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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Sprengzünder zur Verwendung in der
Sprengtechnik.
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In
der Sprengtechnik ist es üblich,
Sprengstoff auf zahlreiche Bohrlöcher
zu verteilen und die in den Bohrlöchern enthaltenen Sprengstoffmengen zeitversetzt
zu zünden.
Hierzu werden Zünder
benutzt, die unterschiedliche Verzögerungszeiten haben.
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DE-OS 20 04 619 beschreibt
einen elektrischen Sprengzünder
mit einem langgestreckten Metallgehäuse, das ein pyrotechnisches
Anzündelement
und einen Zündverstärker aus
einer Primärladung
und einer Sekundärladung
enthält.
Das Anzündelement
ist mit elektrischen Leiterdrähten
verbunden, die durch einen das Metallgehäuse verschließenden Stopfen
hindurchführen.
Im Metallgehäuse sitzt
ein aus einer Primärladung
und einer Sekundärladung
bestehender zweiteiliger Zündverstärker. Die beiden
Ladungen sind in getrennten Abschlußhülsen untergebracht, wobei die
Abschlußhülse für die Sekundär ladung
diese Sekundärladung
nur auf einem Teil ihrer Länge
umschließt.
Sprengzünder
mit metallischen Gehäusen
unterliegen trotz eingebauter Sollfunkenstrecken ab einer gewissen
Spannung und Ladungsmenge der Gefahr des unbeabsichtigten Auslösens der
Zündung
durch äußere elektrostatische Einwirkungen.
Beispielsweise kann es vorkommen, daß an den Leiterdrähten unbeabsichtigt
eine hohe elektrische Spannung ansteht. Wird dann das Metallgehäuse mit
Erde in Verbindung gebracht, kann dies zur Auslösung der Zündung führen. Ferner kann es vorkommen,
daß das
Metallgehäuse
durch Berührung
mit aufgeladenen Teilen elektrostatisch aufgeladen wird.
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Aus
EP 0 183 933 B1 ist
ein elektronischer Sprengzünder
bekannt, der in einem metallischen Gehäuse ein Auslöseelement
aus einem Elektronikteil und einer Zündpille aufweist, wobei in
dem Gehäuse
ferner ein Zündverstärker im
Abstand von der Zündpille
angeordnet ist. An dem Elektronikteil kann die individuelle Verzögerungszeit
des Auslöseelements
variiert werden. Obwohl die Zündpille
von dem Elektronikteil ausgelöst
wird, kann ab einer gewissen Spannung und Ladungsmenge und der auch
hier eingebauten Sollfunkenstrecke eine Entladung zwischen Metallgehäuse und
Zündpille
erfolgen.
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Bekannt
ist weiterhin aus
US 3 971 320 ein elektrischer
Brückenanzünder, der
ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuse aufweist. In diesem Gehäuse befindet
sich eine becherförmige
Metallhülse,
die den Sprengstoff enthält.
In der Metallhülse
ist ferner ein metallischer Einsatz enthalten, der mit einer der
elektrischen Zuleitungen verbunden ist, während die andere zentrale Zuleitung
isoliert durch den Einsatz hindurchgeht und bis zur Primärladung
reicht. Ein Brückendraht
erstreckt sich in der Primärladung
von dieser zentralen Zuleitung radial bis zum Einsatz. Das Auslösen des
Zünders
erfolgt dadurch, dass über
die Zuleitungen eine elektrische Energie zugeführt wird. Ein zusätzliches
Auslöseelement
mit Anzündelement ist
dabei nicht vorgesehen. Der Zünder
hat einen komplexen Aufbau, der das Zusammenfügen zahlreicher Komponenten
vorsieht und daher in der Herstellung sehr aufwendig ist.
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Ein
elektrischer Sprengzünder,
von dem der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist beschrieben
in U.S. 2,942,513. Dieser Sprengzünder weist ein aus Kunststoff
bestehendes rohrförmiges Gehäuse mit
geschlossenem Boden auf, in welchem sich an unterster Stelle eine
Basisladung und darüber eine
Initiatorladung befindet. Das Gehäuse ist mit einem ebenfalls
aus Kunststoff bestehenden Stopfen verschlossen, durch den Leiterdrähte hindurchführen, welche
in einem Hohlraum im Gehäuseinneren eine
Zündpille
tragen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Sprengzünder zu
schaffen, der eine höhere
Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Auslösen durch äußere elektrostatische Einwirkungen
aufweist und der einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmalen.
