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Verzögerungselement für elektrische Verzögerungszünder, Verfahren zur Herstellung des Verzögerungselementes und elektrischer
Verzögerungszünder mit einem solchen Verzögerungselement
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verzögerungselemente, die bei der Erzeugung von elektrischen Verzögerungszündern verwendet werden, insbesondere von elektrischen Sprengkapseln mit kurzer
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sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Verzögerungselemente und auf einen elektrischen Verzögerungszünder mit einem solchen Verzögerungselement.
Die meisten derzeit erzeugten elektrischen Sprengkapseln mit Verzögerung sind schlitzlos ausgeführt und enthalten Verzögerungselemente mit einem axialen Kern aus einem Verzögerungssatz, bei dessen Abbrennen wenig oder gar kein Gas entsteht. Elektrische Sprengkapseln werden in solchen Sätzen angefertigt, in welchen die einzelnen Zünder verschieden lange Verzögerungszeiten aufweisen, so dass bei Reihenschaltung der Zünder für die einzelnen Sprengladungen in den Bohrlöchern durch eine einzige Zündbetätigung eine der Reihe nach ablaufende Folge von Spret8schüssen ausgelöst werden kann. Die Sprengkapseln gehören zwei wohl unterschiedenen Arten an, die in der Folge als elektrische Sprengkapseln (Zünder) mit normaler Verzögerung und als elektrische Sprengkapseln mit kurzer Verzögerungszeit bezeichnet werden.
Die typischen Bereiche der Verzögerungszeiten dieser beiden Arten liegen ungefähr zwischen 1/4 oder 1/2 Sekunde und 15 Sekunden einerseits bzw. zwischen 25 und 1000 Millisekunden anderseits. Zur Erzielung bestimmter Sprengwirkungen können elektrische Sprengkapseln jeder dieser beiden Arten verwendet werden ; für manche Zwecke sind jedoch nur elektrische Zünder mit normaler Verzögerungszeit, für bestimmte andere Zwecke wieder nur elektrische Zünder mit kurzer Verzögerungszeit geeignet. Für gewisse Sprengarbeiten in Kohlengruben verwendet man bisher elektrische Sprengkapseln mit normaler Verzögerungszeit, doch gibt es in Kohlengruben auch bestimmte Arbeiten, bei denen es erwünscht wäre, sie mit elektrischen Sprengkapseln mit kurzer Verzögerungszeit durchzuführen.
Die Erzeugung von elektrischen Sprengkapseln mit normaler Verzögerungszeit, die in Schlagwetteroder Staubatmosphäre gefahrlos gezündet werden können, ist ohne besondere Schwierigkeiten möglich.
Demgegenüber ist die Herstellung von elektrischen Sprengkapseln mit kurzer Verzögerungszeit, die eine solche Atmosphäre nicht zur Explosion bringen und infolgedessen in Kohlengruben gefahrlos verwendet werden können, ein viel schwierigeres Problem. Die Sprengkapselhülse und das Abdeckblättchen müssen auf jeden Fall aus einem unverbrennbaren Metall, d. h. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen ; Aluminium ist für diesen Zweck ungeeignet.
Bei elektrischen Sprengkapseln mit kurzer Verzögerungszeit ist auch die Wahl geeigneter Zündsätze für den Zündkopf des elektrischen Zünders stärker eingeschränkt als bei Sprengkapseln mit normaler Verzögerungszeit ; aber selbst bei Verwendung eines geeigneten elektrischen Zündkopfes bleibt noch immer die Schwierigkeit infolge der Tatsache bestehen, dass die zur Erzielung einer kurzen Verzögerungszeit erforderlichen Verzögerungssätze, die ja schneller als die für normale Verzögerung dienenden Verzögerungssätze abbrennen müssen, ausserdem einen viel stärker exothermen Verbrennungsverlauf aufweisen, so dass die Schlacke, die nach dem Durchbrennen des Verzögerungssatzes und dem Zerreissen der Kapselhülse durch die darin befindliche Ladung verbleibt, GrubengasLuft-Gemische entzünden kann.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Aufbau von Verzögerungselementen, insbesondere für solche mit kurzen Verzögerungszeiten, für elektrische Sprengkapseln vor, bei welchen die Schlacke des Ver-
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zögerungssatzes nicht oder nur in wesentlich herabgesetztem Masse die Fähigkeit besitzt, Grubengas-Luft- Gemische zu entzünden. Weiters bezweckt die Erfindung die Herstellung von unbrennbaren elektrischen Verzögerungszündern, insbesondere von solchen mit kurzer Verzögerungszeit, beträchtlich zu erleichtern.
