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Elektrische Zündmaschine
Die Erfindung be7ieht sich auf elektrische Zündmaschinen zum Auslösen von Sprengladungen mit Hilfe eines Niederspannungskondensators grosser Kapazität, mit einem, eine Induktivität enthaltenden und über elektrisch auslösbare Zunder schliessbaren Abfeuerungskreis, einem Ladekreis zum Aufladen und einem Entladekreis zum Entladen von Restladungen des Kondensators, sowie einer mechanisch betätigbaren Bedienungseinrichtung, wobei die Klemmen des Kondensators in Ruhestellung der Maschine an den Entladekreis angeschlossen sind und diese zum Einschalten des Abfeuerungskreises an Stelle des Ladekreises eingerichtet ist.
Die elektrischen Zünder zum Auslösen von Sprengladungen, wie sie beim Abbau in Bergwerksbetrieben oder in Steinbrüchen verwendet werden, weisen im allgemeinen einen Eigenwiderstand in der Grössenordnung von 1 bis 2 Ohm auf und benötigen zu ihrer Zündung das Fliessen eines Stromes von 0, 5 bis 1 A während eines Zeitabschnittes, dessen maximale Dauer nach Gründen der Schlagwettersicherheit bestimmt ist.
Hieraus folgt, dass die Energiequelle, welche den die Zünder für die verschiedenen Sprengladungen eines Schussfeldes enthaltenden Kreis mit elektrischer Energie versorgen soll, bei einer festgelegten Mindeststpannung einen Strom von gleichfalls festgelegter Mindeststärke liefern können muss, u. zw. während eines Zeitintervalles, dessen Höchstdauer durch Sicherheitsvorschriften bestimmt ist. Diese Bedingungen sind notwendig, um mit Sicherheit das Zünden sämtlicher Zünder zu gewährleisten, was wieder unverlässlich ist, weil das Aussetzen eines Zünders oder mehrerer Zünder in einer gezündeten Zünderkette immer Gefahren mit sich bringt.
Für die Zündung elektrischer Zunder sind Zündmaschinen vorgeschlagen worden, die mit der Entladung eines Kondensators arbeiten, der auf ein höheres Potential aufgeladen ist. Insbesondere ist eine elektrische Zundmaschine bekannt, die einerseits einen Niederspannungskondensator grosser Kapazität aufweist, dessen Aufladung von einer Gleichstromquelle mittels eines mit Transistoren ausgestatteten Gleichspannung transformators erfolgt, und welche anderseits mit einer mechanischen Bedienungseinrichtung versehen ist, welche mit Sicherheit das richtig aufeinanderfolgende Ablaufen der verschiedenen Vorgänge in der Maschine bei deren Verwendung herbeiführt. Genauer gesagt ist bei dieser Zundmaschine die Zünderkette,
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teten Auslöseschalter unmittelbar an die Klemmen des Niederspannungskondensators gelegt.
Dieser Auslöseschalter besteht aus zwei Kontaktstücken, die von einem beim Abfeuern auf die aufgleitenden Bügel kurz geschlossen werden, welcher bei seiner weiteren Bewegung, nachdem der Kurzschluss wieder unterbrochen wurde, schliesslich zwei Kontakte eines Entladekreises schliesst, der einen an die eine Klemme des Kondensators angeschlossenen Widerstand enthält.
Die Erfahrung zeigte, dass solche Maschinen mit Unzukömmlichkeiten behaftet waren. Der Widerstand der Zündkreis ist in der Praxis in relativ weiten Grenzen verschieden, weil sich die Auslegung der Zündkreise nach dem Schussfeld richten und dieses seinerseits den Erfordernissen des Abbaues angepasst werden muss. Hieraus ergibt sich, dass der Verlauf des die Zünderkette durchfliessenden Entladungsstromes des Kondensators ebenfalls sehr unterschiedlich ausfällt.