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Der
erfindungsgemäße Sprengzünder hat ein
langgestrecktes aus Kunststoff, insbesondere Polycarbonat, aber
auch Polyethylen, Phenolharz o. dgl., bestehendendes Gehäuse, so
dass seine gesamte Ummantelung nichtleitend ist. Dadurch wird die
Gefahr unbeabsichtigter äußerer elektrostatischer
Einwirkungen entscheidend vermindert. Der Sprengzünder hat
einen einfachen modularen Aufbau. Er enthält in dem aus Kunststoff bestehenden Gehäuse zwei
Baugruppen, nämlich
das Auslöseelement
und den Zündverstärker, die selbstständig herstellbar
und handhabbar sind und die in die Gehäuse eingeschoben sind. Die
den Zündverstärker bildende Einheit
enthält
in einer Metallhülse
sowohl die Primärladung
als auch die Sekundärladung.
Die Metallhülse
umschließt
beide Ladungen vollständig
und ist nur an dem Ende offen, an dem die Primärladung angeordnet ist. Die
Herstellung des Zündverstärkers kann
in einer einzigen Fertigungslinie mit wenigen Produktionsschritten
erfolgen. Hierzu wird in die Metallhülse zunächst der Sprengstoff der Sekundärladung
eingefüllt
und anschließend
die Primärladung eingebracht.
Der dadurch entstandene Zündverstärker ist
handhabungssicher und kann so sicher in das Gehäuse montiert werden. Es ist
also nicht erforderlich, Sprengstoff unmittelbar in das Kunststoffgehäuse einzuführen; vielmehr
wird der gesamte Zündverstärker aus
Primärladung,
Sekundärladung
und Metallhülse
vorgefertigt und als Einheit in das Kunststoffgehäuse eingesetzt.
Der Zündverstärker enthält keinerlei
Drähte,
Lötstellen
oder andere elektrische Verbindungen. Er besteht ausschließlich aus
Sprengstoff und Metall. Dabei ist anzumerken, daß eine Metallhülse, z.B.
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, als Ummantelung für Sprengstoff
wegen der mechanischen Festigkeit und der Widerstandsfähigkeit
auch gegen Rißbildungen
besonders geeignet ist. Die Metallhülse dient also zur sicheren
Umfassung des Sprengstoffs, während
das Kunststoffgehäuse
das Außengehäuse des
gesamten Sprengzünders
darstellt.
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Bei
der Erfindung bildet der Zündverstärker ein
einheitliches kompaktes, in einer Metallhülse enthaltenes detonatives
Zündmittel.
Dieses kann anzündseitig
durch anzündempfindliche
pyrotechnische Mischungen ergänzt
werden. Dabei besteht die Möglichkeit,
den Zündverstärker entweder
von demjenigen Ende in das Gehäuse
einzuschieben, durch das später
die Leiterdrähte
hindurchgeführt
werden, oder von dem entgegengesetzten Ende her. In beiden Fällen ergeben
sich unterschiedliche Gehäusestrukturen.
In jedem Fall können
im Gehäuse
Anschläge
zur Festlegung der Position des Zündverstärkers und/oder des Auslöseelements
vorhanden sein.
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Vorzugsweise
ist bei Verwendung einer Primärladung
diese in einen an beiden Enden offenen, separaten, metallischen,
zylindrischen hohlen Körper eingebracht,
wobei ggf. zusätzlich
auch noch eine pyrotechnische Verzögerungsladung eingebracht werden
kann. Dieser Körper
mit der Primärladung
und ggf. Verzögerungsladung
bildet eine Unterbaugruppe, die separat gefertigt und anschließend in
die Metallhülse
eingesetzt wird, nachdem zuvor die Sekundärladung in die Metallhülse eingebracht
wurde.