Bei der bisher üblichen Herstellung von Verzögerungselementen für elektrische Verzögerungszünder wird entweder der Verzögerungssatz anteilweise in die axiale Bohrung eines zylindrischen Rohres aus starrem Metall eingepresst oder es wird ein zylindrisches Rohr aus duktilem Metall, das die Verzögerungmasse in Form eines axialen zylindrischen Kernes von vorbestimmter Dicke enthält, durch Ziehen auf einen solchen Durchmesser verringert, dass das Verzögerungselement nach Zuschneiden auf die der verlangten Verzögerungszeit entsprechende Länge in die Sprengkapselhülse eingesetzt werden kann. Der Durchmesser des verdichteten Kernes aus der Verzögerungsmasse beträgt gewöhnlich 3, 2- 3, 6 mm.
Gemäss der Erfindung ist nun die das Metall durchsetzende Ladung des Verzögerungssatzes in eine Anzahl von mindestens drei parallelen Strängen unterteilt, die aber nicht in der Achse, sondern parallel zur Achse des Verzögerungselementes und voneinander getrennt in einer Mittellage zwischen der Achse und der zylindrischen Aussenfläche des Elementes angeordnet sind und ausserdem einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt haben, wodurch die Kühlwirkung des Metalls des Verzögerungselementes auf die beim Abbrennen des Verzögerungssatzes entstehende Schlacke bedeutend erhöht wird.
Infolge der durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche erhöhten Kühlwirkung und infolge des von der Kreisform abweichenden Querschnitts der Stränge des Verzögerungssatzes wird das Verhältnis zwischen metallischer Kühlfläche und Volumen des Verzögerungssatzes erhöht. Man erhält dadurch Verzögerungselemente mit kurzer Verzögerungszeit, die beim Einbau in elektrischen Sprengkapseln unter Verwendung einer Verzögerungsmasse z. B. aus einem Gemisch von Mennige und Silizium bzw. von Bleidioxyd und Silizium nicht in Brand geraten, wogegen diese Verzögerungsmassen in Verzögerungselementen üblicher Bauart aus der bei der Zündung zerreissenden Sprengkapselhülse brennende Partikel herausschleudern kön- nen, die dann ein Methan-Luft-Gemisch entzünden können.
Der von der Kreisform abweichende Querschnitt der Stränge des Verzögerungssatzes kann z. B. elliptisch oder herzförmig sein. Es wäre anzunehmen gewesen, dass ein ähnliches Ergebnis durch blosse Ver- kleinerung des Strangdurchmessers des Verzögerungssatzes ohne Erhöhung der Anzahl der Stränge und ohne Änderung des üblichen Kreisquerschnittes erzielt werden könnte, doch wird bei Verkleinerung des Durchmessers bei einem einzigen Strang die Möglichkeit sehr gross, dass die Zündung des Verzögerungssatzes durch den elektrischen Zündkopf versagt.
Dagegen wird durch die Vergrösserung der Anzahl von freien Endflächen der Verzögerungssätze und durch ihre Verteilung über diesdrafläclie desVerzögerungselementes die Gefahr eines Versagens der elektrischen Sprengkapsel wegen Nichtzündens eines einzelnen Stranges praktisch vollkommen beseitigt. Die Anzahl der Stränge des Verzögerungssatzes in jedem Element beträgt vorzugsweise vier, fünf oder sechs.