Die Stosswelle des Entladungsstromes zeigt ein sehr verschiedenes Verhalten und kann in manchen Fällen das Auftreten von Überspannungen herbeiführen, die bei den beim Abfeuern wirksamen Kontaktstücken nach dem Unterbrechen des Kontaktschlusses und überdies den beiden andern Kontakten bei der Kontaktgabe schädlich sein können, da auch der Lade-
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rückstand des Kondensators nach dem Abfeuern sehr schwankend sein und einen hohen Wert erreichen kann.
Bei einer andern bekanntgewordenen Zündmaschine fülltder von einem handbetriebenen Dynamo erzeugte Strom einen Kondensator auf, der sich nach dem Erreichen einer genügend hohen Spannung über eine Gasentladungsröhre entlädt, die über Widerstände an den Kondensatorklemmen angeschlossen ist.
Einer dieser Widerstände ist von einer Glimmanlage überbrückt, die aufleuchtet, wenn der Spannungsabfall die Zündspannung erreicht und dabei einen weiteren Kondensator entlädt, bis die Entladung zusam menbricht. Ist der Spannungsabfall durch entsprechende Betätigung des Dynamos über einen bestimmten
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zum Abtun der Sprengzünder ausreichende Spannung liefern kann. In diesem Zeitpunkt muss ein Schalter geschlossen werden, der den Schliesskreis ausschaltet. Es unterliegt keinem Zweifel, dass solche Maschinen nur von sehr geübten und verlässlichen Personen einwandfrei bedient werden können. Mangelnde Aufmerksamkeit kann aber nicht nur zu Zeitverlusten führen, sondern auch Überspannungen entstehen lassen, welche die Maschine zerstören.
Die Mängel all dieser bekannten Maschinen treten nicht auf, wenn bei einer Zündmaschine der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss in dem Entladekreis eine Induktivität derart angeordnet ist, dass die von dieser und der Induktivität des Abfeuerungskreises in der Schiessleitung induzierten Ströme im wesentlichen kompensieren, und eine Schalteinrichtung mit einem bewegbaren Kontaktstück vorgesehen ist, wobei die Kontaktstückgrösse und der Abstand der Kontakte des Entladungs- und Abfeùerungskreises so aufeinander abgestimmt sind,
dass diese Schalteinrichtung zum gleichzeitigen Schliessen des Entladungs- und des Abfeuerungskreises sowie ausserdem zum Schliessen des Entladekreises in Ruhestellung der Maschine und bei deren Betätigung zum Öffnen des Entladekreises und hieraufnach dem Aufladen des Kondensators zum Schliessen des Abfeuerungskreises eingerichtet ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigt Fig. l in schematisierter Darstellung eine erfindungsgemässe Zündmaschine zum Auslösen von Zündern für Sprengladungen. Die Fig. 2-4 sind schematische Schaltbilder, welche die aufeinanderfolgenden Schaltstellungen in den einzelnen Wirkphasen der in Fig. l im Ausgangs- oder Ruhezustand gezeigten Maschine versinnbildlichen.
Die in Fig. l schematisch dargestellte Zündmaschine wird von einer Gleichstromquelle 1 mit elektrischer Energie versorgt. Diese Stromquelle kann beispielsweise aus Trockenbatterien oder Akkumulatoren bestehen. Diese ist über einen Schalter 2 an die Klemmen 3 eines Gleichstromtransformators 4 angeschlos-
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und zu Klemmen 6 geführt ist. Die an den Klemmen 6 verfügbare Spannung beträgt z. B. etwa 300 Volt.
Der aus der Stromquelle l, dem Transformator4und dem Gleichrichter 5 bestehende Bauteil lässt sich sehr eng zusammenbauen und stellt ein Einbauelement dar, das sich in dem die Zündmaschine umschliessenden Gehäuse bequem unterbringen lässt. Ein Niederspannungskondensator 7 von grosser Kapazität überbrückt die Klemmen 6. Ein solcher Kondensator besitzt für'das Abfeuern elektrischer Zünder geeignete elektrische Eigenschaften und beansprucht ein wesentlich kleineres Volumen, als für den gleichen Zweck brauchbare Hochspannungskondensatoren. Ein passend bemessener Widerstand 8 und ein Neonrohr 9 sind in Serie geschaltet und an die Klemmen des Kondensators 7 angeschlossen.
