AT526631A2 - Gasdruckerzeugendes Element zum Brechen von harten Strukturen - Google Patents
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Abstract
Gasdruckerzeugendes Element (1) zum Brechen von harten Strukturen mit einem Elementkörper (2) zur Aufnahme eines Deflagrationsgemisches (3) und einer elektrischen oder pyrotechnischen Zündvorrichtung (4) zur Zündung des Deflagrationsgemisches, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementkörper (2) durch einen mit dem Deflagrationsgemisch (3) gefüllten, flexiblen Schlauch (10) gebildet ist, der an seinen Enden verschließbar ist, und dass die Zündvorrichtung (4) durch einen Hochleistungsanzünder (5) gebildet ist, der unter Prüfbedingungen in einem definierten Prüfhohlraum von etwa 3,5 ml einen Druck von mindestens 30 Bar und eine Temperatur von mindesten 4.000° C erzeugt, wodurch aber keine Detonation entsteht.
Description
Gasdruckerzeugendes Element, das konstruiert und eingesetzt wird, um unterschiedliche Stoffe zu brechen (z.B. Gestein oder Beton).
Schon bald nach der Erfindung des Nitrozellulose(NC)-Treibladungspulvers hat man festgestellt, dass man hiermit auch Gestein zerkleinern kann, wenn man es gut
verdämmt in einem Bohrloch zündet.
Nitrozellulose-Treibladungspulver gibt es in vielen, unterschiedlich schnell verbrennenden Sorten. Allen gemein ist, dass es so phlegmatisiert ist, dass es nicht detoniert.
Deflagration: Schnelle Verbrennung mit einer Umsetzungsgeschwindigkeit zwischen ca. 400 m/s und ca. 1500 m/s
Detonation: Extrem schnelle Zersetzung oder Verbrennung mit einer Umsetzungsgeschwindigkeit jenseits der 1500 m/s und einer der Verbrennungsfront vorauseilenden Stoßwelle
Es ist möglich, bis zu 50 % des Nitrozellulose-Treibladungspulvers, welches recht
teuer ist, durch Ammoniumnitrat (preiswerter Stickstoff-Kunstdünger) zu ersetzen.
Je mehr Ammoniumnitrat in der Mischung enthalten ist, umso stärker muss die
Verdämmung sein.
Ziel der Erfindung ist es, ein gasdruckerzeugendes Element zum Brechen von harten Strukturen, insbesondere zum Zerwirken von Stahlbeton-Bauteilen nach Ende der Nutzungsdauer anzugeben. Jedoch handelt es sich nicht um Kartuschen, sondern um einen mit einem Deflagrationsgemisch gefüllten, flexiblen Schlauch, der zum Einbau bereits bei der Erstellung der Bauwerke (Anker, provisorische Fundamente z. B. für Kräne et cetera) bestimmt ist.
Objektes gezündet werden und sparen so enorm Kosten.
Es können auch mehrere Schläuche parallel oder miteinander verknotet angeordnet sein, sodass die Zündung des einen Schlauches auch den anderen oder die anderen Schläuche zündet, sodass nicht für alle Schläuche Zündvorrichtungen vorgesehen
sein müssen.
Der Schlauch kann auch mehrschichtig oder umsponnen oder anderweitig geschützt sein.
Der Schlauch kann in vorgefertigten Längen mit montiertem Anzünder oder auf Rollen zum individuellen Abschneiden geliefert werden.
Der Anzünder ist in einer Verschlusskappe montiert, welche auf das eine (oder falls Redundanz gewünscht ist) auf beide Enden des abgeschnittenen Schlauchstückes aufgeschoben und versiegelt werden.
Nicht bezünderte Enden werden durch einen Stopfen oder Kappe verschlossen oder sonstwie wasserdicht versiegelt.
Das Deflagrationsgemisch innerhalb des Schlauches ist langzeitstabil, hydrophob, relativ beweglich (um eine gute Biegsamkeit des Schlauches zu gewährleisten), antistatisch und sehr leistungsfähig.