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Das
Auslöseelement
kann einen Elektronikteil aufweisen, an dessen dem Zündverstärker zugewandten
Ende das Anzündelement
befestigt ist. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen einfachen nicht-elektronischen
Sprengzünder
in der erfindungsgemäßen Weise
auszubilden. Hierbei besteht das Auslöseelement vornehmlich aus dem
Anzündelement,
das dann direkt mit den Leiterdrähten
verbunden ist.
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Im
folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
des Sprengzünders
mit an einem Ende geschlossenem Gehäuse und
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2 einen
Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform
des Sprengzünders
mit beidendig offenem Gehäuse.
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Der
in 1 dargestellte Sprengzünder weist ein aus isolierendem
Kunststoff bestehendes, rohrförmiges
langgestrecktes Gehäuse 10 auf,
das an einem Ende mit einer einstückig angeformten Bodenwand 11 verschlossen
ist.
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In
dem Gehäuse 10 sind
ein Auslöseelement 12 und
ein Zündverstärker 13 hintereinander
angeordnet. Das Auslöseelement 12 und
der Zündverstärker 13 bilden
jeweils eine selbständig
herstellbare und handhabbare Einheit. Das Auslöseelement 12 ist mit
isolierten elektrischen Leitern 15 verbunden, die aus dem
Gehäuse 10 herausragen
und durch einen Kunststoffstopfen 16 dicht hindurchgehen.
Wenn der Kunststoffstopfen 16 zum Verschluß der Gehäuseöffnung in
das Gehäuse 10 eingesetzt
ist, bewirken die zwischen dem Kunststoffstopfen 16 und
dem Auslöseelement 12 befindlichen
Leiterabschnitte 15a eine radiale Festlegung des Auslöseelements 12.
Der Kunststoffstopfen 16 wird mit Preßsitz, Paßsitz, Verklebung oder Verguß in der
Gehäuseöffnung festgehalten
und dichtet das Gehäuse 10 ab.
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Der
Außendurchmesser
des Zündverstärkers 13 entspricht
dem Innendurchmesser des betreffenden Bereichs des Gehäuses 10,
so daß die Einheit
passend und spaltfrei in das Gehäuse
eingesetzt werden kann und den Gehäusequerschnitt ausfüllt. Das
Auslöseelement 12 kann
an den Leiterabschnitten 15a selbsttragend befestigt sein
oder durch auf den Innendurchmesser des Gehäuses 10 abgestimmte
Außenmaße stützend und
positionierend gehalten sein.
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Der
Gehäusebereich
zur Aufnahme des Zündverstärkers 13 hat
einen kleineren Durchmesser als der Gehäusebereich zur Aufnahme des
Auslöseelements 12,
wobei am Übergang
der beiden Gehäusebereiche
eine ringförmige
Schulter 14 vorgesehen ist, die als Anschlag für das Auslöseelement 12 dient
und dieses in bezug auf den Zündverstärker 13 positioniert.
Im Falle des selbsttragenden Auslöseelements 12 entfällt diese
Funktion der Schulter 14. Der Anschlag für den Zündverstärker 13 wird
von der Bodenwand 11 gebildet, an der der Zündverstärker anliegt.
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Das
Auslöseelement 12 weist
einen Elektronikteil auf, der in einer in das Gehäuse 10 eingeschobenen
Hülse oder
auf einer Platine 17 angeordnet ist. Am Ende dieser Hülse oder
Platine 17 befindet sich ein pyrotechnisches Anzündelement 18,
das in Richtung zum Zündverstärker 13 vorsteht.
Der Elektronikteil enthält
eine elektronische Verzögerungsschaltung
sowie einen Kondensator, der durch die Verzögerungsschaltung über das
Anzündelement 18 entladen
werden kann.
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Alternativ
zu dem Ausführungsbeispiel
nach 1 besteht auch die Möglichkeit, den Sprengzünder ohne
den Elektronikteil auszubilden und die Leiter 15 direkt
mit dem Anzündelement 18 zu
verbinden. In diesem Fall kann das Gehäuse 10 mit kürzerer Länge ausgebildet
werden.