Wenn dieser auf die richtige Spannung aufgeladen ist, flammt das Neonrohr auf und zeigt an, dass die zum Abtun der elektrischen Zünder erforderliche Energie verfügbar ist. Die Zündleitungen der Kette, in welcher die Widerstände 12 der verschiedenen Zünder liegen, sind zu den Anschlussklemmen 10, 11 der Maschine geführt. Mit der Klemme 10 ist unmittelbar die eine Anschlussklemme des Kondensators 7 verbunden, wogegen an die Klemme 11 eine Drosselspule 50 und an dieser der eine Pol 13', eines normalerweise offenen und mittels eines bewegbaren Kontaktstückes 14 kurzschliessbaren Schalters mit zwei Polen 13, 13' angeschlossen ist.
Ein Entladungskreis für die Restladung des Kondensators 7 besteht aus einer Drosselspule 51, von deren Anschlüssen der eine unmittelbar an eine Klemme des Kondensators, der andere an den einen, 16', von zwei Schalterpolen 16, 16' gelegt ist, die normalerweise von dem bewegbaren Kontaktstück kurz geschlossen sind.
Wie bereits oben erwähnt, sind die Drosselspulen 50,51 zur Unterdrückung der Stosswellen der Stromimpulse ausgelegt, die durch die Entladungskreise geschickt werden, dem diese Drosselspulen angehören. Sie schützen wirksam die Kontaktpole, mit deren Hilfe die Stromimpulse geschaltet werden. Die Selbstinduktionen der Drosselspulen 50 und 51 können z. B. in der Grössenordnung von 500 p H liegen.
Die Einrichtung zur mechanischen Betätigung besteht aus mehreren Teilen, die in Fig. 1 in Ruhestellung dargestellt sind. Sie enthält eine Platte 17, auf welche das Kontaktstück 14 isoliert aufgesetzt ist,
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und welche, wie die Pfeile .,f andeuten, in einer (nicht gezeichneten) Führung verschiebbar ist. Die
Breite des Kontaktstückes 14 ist grösser als der Abstand h, der die Pole 13, 13', zum Abfeuern, von den
Kontaktpolen 16, 16', zum Entladen, trennt. Die Bewegung des Kontaktstückes ist mittels einer Scheibe 18 gesteuert, die einen Zapfen 19 trägt, der in eine schlitzförmige Ausnehmung 20 der Platte 17 ragt. Die
Scheibe 18 ist mit Hilfe einer einstellbaren Spiralfeder 21 in ihrer Ruhelage gegen einen Anschlag gehal- ten.
Eine mittels eines Handgriffes oder Schlüssels drehbare Welle 22 dient zum Drehen der Scheibe 18, die an ihrem Umfang mit einer Ausnehmung 23 versehen ist, welche mit einem um eine Achse 25 schwenkbaren Klinkenhebel 24 zusammenwirkt. Dieser mittels einer Feder 26 zum Anliegen an den Um- fang der Scheibe 18 gebrachte Klinkenhebel trägt einen Finger 27, der zum Schliessen des Schalters 2 be- stimmt ist. Einemit Hilfe des Bedienungshandgriffesoder-Schlüssels der Maschine drehbare Welle 28 dient zur Betätigung eines Zapfens 29 zum Zurückführen des Klinkenhebels in seine Ausgangsstellung. Dieser
Zapfen stützt sich unter dem Einfluss einer Federkraft gegen einen Anschlag ab (nicht dargestellt).
