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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Vorbereitung von
Hohlladungen zum Transport, wobei die Hohlladungen ein Gehäuse aufweisen,
in dem ein Explosivstoff mit einer trichterförmigen Vertiefung
angeordnet ist und die Vertiefung insbesondere mit einer Auskleidung
versehen ist. Außerdem wird eine geeignete Verpackung beschrieben.
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Stand der Technik:
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Derartige
Hohlladungen werden sowohl im militärischen als auch im
zivilen Bereich zur Penetrierung von Zielen wie Beton, Stahl oder
Gesteinsformationen eingesetzt. Die Energie des Explosivstoffs wird
bei dieser Art von Ladung punktuell gebündelt. Eine konische
Vertiefung im Explosivstoff mit einer Auskleidung, auch Liner oder
Abdeckung genannt, meist aus Metall, sorgt für diesen Effekt.
Bei der Detonation der Ladung, vom hinten liegenden Zündpunkt
aus, wird das Material des Liners zur Symmetrieachse beschleunigt
und bildet dort einen Hohlladungsstrahl, der aus einem sehr schnellen
vorderen Teil (Strahlgeschwindigkeiten > 5000 m/s) und einem langsameren Stößel
(Geschwindigkeit ca. 500–700 m/s) besteht. Das Gehäuse
der Hohlladung zerlegt sich dabei und die entstehenden Partikel
fliegen in die zielabgewandte Richtung. Die kinetische Energie des
Hochgeschwindigkeitsstachels führt zur endballistischen
Zielpenetrierung.
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Der
Transport von Explosivstoffen und Gegenständen mit Explosivstoffen
erfolgt gemäß den Bestimmungen des ADR. Verpackte
Gegenstände mit Explosivstoff werden mittels der UN-Testreihe 6a–6c
in die unterschiedlichen Gefahrgut-Gruppen eingeteilt. Für
Hohlladungen handelt es sich um die Klassen 1.1D, 1.4D und 1.4S.
Der Unterschied der Klassen liegt beim Transport in der Möglichkeit,
verschiedene Verkehrsträger nutzen zu dürfen.
Für Klasse 1.1D ist der Transport über Schiene,
Straße und Wasser möglich. Güter der
Klasse 1.4D dürfen zusätzlich in Frachtflugzeugen
transportiert werden. Die Klasse 1.4S erlaubt zudem den Transport
in Passagierflugzeugen.
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Insbesondere
für Hohlladungen, die im Bereich der Öl- und Gasindustrie
für Tiefbohrlochsprengungen verwendet werden, so genannte
Perforatoren, ist die Transportklasse 1.4S erstrebenswert. Diese
Hohlladungen müssen sehr schnell in entlegenen Regionen
verfügbar sein. Den Transportklassen werden für
Hohlladungsperforatoren nach ADR die folgenden UN-Nummern zugeordnet:
1.1D: UN 0059; 1.4D: UN 0440 und 1.4S: UN 441.
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Die
UN-Testreihe 6 stellt bei der Prüfung auf unterschiedliche
Sachverhalte ab.
- 6a) Einzelpackstücktest:
Mit dieser Prüfung soll festgestellt werden, ob ein Packstück
massendetonativ umsetzt. In einer Verpackung mit mehreren Hohlladungen
wird eine Hohlladung initiiert. Die restlichen Hohlladungen in der
Verpackung dürfen dabei nicht detonativ umsetzen.
- 6b) Stapeltest: Mit dieser Prüfung soll die Wirkung auf
umliegende Packstücke untersucht werden. Mehrere Packstücke
werden als Stapel angeordnet. Eine Hohlladung in einer Verpackung
im Inneren des Stapels wird zur Detonation gebracht und der Effekt
auf die Nachbarpackstücke beurteilt.
- 6c) Außenbrandtest: Mit dieser Prüfung soll
die Wirkung eines Brandes auf das Packstück untersucht
wird. In einem definierten Feuer wird ein Packstück abgebrannt.
Hierbei wird auf detonative Umsetzung und das Auftreten von Splittern
geachtet.
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Neben
diesen drei Tests wird derzeit innerhalb des zuständigen
Gremiums der UNO ein vierter Test diskutiert, der Test 6d (vgl. ST-SG-AC10-C3-2007).
Ziel des 6d Tests ist die Wirkung von Gegenständen mit
Explosivstoff außerhalb der Verpackung zu untersuchen.