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Zwischen
dem Auslöseelement 12 und
dem Zündverstärker 13 befindet
sich ein axialer Zwischenraum 19, d.h. die beiden genannten
Teile sind mit gegenseitigem Abstand angeordnet. Der Zündverstärker 13 weist
eine als Ummantelung dienende becherförmige Metallhülse 20 auf,
die mit ihrer Bodenwand 21 an der Bodenwand 11 des
Gehäuses anliegt
und mit ihrer Seitenwand an der Seitenwand des Gehäuses anliegt.
Das offene Ende der Metallhülse 20 ist
in axialem Abstand von dem Auslöseelement 12 angeordnet.
Der Zündverstärker 13 enthält in der
Metallhülse 20 nahe
von deren offenem Ende, jedoch etwas zurückversetzt, eine Primärladung 22, die
aus Schichten unterschiedlichen Sprengstoffs und ggf. einer zusätzlichen
pyrotechischen Verzögerungsladung
bestehen kann. Die Primärladung 22 ist in
einem metallischen hohlzylindrischen Körper 23 enthalten,
der klemmend in der Metallhülse 20 sitzt. Der
Bereich zwischen der Primärladung 22 und
der Bodenwand 21 der Metallhülse 20 ist mit einer
Sekundärladung 24 gefüllt, die
ebenfalls aus mehreren Schichten unterschiedlichen Sprengstoffs
bestehen kann.
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Die
Primärladung 22 und
die Sekundärladung 24 bestehen
aus Sprengstoff, der sich im Gegensatz zu pyrotechnischen Sätzen explosionsartig umsetzt.
Die Primärladung 22 besteht
aus einem niedrigzündenden
Initialsprengstoff, vorzugsweise Bleiazid, oder einer DDT-fähigen Ladung
(DDT = Deflagration to Detonation Transition). Das Abbrennen des
Anzündelements 18 initiiert
die Primärladung 22, die
detoniert und dadurch die Sekundärladung 24 initiiert.
Die Detonation der Sekundärladung 24 bewirkt,
daß die
Metallhülse 20 und
das Gehäuse 10 auf gesprengt
und der den Sprengzünder
umgebende (nicht dargestellte) Sprengstoff umgesetzt wird.
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Die
Herstellung des Zündverstärkers 13 kann
in einem Herstellungsprozeß durchgeführt werden,
der in aufeinanderfolgenden Schritten in einer Fertigungsstraße erfolgt,
wobei in die Metallhülse 20 zunächst die
Sekundärladung 24 eingefüllt und
dann der Körper 23 mit
der darin enthaltenen Primärladung 22 eingeführt wird.
Elektrische Verbindungen, Materialverformungen oder thermische Anbondungen
sind hierzu nicht erforderlich.
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Die
Herstellung des Auslöseelements 12 ist mit
einfachen Mitteln gefahrlos möglich.
Das Anzündelement 18 besteht
beispielsweise aus einer pyrotechnischen Zündpille, einem Metallschichtzündelement
gemäß der DE-PS
20 20 016 o.dgl.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 2 entspricht weitgehend demjenigen von 1,
so daß im folgenden
nur die Unterschiede beschrieben werden.
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Gemäß 2 ist
das Gehäuse 10a an
beiden Enden offen, so daß das
Auslöseelement 12 vom unteren
Ende her und der Zündverstärker 13 vom entgegengesetzten
oberen Ende her in das Gehäuse 10a eingesetzt
werden kann. Im Bereich des Zwischenraumes 19 ist an die
Innenwand des Gehäuses 10a ein
Vorsprung 25 angeformt, der die ringförmige Schulter 14 für das Ansetzen
des Auslöseelements 12 und
an der entgegengesetzten Seite eine ringförmige Schulter 26 als
Anschlag für
die Metallhülse 20 bildet.
Auf diese Weise werden das Auslöseelement 12 und
der Zündverstärker 13 in
definiertem gegenseitigem Abstand gehalten. Die Metallhülse 20 überragt
auch hier die Primärladung 22.
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Das
untere Ende des Gehäuses 10a ist
nach dem Einsetzen des Zündverstärkers 13 mit
einer elektrisch nicht leitfähigen
härtbaren.
Dichtmasse 27, wie z.B. Epoxydharz, verschlossen, die die
Bodenwand 21 der Metallhülse 20 nach außen hin
bedeckt und sich dicht mit der Wand des Gehäuses 10a verbindet.