Das erfindungsgemässe Verzögerungselement für elektrische Verzögerungszünder besteht im besonderen aus einem Metallzylinder, in welchem, im Metall eingebettet, in einer Mittellage zwischen der Achse und der zylindrischen Aussenfläche eine Anzahl von mindestens drei parallelen, voneinander ge-
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se Blei.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Verzögerungselemente besteht im wesentlichen darin, dass in ein zylindrisches Mantelrohr aus streckbarem Metall, zumindest nahe der Innenfläche dieses Mantelrohres und symmetrisch um seine Achse verteilt, mindestens drei einzelne, aus demselben Metall bestehende zylindrische Rohre, von denen jedes einen axial angeordneten, zylindrischen Kern des Verzögerungssatzes enthält, eingesetzt werden, wonach die so zusammengesetzte Einheit durch Ziehen zu einem zylindrischen Körper von solchem Durchmesser verkleinert wird, dass der Zylinder in eine Sprengkapselhülse eingesetzt werden kann, wobei das Metall aller Rohre im wesentlichen zu einem kompakten Körper vereinigt wird und die ursprünglich zylindrischen Kernstränge des Verzögerungssatzes infolge der Fliessverformung des Metalls verformt werden,
hiebei jedoch durch das streckbare Metall voneinander getrennt bleiben und mit ihren Querschnitten einen unterbrochenen Ring bilden, bei dem mindestens an einem Ringrand eine Metallschicht von wesentlicher Dicke erhalten bleibt. Schon kurz nach Beginn des Ziehens des die eingesetzten Rohre enthaltenden Mantelrohres tritt der aus diesen einzelnen Rohren gebildete Ring mit der Innenwand des Mantelrohres In enge Berührung ; vorzugsweise sollen. die eingesetzt ten einzelnen zylindrischen Rohre einen solchen Aussendurchmesser haben, dass im Mantelrohr axial noch ein wesentlicher Raum frei bleibt, wenn die eingesetzten Rohre an der Innenwand des Mantelrohres an-
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liegen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vor Beginn des Ziehens der aus Mantelrohr und eingeführten Rohren gebildeten Einheit ein Kern aus demselben Metall, vorzugsweise mit geriffeltem, sternförmige oder vieleckigem Querschnitt eingesetzt werden, der den grössten Teil des freien Raumes rund um die Achse ausfüllt, um die regelmässige Verteilung der den Verzögerungssatz enthaltenden, zylindrischen Rohre an der Innenwand des Mantelrohres aus streckbarem Metall zu gewährleisten und eine zusätzliche Kühlmasse im Inneren des durch die eingesetzten Rohre gebildeten Ringes zu schaffen.
Bei einer andern, weniger bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor Beginn des Ziehens der zusammengesetzten Einheit der freie axiale Raum durch ein zusätzliches Metallrohr, das einen Strang des Verzögerungssatzes enthält, ausgefüllt oder er wird überhaupt leer belassen. In diesen Fällen wird man zwecks Erzielung der erforderlichen Kühlwirkung die Dicke des Verzögerungssatzes im allgemeinen kleiner bemessen müssen als bei Mitverwendung eines axialen metallischen Kernes. Es ist klar, dass das Metall auf jeden Fall beim Ziehvorgang in den freien Raum fliesst und ihn ausfüllt, doch wird bei Verwendung eines solchen Metallkernes der Vorteil einer besseren Kühlwirkung durch die wesentlich dickere Metallschicht um die Achse im Vergleich zu den eng aneinander liegenden Rohren erreicht.
Wenn die zylindrischen Metallrohre, deren Verzögerungssatz kreisförmigen Querschnitt hat, in einem Ring rund um den leer belassenen axialen Raum angeordnet sind, dann werden beim Ziehen infolge der durch die Fliessverformung bewirkten Verdrängung des Metalls in den leeren axialen Raum die ursprünglich kreisrunden Stränge zu solchen mit etwa herzförmigen Querschnitten mit nach innen gerichteten Spitzen verformt, wogegen bei Ausfüllung des axialen Raumes mit einem zusätzlichen Metallstab die Pulverstränge bei der Verformung annähernd elliptischen Querschnitt annehmen, bei dem die kleine Achse der Ellipse radial liegt.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der verschiedene Herstellungstadien eines Verzöge. ungselementes gemässder Erfindung schematisch veranschaulicht sind, näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Metallrohr mit Verzögerungssatz im Anfangszustand, die Fig. 3 und 4 dasselbe Rohr nach dem Ziehen, jeweils im Längsschnitt und in Stirnansicht. Fig. 5 zeigt in etwas kleinerem Massstab im Schaubild ein zusammengesetztes Verzögerungselement vor dem Ziehen und Fig. 6 einen metallischen Axialkern in Stirnansicht. Die Fig. 7 und 8 zeigen, ebenfalls in kleinerem Massstab, das fertig gezogene zusammengesetzte Verzögerungselement in Stimansicht und im Längsschnitt.