Zu diesem Zweck wird eine Nachweisplatte aus Stahl verwendet, die unterhalb
des Packstücks angeordnet wird. Eine Hohlladung innerhalb
der Packung wird initiiert. Die Nachweisplatte wird anschließend
auf Beschädigungen untersucht. Nur im Falle einer unbeschädigten Nachweisplatte
soll die Gefahrgutgruppe 1.4S überhaupt in Betracht gezogen
werden.
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Insbesondere
bei Hohlladungen besteht die Problematik darin, dass bei Zündung
am vorgesehenen Zündpunkt ein Hochgeschwindigkeitspartikelstrahl „Jet” entsteht.
Die hohe kinetische Energie dieses Jets durchdringt auch massive
Ziele aus Stahl oder Beton. Bei bestimmungsgemäßer
Zündung ist daher mit einem Durchschussloch in der Nachweisplatte
zu rechnen. Um diesen Effekt zu verhindern, werden Hohlladungen,
wie auch von den ADR Vorschriften gefordert (vgl. Packing Instruction
P137; Special packing provision PP70), so verpackt, dass immer zwei
Ladungen mit ihren Trichtern zueinander orientiert sind (vgl. K781
(P)). Sollte eine Ladung initiiert werden, trifft der Hohlladungsstrahl
auf die zweite Ladung und initiiert diese. Durch den Kollapsprozess
des Trichters der zweiten Hohlladung, soll der Strahl der ersten
Ladung gestört werden und somit die Durchschlagsleistung
soweit reduziert werden, dass außerhalb der Verpackung
nicht mehr mit gefährlichen Effekten zu rechnen ist. Wie
Versuche zeigen, entspricht dies leider nicht der Realität.
Bei Tests mit existierenden Versandverpackungen von Hohlladungen,
die der Klasse 1.4S zugeordnet sind, wurden in Stahlnachweisplatten
unterhalb der Verpackung Durchschusslöcher gefunden.
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Aufgabenstellung der Erfindung:
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Verpackung
anzugeben, mit dem/der ein Luftversand von Hohlladungen, sogar in Passagierflugzeugen,
möglich ist. Der Luftversand von Hohlladungen, auch in
Passagierflugzeugen, ist für die Verfügbarkeit
der Sprengmittel weltweit höchst bedeutsam. insbesondere
bei Perforatoren aus Hohlladungen für die Öl-
und Gasindustrie stellt die Möglichkeit des Lufttransports
mit Passagierflugzeugen einen häufig entscheidenden logistischen
Vorteil dar.
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Erfindungsgemäß soll
daher die Aufgabe gelöst werden, ein Verpackungskonzept
für Hohlladungen bereitzustellen, welches, bei bestimmungsgemäßer
Initiierung einer Hohlladung innerhalb der Verpackung, keinerlei
gefährliche Wirkung außerhalb der Verpackung zeigt
und somit auch den neuen UN-Test 6d erfüllt. Es soll ein
zugehöriges Verfahren und eine zugehörige Verpackung
bereitgestellt werden.
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Beschreibung der Erfindung:
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Während
die bisherigen Verpackungskonzepte für Hohlladungen darauf
abzielen den Hohlladungsstrahl nach seiner Entstehung abzufangen oder
abzuschwächen, wird erfindungsgemäß die Entstehung
des Hohlladungsstrahls verhindert und somit ein Penetrieren der
Außenverpackung und eine gefährliche Wirkung außerhalb
der Verpackung vermieden.
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Das
Entstehen des Hohlladungsstrahls beruht auf dem rotationssymmetrischen
Kollaps des Hohlladungstrichters zur Strahlachse. Trifft das Linermaterial
auf der Strahlachse zusammen, heben sich bei vollständig
rotationssymmetrischen Aufbau der Ladung die radialen Impulskomponenten
auf und es verbleiben ausschließlich axiale Komponenten.
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Erfindungsgemäß wird
dieser Kollapsprozess gestört oder verhindert, indem das
Innere des Trichters mit fester oder flüssiger Materie
bzw. Material gefüllt wird.
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Festigkeit
und Dichte der Füllung sind hierbei nicht entscheidend.
Ein Versuch mit Gipseinlagen, die der Trichtergeometrie angepasst
waren, zeigt die Wirksamkeit des Mechanismus (siehe nachfolgenden
Test). In der Stahlnachweisplatte ist kein Durchschlagloch feststellbar,
es tritt somit kein Hochgeschwindigkeitspartikelstrahl aus dem Packstück
aus.