Das Deflagrationsgemisch kann in eine Kunststoff- oder Wachsmatrix eingearbeitet oder rieselfähig sein.
Die Zündkabel sind entsprechend widerstandsfähig
Zeitstufenanzünder sind natürlich ebenfalls realisierbar
spezielle unempfindliche Anzünder sind vorgesehen (eine versehentliche Zündung, zum Beispiel durch Blitzeinschlag oder Streuströme etc. muss ausgeschlossen werden)
Schutz vor unbefugter Zündung, durch mechanischen oder elektronischen oder opto-elektronischen Schutz (Falls gewünscht).
Gleiches gilt, wenn auch nur eingeschränkt da der Anzünder nicht in den Satz eingebettet ist, für die Sensorik.
- Verwendung hochoffensiver Pulver - Verwendung eines speziell entwickelten Hochleistungsanzünders z.B. in Form
einer Zündpille, welche statt der üblichen ca. 8 Bar Druck (gemessen in einem ca.
2
würde.
Das Prinzip basiert auf Deflagration, eines nicht detonierenden Gemisches. Dieses reagiert nach erfolgter Zündung und produziert große Mengen an Gasen (Schwaden), welche hauptsächlich aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf bestehen. Das erzeugte Gas dringt in die beim Schlagbohren erzeugten Mikrorisse sowie in die natürlichen Risse und Hohlräume des Gesteins/Betons ein, um dort für eine Abscherung/Spaltung des Gesteins oder Betons zu sorgen.
Zur Auslösung ist sehr viel Energie notwendig. Das entspricht den auch in der Sprengtechnik üblichen Sicherheitsstandards ab einer Geländehöhe über 1.000 Meter oder in der Nähe von Hochspannungsanlagen.
Abgesehen von den Designmerkmalen und dem speziellen Pulver besteht die erfinderische Hauptleistung wohl darin, einen modifizierten Airbag-Zünder anstelle eines normalen pyrotechnischen Anzünders, wie bei bisherigen Herstellern, zu benutzen.
- Der Hochleistungsanzünder verwendet eine Technologie auf Basis von Zirkon und Kaliumperchlorat.
- Für den pyrotechnischen Satz werden hauptsächlich äußerst offensive Flintenpulver und poröses Ammoniumnitrat (z. B. Ultran 80) verwendet. Die
Zusammensetzung des Satzes wird speziell an das Patronenkaliber und die Satzmenge angepasst.
- Der flexible Schlauch ist wasserfest abgedichtet.
- In bevorzugter Weise hat der flexible Schlauch am vorderen Ende einen
hemisphärenförmigen, typischerweise roten, Kunststoffstopfen mit Lamellen.
genannten Komponenten.
Ausführungsbeispiele:
Kunststoffschlauch mit verschiedenen Durchmessern und Längen. Verschlossen mit Stopfen an beiden Enden. Die Sätze bestehen aus NC-Treibladungspulver (zugelassen für das Wiederladen) und Ammoniumnitrat.
Anzündung erfolgt durch einen elektrischen Anzünder (HiFIRE-Fuse Head “P-RB”). Zusammensetzung:
Die Sätze (Deflagrationsgemisch) bestehen aus NC-Treibladungspulver (CE geprüft) und Ammoniumnitrat. Die Länge der Schläuche unterliegt keinerlei Einschränkung
und kann auch mehrere hundert Meter betragen.