Die
Zündmaschine ist ferner mit einer elektrischen Messeinrichtung ausgestattet, die eine Kontrolle der ver- schiedenen elektrischen Daten ermöglicht, welche vor der Auslösung eines Sprengschusses zu beachten sind. Die Messeinrichtung enthält ein Messinstrument 30, dessen Klemmen an je einen Sektor 31 bzw. 32 eines Kommutators 33 angeschlossen sind. Die Kontaktbürsten 34 dieses Kommutators sitzen auf einem
Stift 35, der mittels des Bedienungsschlüssels der Maschine verdrehbar ist und von einer Spiralfeder 36 in der in Fig. l dargestellten Ruhestellung gehalten wird. Der Kommutator weist ferner zwei Paare von Kon- taktklötzen 37, 37' und 38, 38' auf. Der Kontaktklotz 37 liegt über einen Widerstand 39, der Kontakt- klotz 37'unmittelbar an je einer Klemme der elektrischen Energiequelle.
Von dem Kontaktklotz 38 füh- ren Leitungen zu einem Widerstand 40 und von diesem zu der Anschlussklemme 11, von dem Kontakt- klotz 38'Leitungen zu einer Batterie 41 und von dort über eine Schmelzsicherung 42 und einen regelba - ren Widerstand 43 zu der zweiten Anschlussklemme 10. Ein gefärbter, verstellbarer Sektor 44 oder deren mehrere zeigen den verwendbaren Bereich der elektrischen Messgrössen an.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Zündmaschine ist die folgende : Zunächst werden die für ein in
Aussicht genommenes Schussfeld notwendigen Zünder zusammen, z. B. in Serie geschaltet, und die Enden der Zünddrähte zu den Klemmen 10 bzw. 11 der Maschine geführt. Hieraufwerden die verschiedenen elektrischen Daten gemessen. Die Bedienungsperson steckt den einzigen Bedienungsschlüssel, über den sie ver- fügt, auf den Stift 35 der Messeinrichtung und bringt die Kontaktbürste 34 in eine erste Lage auf den Kontaktklötzen 38, 38', Hiedurch ist der folgende Stromkreis eingeschaltet.
Messinstrument 30, Kontaktsegment 31, Kontaktbürste 34, Kontaktklotz 38, Batterie 41, Sicherung 42, Regelwiderstand 43, Ausgangsklemme 10, Zünderkette, Ausgangsklemme 11, Widerstand 40, Kontaktklotz 38, Kontaktbürste 34, Kontaktsegment 32, zurückzum Messinstrument 30. Auf diese Weise wird der Widerstand der Zünderkette bestimmt, nachdem vorher durch Veränderung des Widerstandes 43 bei kurzgeschlossenen Ausgangsklemmen 10, 11 das Messinstrument gehörig eingestellt wurde.
In einer zweiten Stellung des Kommutators 32 liegt die Kontaktbürste 34 an den Kontaktklötzen 37, 37'und schliesst einen Stromkreis, der folgende Elemente enthält : Messinstrument 30, elektrische Energiequelle 1, Widerstand 39, Kontaktklotz 37, Kontaktbürste 34, Kontaktsegment 32, Messinstrument 30. Gemäss dem passend bemessenen Wert des Widerstandes 39, zeigt das Messinstrument eine Spannung, die eine Funktion des elektrischen Zustandes der Energiequelle ist. Der gefärbte und an einer geeigneten Stelle angeordnete Sektor 44 dient zur schnellen Anzeige, ob die Spannung einen Wert erreicht hat, der genügt, um eine ausreichende Ladung des Kondensators 7 zu verbürgen und das sichere Funktionieren der Maschine zu gewährleisten.