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Auch
durch Einfüllen von Wasser (vorteilhaft in gebundener Form)
in den Hohlladungstrichter kann ein vergleichbarer Effekt erzielt
werden.
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Zur
Ausführung der Erfindung in Form einer Versandverpackung
sind unterschiedliche Formen denkbar. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit
seien die folgenden Ausführungen genannt: Schaumeinlagen
aus Polystyrol oder Styropor, die als Zwischeneinlage in die Verpackung
eingelegt werden und jeden Hohlladungstrichter innerhalb der Verpackung ausfüllen.
Es können auch einzelne Kunststoffspritzteile, die in die
Trichter eingesetzt werden, verwendet werden. Auch Einlagen aus
Gel sind möglich. Bevorzugt wird das Innere des Trichters
der Hohlladungen vollständig oder nahezu vollständig
mit fester oder flüssiger Materie bzw. Material gefüllt.
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Test:
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Zielsetzung:
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Bisherige
Verpackungstests haben gezeigt, dass das Prinzip der gegenseitigen
Zerstörung der Hohlladungen, bei einer absichtlichen Zündung
nur einer Hohlladung, nicht 100% effektiv ist. Es wurde daher untersucht,
ob das Einsetzen einer Kegeleinlage die Ausbildung des Hochgeschwindigkeitspartikelstrahls
der Hohlladung ausreichend verhindert. Bei einer absichtlichten
Zündung der mittleren Hohlladung einer Lage von Hohlladungen
sollte festgestellt werden, ob eine Überzündung
auf andere Hohlladungen stattfindet.
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Ebenfalls
sollte geprüft werden, ob Stahlplatten, die direkt unterhalb
der Verpackung liegen, von der gezündeten Hohlladung durchschossen
werden.
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Test-Aufbau:
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In
einer Verpackung (siehe 2 und 3)
aus Pappe wurden zwei Lagen vorbereitet mit jeweils neun Hohlladungen
mit einem Stahl-Gehäuse. Die mittlere Hohlladung wurde
von acht benachbarten Hohlladungen umgeben. In jeder Hohlladung
war eine Kegeleinlage aus Gips eingesetzt worden (siehe 2).
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Beide
Lagen wurden identisch vorbereitet. Eine Lage ist umgedreht worden,
damit jede Hohlladung in der oberen Lage direkt auf eine andere
Hohlladung, in der unteren Lage, gerichtet war (siehe 3). Bei einer ungewollten Detonation sollten
sich die Hohlladungen gegenseitig ausschießen. Die erfindungsgemäße
Verpackung bestand aus einer Außenpappkiste, in der zwei
gespiegelte Lagen Hohlladungen beinhaltet waren.
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Eine
10 mm dicke Stahlplatte wurde direkt unter die mittlere Hohlladung
der oberen Lagen festgeklebt. Die mittlere Hohlladung der oberen
Lage wurde mit einer Sprengschnur (Octocord PT165 Sprengschnur)
gezündet.
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Test-Ergebnisse:
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In
der Stahlplatte war kein Durchschussloch zu sehen. Die absichtlich
gezündete Hohlladung hatte es nicht geschafft die Verpackung
zu penetrieren. Die unten liegende Hohlladung wurde auch nicht initiiert
bzw. gezündet.
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In
der Stahlplatte waren auch kaum Splitterabdrucke des Stahlgehäuses
zu sehen.
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Die
der mittleren Hohlladung benachbarten Hohlladungen wurden von der
gezündeten Hohlladung, bei deren Detonation, etwas beschädigt.
Sie wurden aber nicht initiiert. Die Stahlgehäuse der Hohlladungen
sind zum Teil deformiert worden und etwas Sprengstoff ist aus den
Gehäusen der Hohlladungen heraus gefallen.
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Durch
die Zündung nur der mittleren Hohlladung ist es nicht zu
einer Massendetonation gekommen.
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Fazit:
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Vom
Sicherheitsaspekt her, ist eine deutliche Verbesserung bei dieser
Verpackung zu sehen. Die Kegeleinlagen haben die Projektierung bzw.
Ausbreitung des Hochgeschwindigkeitspartikelstrahls verhindert.
Dadurch wurde der oder die Hohlladung/Hohlladungen in der unteren
Lage nicht initiiert.
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Nachfolgend
wird die Erfindung ergänzend durch die Merkmale der Ansprüche
beschrieben.