Schauch-Außendurchmesser 20 mm
NEM Länge NC Ammoniumnitrat 30g 32cm 90 % 10% 409g 40cm 90 % 10% 50g 50cm 90 % 10% 609g 60cm 90 % 10%
Schlauch-Außendurchmesser 25 mm
NEM Länge NC Ammoniumnitrat 409g 23,5 cm 90 % 10% 609g 36cm 90 % 10%
4
Schlauch-Außendurchmesser 32 mm
NEM Länge NC Ammoniumnitrat 809g 25cm 75 % 25 % 100g 32 cm 75 % 25 % 120 g 39 cm 75 % 25 % 140 g 46 cm 75 % 25 % 1609 52 cm 75 % 25 % 180 g 58 cm 75 % 25 % 200 g 64 cm 75 % 25 % 250 g 75 cm 75 % 25 %
In Fig.1 ist beispielhaft ein gasdruckerzeugendes Element 1 zum Brechen von harten Strukturen mit einem Elementkörper 2 zur Aufnahme eines Deflagrationsgemisches 3 und einer elektrischen oder pyrotechnischen Zündvorrichtung 4 zur Zündung des Deflagrationsgemisches vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Elementkörper 2 durch einen mit dem Deflagrationsgemisch 3 gefüllten, flexiblen Schlauch 10 gebildet ist, der an seinen Enden verschließbar ist, und dass die Zündvorrichtung 4 durch einen Hochleistungsanzünder 5 gebildet ist, der unter Prüfbedingungen in einem definierten Prüfhohlraum von etwa 3,5 ml einen Druck von mindestens 30 Bar und eine Temperatur von mindesten 4.000° C erzeugt, wodurch aber keine Detonation entsteht.
Der Schlauch 10, z.B. aus Kunststoff, kann in vorgefertigten Längen mit montierter Zündvorrichtung 4 oder auf Rollen zum individuellen Abschneiden vorliegen. Es können in einem zu errichtenden Bauwerk, z.B. eine Brücke während der Herstellung
eine beliebige Anzahl an Schläuchen 10 mit beliebiger Länge in Löchern oder
5
Bevorzugt ist ein Anteil des Deflagrationsgemisches aus Ammoniumnitrat gebildet ist.
Das Deflagrationsgemisch kann zusätzlich Kohlenstoff umfassen.
Der Hochleistungsanzünder 5 ist durch eine elektrische Zündpille 6 gebildet, die einen Brückendraht und einen diesen umgebenden pyrotechnischen Satz auf Basis von Zirkon und Kaliumperchlorat umfasst, welcher in weniger als 5 Millisekunden eine Flamme mit einer Temperatur von mehr als 4.000 ° C entwickelt und gemessen in einem 3,5 cm? fassenden Prüfhohlraum - einen Druck von mehr als 50
Bar erzeugt.
Die Zündpille 6 (Fig.2) kann bei Zündung z.B. einen Gasdruck von über 60 Bar
erzeugen.
Die Zündung kann durch eine Zündpille in den handelsüblichen Empfindlichkeitsklassen, ausgewählt aus der Gruppe aus Klasse1: No-Fire Strom 180mA/, Klasse 2: No-Fire Strom 450mA/, Klasse 3: No-Fire Strom 1200mA/ und Klasse 4. No-Fire Strom 4000mA ausgebildet sein.
Der Hochleistungsanzünder kann auch durch einen Zündschlauch gebildet sein.
Der flexible Schlauch 10 kann in seinem Inneren ausschließlich mit dem einen Deflagrationsgemisch 3 gefüllt sein.
Das Deflagrationsgemisch 3 kann beispielsweise 5 Gew.% bis 50 Gew.%
Ammoniumnitrat und 50 Gew.% bis 95 Gew.% Nitrocellulose-Treibladungspulver enthalten.
Anschlussdrähte 7 für die Zündvorrichtung 4 sind durch einen der Stopfen 20, 21 hindurch nach außen geführt und mit einer steuerbaren Zündeinheit 8 verbindbar.
Weiters kann vorgesehen sein, dass dem Deflagrationsgemisch 3 Kügelchen, z.B. Styroporkügelchen beigemischt sind, um die Biegsamkeit des mit dem Deflagrationsgemisch gefüllten, flexiblen Schlauches 10 zu verbessern.