Gemäss Fig. l und 2 ist ein dickwandiges, zylindrisches Bleirohr 1 vorgesehen, das an einem Ende geschlossen ist und eine handgestopfte, zylindrische Ladung aus einem pulverförmigen Verzögerungssatz 2 von kurzer Verzögerungszeit enthält. Dieser Verzögerungssatz besteht z. B., auf Gewichtsverhältnisse be-
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Der Aussendurchmesser des Rohres 1 kann zweckmässig 20, 7 mm und der Innendurchmesser 12, 7 mm sein. Die Fig. 3 und 4 zeigen das geladene Rohr nach dem Ziehen durch eine Reihe von Ziehkalibern, wobei der Aussendurchmesser des Rohres auf 3,96 mm und der Innendurchmesser auf 2,03 mm verkleinert wurden und die Kernmasse 2 stärker verdichtet und verfestigt wurde.
Das zusammengesetzte Verzögerungselement nach Fig. 5 enthält fünf nach Fig. 3 vorgeformte Rohre 1 mit einem Kern 2 aus verfestigtem Verzögerungssatz ; diese Rohre sind in regelmässigen Abständen voneinander rund um einen Bleistab 3 (Fig. 6) in ein Mantelrohr 7 aus Blei eingesetzt. Der Bleistab hat einen Querschnitt in Form eines regelmässigen Fünfecks mit einwärts gekrümmten Seiten, wobei der Durchmesser des eingeschriebenen Kreises 3, 81 mm beträgt. Das Mantelrohr 7 hat ursprünglich einen Aussendurch - messer von 17, 15 mm und einen Innendurchmesser von 12, 7 mm und ist an einem Ende geschlossen.
Der Innendurchmesser des Bleirohres 7 und die Abmessungen des Querschnittes des Stabes 3 sind so aufeinander abgestimmt, dass die um den Stab 3 gebündelten Rohre 1 in das Mantelrohr 7 eingeführt werden kannen, aber in Abstand voneinander gehalten werden.
Fig. 8 zeigt das in Fig. 5 dargestellte zusammengesetzte Element, nachdem es auf einen Durchmesser von 5,97 mm gezogen worden ist. Bei diesem Ziehvorgang wird das Metall des Mantelrohres 7, der Rohre 1 und des Metallstabes 3 bis zur vollständigen gegenseitigen Berührung unter Bildung einer Matrix 8 fliessverformt, wobei der ursprünglich zylindrische Kern der Verzögerungssätze 2 durch das Ziehen nicht nur in seiner Querschnittsfläche verkleinert, sondern ausserdem von dem zuerst kreisförmigen Querschnitt zu einem mehr oder weniger elliptischen oder abgeplatteten Querschnitt (Fig. 7) verformt wird ; die kleinen und grossen Achsen dieser Querschnittsformen sind etwa 0, 38 mm bzw. 1, 27 mm lang.
Um solche Längenabschnitte des Verzögerungselementes zu erhalten, die den jeweils gewünschten Verzögerungszeiten
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auf die gewünschten Längen zerschnitten wird.
Die fertigen Verzögerungselemente werden dann in bekannter Weise in einer Sprengkapsel auf eine primäre Initialladung (Aufladung) aufgesetzt, die im wesentlichen aus Bleiazid oder Quecksilberfulminat besteht, wobei gewünschtenfalls ein die Zündung begünstigendes Mittel, z. B. dem Bleiazid Bleistyphnat, zugesetzt sein kann. Diese primäre Initialladung ist auf eine Grundladung aus einem sekundären Explosivstoff in der aus einer Kupferlegierung bestehenden Hülse eines schlitzlosen elektrischen Zünders aufgesetzt, durch dessen elektrischen Zündkopf die fünf Verzögerungsstränge des Verzögerungselementes direkt entzündet werden.
