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Die
Erfindung betrifft einen in Fachkreisen auch als ”Shock Tube” bezeichneten
Zündschlauch.
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Zündschläuche sind üblicherweise
aus einem ein- oder mehrwandig aufgebauten Kunststoffschlauch gebildet,
in den ein Sprengstoff lose, in Fadenform oder als Innenoberflächenbeschichtung
eingebracht ist. Derartige Zündschläuche sind
beispielsweise aus der
US
3,590,739 A ,
DE
3025703 C2 ,
DE 1771851
B ,
US 4,607,573
A ,
AT 207302
B ,
DE 19546823
C2 oder
DE
29,27174 C2 bekannt.
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Die
US 4,493,261 A und
DE 3714161 A1 zeigen
und beschreiben Zündschläuche mit
einer erhöhten
Zugfestigkeit in Längsrichtung.
So wird in der
US 4,493,261 vorgeschlagen,
eine Vielzahl von in Längsrichtung
des Zündschlauchs
angeordneten Stofffasern zwischen einem inneren Schlauch und einem äußeren Schlauch
jeweils aus einem polymeren Material anzuordnen. Die Herstellung
des Zündschlauchs
soll in mehreren Arbeitsgängen
so erfolgen, dass zunächst
der innere Schlauch extrudiert wird, dann die Stofffasern an der
Außenoberfläche des
extrudierten inneren Schlauchs aufgetragen werden, und schließlich der äußere Schlauch über das Gebilde
aus dem inneren Schlauch und den Stofffasern extrudiert wird. An
der Innenoberfläche
des inneren Schlauchs soll ein Explosivstoff aufgetragen werden.
Hiervon ausgehend schlägt
die
DE 37 14 161 A1 vor,
während
der Extrusion in die Wandung des Zündschlauchs einen oder mehrere
Verstärkungfäden aus
einem reißfesten
und dehnungsarmen Material parallel zur Längsachse des Zündschlauchs einzulagern.
Im Inneren der Zündschlauch
soll ein reaktives Material lose eingebracht werden. Die Wandung
soll aus einem relativ flexiblen polymeren Material bestehen.
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Durch
die in der Wandung der Zündschläuche parallel
zu deren Längsachse
eingebetteten Verstärkungsfäden mag
zwar eine Längsdehnung
der Zündschläuche eingeschränkt und
damit die Zug- und Reißfestigkeit
der Zündschlauche
in Längsrichtung
erhöht
werden können.
Jedoch weisen die so beschaffenen Zündschläuche eine relativ geringe Belastbarkeit
in Radialrichtung auf. Daher besteht die Gefahr, dass die aus der
DE 27 14 161 A1 oder
US 4,493,261 bekannten Zündschläuche aufgrund
eines lokalen hohen Innendrucks verursacht durch eine sich im Inneren
der Zündschläuche fortpflanzende Stoßwelle zwischen
den in Längsrichtung
verlaufenden Verstärkungsfäden reißen.
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Die
DE 2 057 042 C offenbart
eine Sprengschnur, bei der die Sprengstoffseele mit flammendämmenden
Werkstoffen umhüllt
ist. Ziel ist es, die Sprengschnur schlagwettersicher zu machen,
d. h. bei Zündung
der Schnur darf kein Funke eine Zündung im die Schnur umgebenden,
mit explosivem Gasgemisch gefüllten
Raum verursachen. Zusätzlich wird
durch Pulverisierung des Sprengstoffes sichergestellt, dass auch
mit einem kleinen Durchmesser der Sprengstoffseele ein Durchdetonieren
erfolgt.
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Die
GB 849 133 A offenbart
ein Rohr, in dem mehrere Garne lose verlegt sind, die wiederum mit
einem brennbaren Material beschichtet sind. Das Rohr kann mit Glasfasern
umsponnen werden, um dem Innendruck beim Abbrand der genannten Garne
zu widerstehen.