Das Deflagrationsgemisch 3 kann durch Beigabe von Füllstoffen, wie z.B. Wachs, im Inneren des flexiblen Schlauches 10 fixiert sein, sodass der Schlauch nach Bedarf in seiner Länge gekürzt und mit Kappen oder Stopfen verschlossen werden kann, wobei in einem der Kappen oder Stopfen die Zündvorrichtung vorgesehen ist.
Bei größeren Schlauchlängen können innerhalb des flexiblen Schlauches 10
mechanische oder chemische Bremsen vorgesehen sein, um Detonationen zu
vermeiden.
Claims (1)
1. Gasdruckerzeugendes Element (1) zum Brechen von harten Strukturen mit einem Elementkörper (2) zur Aufnahme eines Deflagrationsgemisches (3) und einer elektrischen oder pyrotechnischen Zündvorrichtung (4) zur Zündung des Deflagrationsgemisches, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementkörper (2) durch einen mit dem Deflagrationsgemisch (3) gefüllten, flexiblen Schlauch (10) gebildet ist, der an seinen Enden verschließbar ist, und dass die Zündvorrichtung (4) durch einen Hochleistungsanzünder (5) gebildet ist, der unter Prüfbedingungen in einem definierten Prüfhohlraum von etwa 3,5 ml einen Druck von mindestens 30 Bar und eine Temperatur von mindesten
4.000° C erzeugt, wodurch aber keine Detonation entsteht.
2, Gasdruckerzeugendes Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des Deflagrationsgemisches aus Ammoniumnitrat gebildet ist.
3. Gasdruckerzeugendes Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deflagrationsgemisch zusätzlich Kohlenstoff
umfasst.
4. Gasdruckerzeugendes Element nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochleistungsanzünder (5) durch eine elektrische Zündbpille (6) gebildet ist, die einen Brückendraht und einen diesen umgebenden pyrotechnischen Satz auf Basis von Zirkon und Kaliumperchlorat umfasst, welcher in weniger als 5 Millisekunden eine Flamme mit einer Temperatur von mehr als 4.000 ° C entwickelt und - gemessen in einem 3,5
cm® fassenden Prüfhohlraum - einen Druck von mehr als 50 Bar erzeugt.
5. Gasdruckerzeugendes Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündpille (6) bei Zündung einen Gasdruck von über 60 Bar erzeugt. 8
7. Gasdruckerzeugendes Element nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochleistungsanzünder durch einen Zündschlauch
gebildet ist.
8. Gasdruckerzeugendes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Schlauch (10) in seinem Inneren
ausschließlich mit dem einen Deflagrationsgemisch (3) gefüllt ist.
9. Gasdruckerzeugendes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deflagrationsgemisch (3) 5 Gew.% bis 50 Gew.% Ammoniumnitrat und 50 Gew.% bis 95 Gew.% NitrocelluloseTreibladungspulver enthält.
10. Gasdruckerzeugendes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Schlauch (10) an seinen Enden durch Stopfen (20, 21) verschließbar ist, wobei in einem der Stopfen (20, 21) die Zündvorrichtung (4) so angeordnet ist, dass sie im verschlossenen Zustand des flexiblen Schlauches (10) an das Deflagrationsgemisch (3)
angrenzend oder an diesem anliegend angeordnet ist.
11.Gasdruckerzeugendes Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussdrähte (7) für die Zündvorrichtung (4) durch einen der Stopfen (20, 21) hindurch nach außen geführt und mit einer
steuerbaren Zündeinheit (8) verbindbar sind.
12. Gasdruckerzeugendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Deflagrationsgemisch (3) Kügelchen, z.B. 9
Deflagrationsgemisch gefüllten, flexiblen Schlauch (10) zu verbessern.
13. Gasdruckerzeugendes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deflagrationsgemisch (3) durch Beigabe von Füllstoffen, wie z.B. Wachs, im Inneren des flexiblen Schlauches (10) fixiert ist.
14.Gasdruckerzeugendes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des flexiblen Schlauches (10) mechanische oder chemische Bremsen vorgesehen sind, um Detonationen zu
vermeiden.
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