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Dadurch,
dass die Vertiefungen mit Einlagen gefüllt werden, die
bei Zündung des Explosivstoffs die Entstehung eines Hohlladungsstrahls
verhindern, ist ein Luftversand von Hohlladungen sogar in Passagierflugzeugen
möglich.
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Die
Einlagen können aus allen Stoffen bestehen, die die Entstehung
eines Hohlladungsstrahls verhindern. Bevorzugt werden als Einlagen
feste und/oder flüssige Stoffe verwendet.
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In
einer erfinderischen Ausgestaltung werden als feste Stoffe folgende
oder eine Kombination der folgenden Stoffe verwendet: Gips, Schaumstoffeinlagen
aus Polystyrol oder Styropor, Kunststoffteile insbesondere Kunststoffspritzteile
oder ein Gel.
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In
einer alternativen erfinderischen Ausgestaltung werden als flüssige
Stoffe eine oder eine Kombination der nachfolgend genannten Stoffe
verwendet: Wasser oder Öl. Diese flüssigen Stoffe
werden zur Vereinfachung in ein verschließbares Gehäuse
eingefüllt, welches mit seiner Außengeometrie
an die trichterförmige Vertiefung im Explosivstoff angepasst
ist.
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Zur
Vereinfachung des Einlegens der Einlagen in die trichterförmige
Vertiefung werden zumindest zwei Einlagen miteinander verbunden.
Dadurch sind in einem Arbeitsgang in die Vertiefungen zumindest
zwei Hohlladungen einsetzbar.
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Die
Einlagen werden in einer Ausgestaltung über Stege miteinander
verbunden.
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Eine
erfindungsgemäße Verpackung von Hohlladungen zum
Transport, wobei die Hohlladungen ein Gehäuse aufweisen,
in dem ein Explosivstoff mit einer trichterförmigen Vertiefung
angeordnet ist und die Vertiefung mit einer Auskleidung versehen ist,
insbesondere zur Anwendung des eben beschriebenen Verfahrens ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen mit Einlagen gefüllt
sind, die bei Zündung des Explosivstoffs die Entstehung
eines Hohlladungsstrahls verhindern. Mit dieser Verpackung können
die Hohlladungen sogar in Passagierflugzeugen befördert
werden.
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Vorteilhafterweise
werden die Hohlladungen in der Verpackung so angeordnet, dass immer
zwei Hohlladungen mit ihren trichterförmigen Vertiefungen zueinander
orientiert sind.
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Die
trichterförmigen Einlagen sind erfindungsgemäß feste
und/oder flüssige Stoffe.
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Bevorzugte
feste Stoffe sind: Gips, Schaumstoffeinlagen aus Polystyrol oder
Styropor, Kunststeile insbesondere Kunststoffspritzteile oder ein
Gel. Bevorzugte flüssige Stoffe sind: Wasser oder Öl.
Natürlich können auch Kombinationen dieser Stoffe
verwendet werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind zumindest zwei Einlagen miteinander
verbunden und sind dadurch in einem Arbeitsgang in die Vertiefungen
zumindest zweier Hohlladungen eingesetzt oder einsetzbar.
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Wenn
die Hohlladungen in Lagen z. B. in übereinander liegenden
Lagen in der Verpackung angeordnet sind, sind die Einlagen aller
Hohlladungen einer Lage bevorzugt mattenförmig miteinander
verbunden. In einem Arbeitsschritt lassen sich so die Einlagen einer
Lage einlegen. Die Einlagen einer Lage, die mattenförmig
miteinander verbunden sind, sind dabei in dem gleichen Abstand zueinander
angeordnet, wie es die Hohlladungen sind, in die die Einlagen eingesetzt
werden. Die Längsachsen der kegelförmigen oder
trichterförmigen Einlagen, die mattenförmig miteinander
verbunden sind, sind mit den Längsachsen der trichterförmigen
Vertiefungen im Sprengstoff deckungsgleich.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einlagen über
Stege miteinander verbunden. Alle Einlagen einer Lage können
auch an einem Gerüst befestigt sein, so dass in einem Arbeitsschritt
alle Einlagen einer Lage auf die Hohlladungen der einen Lage aufgesetzt
werden können. Der Anwender der Hohlladungen kann dann
auch in einem Arbeitsschritt alle Einlagen einer Lage aus den Hohlladungen
entfernen.
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Bevorzugt
sind die Hohlladungen Perforatoren zur Verwendung in der Öl-
und Gasindustrie für Tiefbohrlochsprengungen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Figuren weiter erläutert.