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Die
DE 42 29 40 A offenbart,
eine Garnumwicklung durch eine Schicht unversponnener Fasern oder ähnliche
Stoffe zu ersetzen. Diese Schicht soll Druck (”Pulverdampf”), jedoch
keine Flammen durchlassen.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zündschlauch
bereitzustellen, der sich nicht nur in Längsrichtung, sondern auch in
Radialrichtung durch eine geringe Dehnbarkeit bzw. eine hohe Zug-
und Reißfestigkeit
auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Zündschlauch
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand abhängiger
Ansprüche.
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Der
erfindungsgemäße Zündschlauch
weist zwischen einer inneren Polymerschicht und einer äußeren Polymerschicht
zumindest eine Zwischenschicht auf, die reißfeste Verstärkungsfäden, d.
h. zähe
Verstärkungsfäden von
hoher Zugfestigkeit und geringer Elastizität, umfasst, die so orientiert
sind, dass sie zumindest teilweise verschiedene Winkeln mit der
Längsachse
des Zündschlauchs
einschließen.
Im Gegensatz zu dem aus der
US
4,493,261 A und
DE
3714161 A1 bekannten Zündschlauch
verleiht eine Zwischenschicht mit Verstärkungsfäden, die so orientiert sind,
dass sie zumindest teilweise verschiedene Winkel mit der Längsachse
des Zündschlauchs
einschließen,
dem Zündschlauch
eine hohe Zug- und Reißfestigkeit
nicht nur in Längsrichtung
sondern auch in Radialrichtung.
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Ein
derartiger Zündschlauch
kann über
mehrere Arbeitsgänge
beispielsweise wie folgt hergestellt werden. In einem ersten Arbeitsgang
wird durch Extrusion die innere Polymerschicht hergestellt und gleichzeitig
der Explosivstoff eingebracht. Ein Beispiel für ein geeignetes Extrusionswerkzeug
zum Einbringen eines Explosivstoffs auf die Innenoberfläche eines
extrudierten Schlauchs ist in der
DE 19546823 C2 gezeigt und beschrieben. In
einem anschließenden
zweiten Arbeitsgang wird die zumindest eine Zwischenschicht durch
Umwicklung der inneren Polymerschicht aufgetragen. Schließ lich wird in
einem dritten Arbeitsgang durch Extrusion auf das so erhaltene schlauchförmige Gebilde
die äußere Polymerschicht
aufgetragen.
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Die
Verstärkungsfäden der
zumindest einen Zwischenschicht können Monofilamente oder Multifilamente,
d. h. Garne, sein. In letzterem Fall können die Fasern, aus denen
die Verstärkungsfäden gebildet
sind, in Form von Stapelfasern, d. h. Fasern begrenzter Länge, oder
Filamentfasern, d. h. im Prinzip unendlich langen Fasern, aus Kunstfasern
und/oder Naturfasern gebildet sein. Zu den Kunstfasern zählen hierbei
insbesondere Fasern aus natürlichen
Polymeren, inbesondere Zellulosefasern; Fasern aus synthetischen
Polymeren, insbesondere Aramid- oder Polyesterfasern; und/oder anorganische
Chemiefasern, insbesondere Glasfasern, Kohlenstofffasern, Metallfasern,
Keramikfasern oder Nanotubefasern. Die Naturfasern umfassen im Besonderen Pflanzenfasern,
insbesondere Hanf-oder Sisalfasern; Fasern tierischen Ursprungs,
insbesondere Wollfasern; und/oder Mineralfasern.
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Die
Verstärkungsfäden der
zumindest einen Zwischenschicht können zu einem Vliesstoff, Geflecht,
Gewebe, Gewirk oder Gestrick verarbeitet sein. Eine derartige Zwischenschicht
verleiht dem Zündschlauch
eine hohe Zug- und
Reißfestigkeit
sowohl in Axial- wie auch in Radialrichtung.