Es sei darauf hingewiesen, dass nach dem Abziehen des Schlüssels von dem Stift 35 seitens der Bedienungsperson die Rückstellfeder 36 den Kommutator 33 selbsttätig in die Ausgangslage zurückführt, in der sämtliche Messkreise offen sind. Fig. 1 zeigt die Maschine in ihrer Ruhe- und Ausgangsstellung, in welcher das Kontaktstück 14 die Entladekontakte 16, 16' kurzschliesst und damit den Entladekreis herstellt, weil die Anschlüsse des Kondensators 7 über die Drossel 51 verbunden sind. Hierauf wird der Schlüssel auf die Welle 22 aufgesteckt und die Scheibe 18 entgegen dem Uhrzeigersinn und entgegen der Wirkung der Feder 21 um 1800 gedreht. Die Platte 17 wird von dem Zapfen 19 mitgenommen und in Richtung des Pfeiles fl verschoben.
Fig. 2 gibt die Lage wieder, welche das Kontaktstück 14 gegenüber den Kontaktpolen 16, 16' und den Polen 13, 13' einnimmt, nachdem die Maschine ausgelöst worden ist. Das Kontaktstück 14 ist in eine Lage unterhalb der Pole 13, 13'gelangt, jedoch ohne diese während des Darübergleitens kurzgeschlossen zu haben, um ein Auslösen zur Unzeit zu vermeiden, falls der Zündkreis einen Mangel aufweisen sollte.
Eine (nicht dargestellte) Einrichtung ist vorgesehen, um einen Kontakt zwischen dem Kontaktstück 14 und
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den Polen 13, 13" zu verhindern, wenn die Platte 17 sich nach unten bewegt. Gegen Ende der Abwärtsbewegung der Platte fällt der Klinkenhebel 24 in die Ausnehmung 23 ein und der Finger 27 schliesst den Schalter 2.
Die mechanische Abfeuereinrichtung wird anschliessend von der Bedienungsperson ausgelöst, nachdem sich der Zustand ausreichender Aufladung des Kondensators durch das Aufleuchten des Neonrohres 9 angekündigt hat. Zu diesem Zweck wird der Schlüssel auf die Welle 28 aufgesteckt und diese im Uhrzeigersinn gedreht. Infolge dieser Drehung kommtder Zapfen 29 zum Anliegen an das Ende des Klinkenhebels 24 und bringt ihn zum Ausschnappen aus der Ausnehmung 23. Die Scheibe 18, die den Zapfen 19 trägt, wird freigegeben und von der Feder 21 rasch in die Ruhestellung überführt. Die Platte 17'bewegt sich in Richtung des Pfeiles f. mit einer Geschwindigkeit, die von der eingestellten Federkraft der Feder 21 abhängt.
Das Kontaktstück 14, das mit der sich verschiebenden Platte verbunden ist, bewegt sich nach oben und stellt den Kontakt zum Abfeuern her, indem es die beiden Pole 13, 13'überbrückt, wie in Fig. 3 gezeigt
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Drossel geregelt, u. zw. unabhängig von dem Widerstand der Zünderkette. Im weiteren Verlauf der Auf- wärtsbewegung überbrückt das Kontaktstück 14 die Kontaktpole 16, 16' des Entladungskreises, bevor es die Pole 13, 13' verlassen hat, die dem Abfeuerungskreis angehören (Fig. 4). Die Entladung des Kondensators durch die Drossel 51 beginnt daher sogleich nach dem Abfeuerungsvorgang, so dass der Ladungsrückstand des Kondensators im Augenblick des darauffolgenden Öffnens der Pole immer ausreichend klein ist, und eine Beschädigung der Kontakte 13, 13* vermieden wird.
Am Ende seines Aufwärtsbewegens befindet sich das Kontaktstück 14 wieder in der Ausgangslage (Fig. l).
Die Zündmaschine weist drei Bedienungswellen 35,22, 28 auf. Da die Bedienungsperson nur über einen einzigen Spezialschlüssel verfügt, können gleichzeitig nicht zwei Vorgänge ausgeführt werden. Anderseits sind auf der Maschine die Wellen 35, 22, 28 mit 1, 2 und 3 bezeichnet, um die richtige Reihenfolge der Bedienung deutlich zu machen.