Je nach der Länge der Ziehbank kann es bei den beiden Ziehvorgängen notwendig werden, die Bleirohre während des Ziehens zu zerschneiden und sie daher mindestens an einem der offenen Enden dieser abgeschnittenen, relativ weiten Rohre verschliessen zu müssen. Aber auch dann, wenn ein solches Zerschneiden nicht notwendig ist, ist es manchmal zweckmässig, das offene Ende des weiten Bleirohres zu verschliessen, damit die Ziehkaliber so angeordnet werden können, dass die Zugrichtung im Verlauf des Ziehvorganges von Zeit zu Zeit umgekehrt werden kann.
Zur Erprobung der Feuersicherheit bzw. Schlagwettersicherheit von erfindungsgemäss ausgebildeten schlitzlosen elektrischen Verzögerungszündern wurden handelsübliche Sprengkapseln Nr. 6 geprüft, welche in einer Kapselhülse aus Kupferlegierung eine Grundladung von 0, 25 g Tetryl und eine Aufladung von 0, 35 g eines Gemisches von Bleiazid, Bleistyphnat und Aluminium enthalten. In die Hülse dieser Sprengkapsel wurde ein 24 mm langer Abschnitt eines in der oben beschriebenen Weise hergestellten Verzögerungselementes mit fünf Strängen des Verzögerungssatzes eingesetzt, von denen jedes die oben angegebenen Durchmessergrössen (im Mittel 0,76 mm) hatte und aus einem Gemisch von gleichen Gewichtsteilen Bleidioxyd und Silizium bestand ; die Verzögerungszeit dieses Elementes betrug 330 Millisekunden.
Die Sprengkapsel wurde durch einen elektrischen Niederspannungszünder gezündet, dessen Zündkopf eine in direktem Kontakt mit dem Bruckenwiderstandsdraht stehende Zündperle aus einem Gemisch von Bleimononitroresorcinat und Kaliumchloratenthielt, die mit einem äusseren Belag, im wesentlichen aus einem Gemisch aus Cer-Magnesiumlegierung, Kaliumchlorat, Aluminium undHolzkohle bestehend, überzogen war.
Der die isolierten Zuleitungsdrähte zum e1ekttischenZündkopf der Sprengkapsel tragende Verschlusspfropfen bestand aus polymerisierter Chloroprenmasse 0
Bei der Prüfung von offen in einem Methan-Luft-Gemisch mit 9Vol-% Methan aufgehängten Sprengkapseln wurde beim Zünden von 25 Stück dieser Sprengkapseln mit den erfindungsgemässen Verzögerungelementen keine einzige Entflammung des gash ltigen Luftgemisches verursacht.
Demgegenüber wurde festgestellt, dass bei Verwendung von schlitzlosen elektrischen Verzögerungszündern, die in ähnlicher Weise mit einem26 mm langen Verzögerungselement versehen waren, das aber nur einen einzigen Strang mit 3, 35 mm Durchmesser eines Verzögerungssatzes gleicher Zusammensetzung und mit einer Verzögerungszeit von 332 Millisekunden enthielt, und wobei der Überzug der Zündperle des elektrischen Zündkopfes im wesentlichen aus einem Gemisch von Cer-Magnesiumlegierung und Mennige bestand, bei in derselben Weise durchgeführter Prüfung von 10 Sprengkapseln 10 Entflammungen verursacht wurden.
Wurde die Länge dieses einsträngigen Verzögerungselementes auf 8 mm, entsprechend einer Verzögerungszeit von 100Millisekunden verkürzt, so erfolgten bei der Prüfung von 25 Sprengkapseln mit schlitzlosen elektrischen Zündern immer noch 25 Entflammungen des Gas-Luft-Gemisches.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verzögerungselement, bei welchem ein Kern aus der Verzögerungsmasse in ein Metallrohr eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die das Metall durchsetzende Ladung des Verzögerungssatzes in eine Anzahl von mindestens drei parallelen Strängen unterteilt ist, die parallel zur Achse des Metallrohres und voneinander getrennt in einer Mittellage zwischen der Achse und der zylindrischen Aussenfläche des Elementes angeordnet sind und ausserdem einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt haben.