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Die
Verstärkungsfäden der
zumindest einen Zwischenschicht können synthetische und/oder
anorganische Chemiefasern umfassen. Zu denen Chemiefasern zählen hier
insbesondere Glasfasern, Aramidfasern, Nylonfasern und/oder Polyamidfasern.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verstärkungsfasern
einen Durchmesser unter 2000 μm
aufweisen.
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Zum
Erhalt der Lage und Orientiertung der Verstärkungsfäden in der zumindest einen
Zwischenschicht ist die zumindest eine Zwischenschicht als ein Verbundwerkstoff
aus den Verstärkungsfäden und
einer diese Verstärkungsfäden enthaltenden Kunststoffmatrix
ausgebildet. Die Verstärkungsfäden sind
somit in der Matrix eingebettet. Vorteilhafte Materialien für die Matrix
sind weiche thermoplastische oder elastomere Materialien wie Polyethy len
(Hochdruck-PE), Polytetrafluorethylen, Styrol-Butadien-Gummi und
Silikon-Gummi.
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Außerdem kann
der Matrix ein Zusatzstoff, z. B. Farbstoff etc., zur Kennzeichnung
des Typs, des Herstellers, der Verwendung, etc. zugegeben sein.
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Die
innere Polymerschicht muss dem Druck und der Temperatur der sich
durch den Zündschlauch hindurch
fortpflanzenden Stoßwelle
standhalten. Als Material für
die innere Polymerschicht sind daher thermoplastische Kunststoffe
von Vorteil, die sich durch Eigenschaften wie eine gute Wärmebeständigkeit,
eine gute Schockfestigkeit, eine gute Spannungsrissbeständigkeit
sowie einen guten Dampf- und Gasdiffusionswiderstand auszeichnen.
Beispiele hierfür
sind Polyethylen (Hochdruck-PE), Polytetrafluorethylen (Surlyn® der
Fa. DuPont). Insbesondere letzteres Material ist hinsichtlich einer
Beschichtung der Innenoberfläche
der inneren Polymerschicht mit dem Explosivstoff aufgrund guter
Adhäsionseigenschaften
von Vorteil.
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Die äußere Polymerschicht
muss den jeweiligen Umgebungsbedingungen (Druck, Temperatur, elektromagnetische
Felder, etc.) standhalten. Zur Verwendung im Untertagebau oder bei
Erdöltiefbohrungen
sollte die äußere Polymerschicht
extremen Temperaturänderungen
im Bereich von etwa –50° bis etwa
250° standhalten.
Für die äußere Polymerschicht
wird daher vorzugsweise ein thermoplastisches oder elastomeres Material
mit einer guten Beständigkeit
gegen mechanische Beschädigungen,
einer guten Korrosionsbeständigkeit,
einer guten chemischen und Lösungsmittelbeständigkeit
verwendet. Beispiele hierfür
sind Styrol-Butadien-Gummi, Silikon-Gummi, Polyethylen, Polypropylen,
Polyvinylchlorid, Ethylenvinylacetat, Polyamid oder Polyurethan.
Des Weiteren ist der Schmelzpunkt des Polymermaterials der äußeren Polymerschicht
vorteilhafterweise kleiner-gleich dem Schmelzpunkt des Polymermaterials
der inneren Polymerschicht. Beispielsweise beträgt die Schmelztemperatur der
inneren Polymerschicht 250°C
und die Schmelztemperatur der äußeren Polymerschicht
230°C.
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Die
Materialien für
die innere Polymerschicht, die äußere Polymerschicht
und ggf. die Matrix der zumindest einen Zwischenschicht können darüber hinaus
Weichmacher, Flammverzögerungsmittel,
elektromagnetisch ab schirmende Mittel oder dergleichen enthalten.
