Das Zündmittelgemisch wird in einem Zünderbecher untergebracht, wobei entweder das Boxer- oder das Berdan-System verwendet wird. 1 zeigt in Schnittdarstellung eine Handfeuerwaffen-Patrone 10 mit einem Boxer-Aufschlagzünder 12. Das Zündmittelgemisch 22 wird gezündet, wenn ein Schlagbolzen den Zünderhalter 14 trifft. Der Zünderhalter 14 hat eine im wesentlichen becherförmige Gestalt mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende. Ein metallischer Amboss 16 erstreckt sich über das offene Ende des Zünderhalters 14. Der metallische Amboss hat einen mittig abgesenkten Bereich 18 und mindestens eine Öffnung. 2 veranschaulicht in planarer Draufsicht die Positionierung des metallischen Ambosses 16 und der in dem mittig abgesenkten Bereich 18 gelegenen Öffnung 20.

Es wird zu 1 zurückgekehrt. Das Zündmittel-Gemisch 22 ist in dem Zündmittelhalter 14 enthalten. Das Zündmittel-Gemisch 22 berührt sowohl das geschlossene Ende des Zündmittelhalters 14 als auch den mittig abgesenkten Bereich 18 des metallischen Ambosses 16.

Wenn das geschlossene Ende des Zündmittelhalters 14 von einem Schlagbolzen getroffen wird, wird der mittig abgesenkte Bereich 18 energiereich in das Zündmittelgemisch 22 getrieben, wobei eine Stoßwelle erzeugt wird, die das Zündmittelgemisch 22 zündet. Die Wärme und die Flamme, die durch die Zündung erzeugt werden, wandern durch die mittige Bohrung, wobei sie den Zündsprengstoff 26 zünden, der eine Kugel oder ein anderes Geschoss (nicht gezeigt) abfeuert.

3 zeigt in Schnittdarstellung eine Handfeuerwaffen-Patrone 30 mit einem Berdan-Zünder 32. Der Zündmittelhalter 14 hat im wesentlichen dieselbe Gestalt wie der Zündmittelhalter von 1, der eine im wesentlichen becherförmige Gestalt mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende hat. Das Zündmittelgemisch 22 ist in dem Zündmittelhalter 14 enthalten und berührt sowohl das geschlossene Ende des Zündmittelhalters als auch einen Vorsprung 34, der sich vom Boden der Patronenummantelung 36 erstreckt.

Das Zündmittelgemisch 22 berührt sowohl das geschlossene Ende des Zündmittelhalters 14 als auch den Vorsprung 34. Wenn das geschlossene Ende des Zündmittelhalters 14 von einem Schlagbolzen getroffen wird, wird der Vorsprung 34 in das Zündmittelgemisch 22 getrieben, was eine Schockwelle erzeugt, die das Zündmittelgemisch 22 zündet. Die Zündung des Zündmittelgemisches 22 erzeugt eine Flamme, die durch Doppelbohrungen 38 wandert, um den Zündsprengstoff 26, der die Kugel oder ein anderes Geschoss (nicht gezeigt) abfeuert, zu zünden.

Die folgenden Beispiele, die beispielhaft und nicht beschränkend sein sollen, zeigen die Vorteile des erfindungsgemäßen Zündmittelgemisches.

Ein Zündmittelgemisch mit der folgenden Zusammensetzung wurde für alle Beispiele verwendet:

40 Gew.-% Dinol;

6 Gew.-% Tetracen;

8 Gew.-% Treibmittel-Feinstoffe (30% Nitroglycerin, 70% Nitrocellulose);

10% Calciumsilicid; und

36% Kaliumnitrat.

Das Zündmittelgemisch wurde in einen standardmäßigen Boxer-Zündmittelbecher für Kleinpistolen geladen und zusammengebaut. Der Zünder wurde dann gemäß der SAAMI-Vorschrift für Kleinpistolen-Zünderempfindlichkeit getestet. Die Erfordernisse sind, dass keine Proben zünden, wenn ein Testgewicht (1,94 Unzen) aus einer Höhe von 55 g 25,4 mm (1 inch) in das Zündmittelgemisch fallen gelassen wird. Alle Proben müssen zünden, wenn das Gewicht aus einer Höhe von 280 mm (11 inch) fallen gelassen wird. Als das Zündmittelgemisch in einer 38er Spezialhülse getestet wurde, wurden die Ergebnisse von Tabelle 1 erhalten.

Die Ergebnisse von Tabelle 1 ergeben einen H-Balken (die Höhe, bei der 50% der Testzünder zünden) von 100 mm (3,94 inch) und einen H-Balken plus 4 Sigma (vorhergesagte Höhe, bei der alle zünden) von 165 mm (6,49 inch).

Tabelle 2 gibt die Ergebnisse beim Test in einer 9 mm Gehäusehülse an.

Die Ergebnisse von Tabelle 2 ergeben einen H-Balken von 117 mm (4,62 inch), und der H-Balken plus 4 Sigma war 195 mm (7,68 inch).

Wie in Tabelle 3 veranschaulicht ist, ist sowohl für 9 mm als auch für 38er Spezialpatronen die Geschwindigkeit und der Druck des Zündmittelgemisches der Erfindung etwa gleich oder besser als derjenige eines konventionellen Gemisches auf Bleibasis. Das Verhalten des Zündmittelgemisches ist über einen breiten Temperaturbereich gleichmäßig. In jedem Fall ist die Zeit bis zur Einstellung des Gleichgewichts 4 h. Die Anzahl getesteter Proben ist 10 bei 21,1°C (70°F) und bei 60°C (140°F). 25 Proben wurden bei –40°C (–40°F) getestet.

Die relativ geringen Standardabweichungen der Zündmittelgemische der Erfindung zeigen an, dass von Hülse zu Hülse gleichmäßige Ergebnisse erwartet werden konnten.

Die Zündungsprodukte des Zündmittelgemisches sollten nicht-toxisch und vorwiegend gasförmig sein. Das Zündungsprodukt (bei der Kammer) des für die Beispiele verwendeten Zündmittelgemisches hat die theoretisch berechnete Zusammensetzung, die in Tabelle 4 veranschaulicht ist. An der Mündung würde eine weitere Oxidation der Zündungsprodukte stattfinden.

Es ist offensichtlich, dass gemäß der vorliegenden Erfindung ein nicht-toxisches Zündmittelgemisch, das die hierin oben dargelegten Aufgaben, Mittel und Vorteile völlig erfüllt, bereitgestellt wurde.