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1 zeigt
im Schnitt eine Hohlladung
1 nach dem Stand der Technik,
zum Beispiel bekannt aus der
DE 10 2005 010 810 A1 . In einem zylinderförmigen Gehäuse
2 ist
ein Explosivstoff
3 mit einer trichterförmigen
Vertiefung
4 angeordnet. Diese Vertiefung
4 ist
mit einer inneren Auskleidung
5 versehen. Initiiert wir
die Hohlladung durch einen Sprengschlauch (nicht gezeigt) am Zündpunkt
bzw. Initiierungspunkt
11.
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Erfindungsgemäß wird
bei Initiierung der Hohlladung 1 die Entstehung eines Hohlladungsstrahls
dadurch verhindert, dass die Vertiefung mit einer Einlage 6 gefüllt
wird. Eine derartige Einlage ist in 1 mit dem
Bezugszeichen 6 gekennzeichnet. Die Einlage 6 ist
mit ihrer Außengeometrie an die Geometrie der Vertiefung 4 angepasst
und füllt die Vertiefung 4 bevorzugt vollständig
aus.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Verpackung 7 als
Einschlagverpackung, die aus Pappe durch Faltung hergestellt wurde.
Im Inneren der Verpackung 7 ist ein Einleger 12 mit
25 Aufnahmestanzungen 13 zur Aufnahme der Hohlladungen 1 eingesetzt.
In neun der insgesamt 25 Aufnahmestanzungen 13 sind schon
Hohlladungen 1 eingesetzt. In jede dieser neun Hohlladungen 1 ist
erfindungsgemäß eine Einlage 6 eingesetzt.
Zur Verdeutlichung ist die Einlage 6a etwas aus der Vertiefung 4 herausgezogen
gezeigt.
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3 zeigt die einzelnen Verfahrensschritte zum
Befüllen der Verpackung 7 und eine Ansicht einer
bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Verpackung 7. Die gezeigte Verpackung 7 besteht
aus zwei Lagen 14 (siehe 3a) und 15 (siehe 3b),
welche die Hohlladungen 1 aufnehmen. Die einzelnen Lagen 14, 15 sind
mit der Ausführungsform gemäß 2 identisch
und werden in der Verpackung mit Klipsen 19 ausgerichtet
und zueinander gespiegelt angeordnet, d. h. die Kegel der Hohlladungen 1 der
oberen Lage 14 sind den Kegeln der Hohlladungen 1 der
unteren Lage 15 zugewandt. Diese zwei Lagen 14 und 15 werden
dann in einen Aluminium-Sack 16 (siehe 3c)
eingeschweißt (siehe d). Dieser Aluminium-Sack 16 wird
anschließend in eine Außenverpackung 17 (siehe 3e) aus
Pappe eingesetzt und bildet die Verpackung 21 (siehe 3f).
Die Lagen 14 und 15 bilden eine Einschlagverpackung,
deren Stanzzuschnitt mit den Aufnahmestanzungen 13 in 3g gezeigt
ist. 3g zeigt auch eine Einlegeplatte 18,
die z. B. zur Abdeckung der Hohlladungen 1 eingelegt werden kann.
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Bevorzugt
sind die Hohlladungen 1 Perforatoren. Diese werden auch
als Hohlladungsperforatoren bezeichnet.
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Bevorzugt
sind die Einlagen 6 einer Lage 14, 15 mattenförmig
miteinander verbunden. In einem Arbeitsschritt lassen sich so alle
Einlagen 6 einer Lage 14, 15 in die Hohlladungen 1 einlegen.
Die Einlagen 6 einer Lage 14, 15, die
mattenförmig miteinander verbunden sind, sind dabei in
dem gleichen Abstand zueinander angeordnet, wie es die Hohlladungen 1 sind,
in die die Einlagen 6 eingesetzt werden. Die Längsachsen
der kegelförmigen oder trichterförmigen Einlagen 6,
die mattenförmig miteinander verbunden sind, sind mit den
Längsachsen der trichterförmigen Vertiefungen
im Sprengstoff deckungsgleich. 4 zeigt
ein Gerüst 20, welches aus Aufnahmebereichen 10 für
die Hohlladungen 1 besteht. Die Aufnahmebereiche 10 sind
durch Stege 9 miteinander verbunden. 4 zeigt
beispielhaft ein Gerüst 20 nur aus vier Aufnahmebereichen 10.
Das Gerüst 20 kann zum Beispiel aus einem flexiblen
Kunststoff bestehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005010810
A1 [0042]