Beispielsweise kann hann die Matrix der zumindest einen Zwischenschicht
mit Füllstoffen
aus Metallpulvern (Al, Fe, Al/Mg), kolloiden Metallpulvern (Pt,
Pd), Metalloxiden (Al2O3,
ZnO, Tio, ZrO2) und/oder Nichtmetallen (S,
C, SiC), angereichert sein.
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Der
in den Zündschlauch
entweder als Beschichtung der Innenoberfläche der inneren Polymerschicht
oder lose eingebrachte Explosivstoff kann ein flüssiger, gelartiger oder fester,
insbesondere pulverförmiger,
explosionsfähiger
Stoff sein. Bei dem Explosivstoff handelt es sich hier um einen
explosionfähigen
Stoff, der als Zündstoff
eine Detonation eines anderen Explosivstoffs auslösen oder
als Anzündstoff
einen anderen Explosivstoff anzünden
kann und sich in Form einer Detonation umsetzt, die sich als eine
Stoßwelle
durch den Zündschlauch
hindurch zu dem anderen Explosivstoff fortpflanzt. Der bevorzugte
Zündstoff
soll eine Zündtemperatur
aufweisen, die um ca. 30% höher
als die Verarbeitungstemperatur für das innere Polymer ist. Als
Beispiele seien hier Oktogen (Cyclotetramethylentetranitramin) oder
Hexogen (Cyclotrimethylentirnitramin) genannt.
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Nachfolgend
werden beispielhafte Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen dargestellt:
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1 zeigt
einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Zündschlauchs gemäß einer
ersten Ausführungsform.
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2 zeigt
einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Zündschlauchs gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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Der
in 1 dargestellte Zündschlauch 2 besteht
von innen nach außen
aus einer inneren Polymerschicht 10, einer die innere Polymerschicht 10 ummantelnden
Zwischenschicht 20 und einer die Zwischenschicht 20 ummantelnden äußeren Polymerschicht 30.
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Die
innere Polymerschicht 10 besteht z. B. aus Surlyn®,
Polyethylen, Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluorethylen. Die
Zwischenschicht 20 besteht aus einem Verbundwerkstoff,
der eine in 1 schematisch angedeutete Kunstoffmatrix 22,
z. B. aus Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Styrol- Butadien-Gummi und
Silikon-Gummi, in der in 1 schraffiert angedeutete, zu
einem Geflecht, Gewebe, Gewirk, Gestrick oder Vlies verarbeitete
Verstärkungsfäden 25 aus
z. B. Glasfasern, Aramidfasern, Nylonfasern und/oder Polyamidfasern,
eingebettet sind. Die äußere Polymerschicht 30 besteht
z. B. aus Styrol-Butadien-Gummi, Silikon-Gummi, Polyethylen, Polypropylen,
Polyvinylchlorid, Ethylenvinylacetat, Polyamid oder Polyurethan.
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In
die innere Polymerschicht 10 ist z. B. Oktogen oder Hexogen
in loser Form als Explosivstoff 4 eingebracht.
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Der
in 2 dargestellte Zündschlauch 200 unterscheidet
sich von dem in 1 dargestellten Zündschlauch 2 lediglich
darin, dass zwischen der inneren Polymerschicht 10 und
der äußeren Polymerschicht 30 drei
Zwischenschichten angeordnet sind, denen in 2 gemeinsam
das Bezugszeichen ”20” zugeordnet
ist. Die Zwischenschichten umfassen von innen nach außen eine
erste, zweite und dritte Zwischenschicht. Die erste, zweite und
dritte Zwischenschicht bestehen jeweils aus einem Verbundwerkstoff
umfassend eine in 2 schematisch angedeutete Kunststoffmatrix 22, 24 bzw. 26,
in der in 2 schraffiert angedeutete Verstärkungsfäden 23, 25 bzw. 27 eingebettet
sind. Die Kunststoffmatrizen 22, 24 und 26 und
Verstärkungsfäden 23, 25 und 27 können jeweils
aus ein und demselben Material oder aus verschiedenen Materialien
bestehen.