DE19581065C2

DE19581065C2 - Elektronischer Verzögerungszünder und elektrischer Initialzünder

Info

Publication number: DE19581065C2
Application number: DE19581065T
Authority: DE
Inventors: Midori Sakamoto; Masaaki Nishi
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd; Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2015-03-28
Also published as: JP2004345951A; US5602360A; CN1081787C; GB2296757A; GB2296757A8; JP3623508B2; SE9504533D0; WO1996003614A1; JPH09503287A; DE19581065T1; GB9522166D0; CN1125981A; SE513376C2; JP3962396B2; SE9504533L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zünder, der über eine hochpräzise Verzögerungs zeit verfügt. Die Erfindung betrifft noch genauer einen elektrischen Initialzünder mit elektronischer Verzögerung, wie er hauptsächlich zum Zünden eines Sprengstoffs zur Sprengung von Felsgestein verwendet wird.

Ein elektronischer Verzögerungszünder wurde als Ersatz für Zünder des Standes der Technik, deren Wirksamkeit auf einer chemischen Reaktion beruhte und bei denen eine verbrennbare Zubereitung Gebrauch fand, zur deutlichen Verbesserung der Präzision des Zündzeitpunktes entwickelt. Es sind elektronische Verzögerungszünder wie beispielsweise diejenigen bekannt, die offenbart sind in den Druckschriften US-Patent Nr. 4,445,435; US-Patent Nr. 4,586,437; US-Patent Nr. 4,712,477; japanische offengelegte Patentan meldung Nr. 142,498/1982; japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 111,989/1986; japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 16,582/1992; und japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 79,797/1993.

Diese Initialzünder mit elektronischer Verzögerung teilen sich auf in solche des Analog- Typs und solche des Digital-Typs, abhängig von der Verzögerungseinrichtung der elek tronischen Zeitgeber-Einheit. Es sind die drei folgenden Typen bekannt:

Der erste ist ein elektronischer Zeitgeber des Analog-Typs, der sich einer CR-Schaltung bedient und in dem US-Patent Nr. 4,712,477 offenbart ist. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Verzögerungszünders unter Einsatz einer CR-Schaltung. Wie in der Figur gezeigt ist, bilden in diesem Beispiel ein Widerstand 1 und ein Kondensator 2 eine Zeitkonstanten-Schaltung 3. Die Zeitkonstanten-Schaltung 3 ist verbunden mit einer Vergleicher-Schaltung 4 zum Vergleichen einer in dem Kondensator 2 gespeicherten Spannung mit einer vorbestimmten Spannung. Diese Vergleicher-Schaltung 4 ermittelt die Zeit, zu der die in dem Kondensator 2 gespeicherte Spannung die vorbestimmte Spannung ist. Mit anderen Worten: Der elektronische Zeitgeber des Analog-Typs nutzt die vor bestimmte Zeit, wenn Energie von einer (nicht gezeigten) Zündmaschine geliefert wird, bis die vorbestimmte Spannung in dem Kondensator gespeichert ist, als Verzögerungszeit und gibt dann einen Abgabe-Impuls nach Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit ab. Andererseits wird eine Schaltung mit einem Eingangswiderstand 5, einem Gleichrich ter 6 und Spannungs-teilenden Widerständen 7 und 8 in einer Signal-Eingangseinheit gebildet. Die Zündenergie wird zeitweilig in einem Zündkondensator 9 durch einen Gleichrichter 6 gespeichert, und diese Energie wird an eine Zündeinheit geliefert durch einen Schaltkreislauf, der ausgelöst wird durch die Abgabe des Abgabe-Impulses aus dem elektronischen Zeitgeber nach Ablauf der Verzögerungszeit. Dabei umfaßt der Schalt kreislauf Schalter 10 und 11, eine Sperre 12 und einen Schalter 13, und die Zündeinheit umfaßt eine Heizvorrichtung 14 und eine Zündladung 15, die in Kontakt mit der Heizvor richtung 14 steht. Die Verzögerungszeit des elektronischen Zeitgebers kann willkürlich durch Einstellen des Widerstandes des Widerstandes 1 oder der Kapazität des Kondensa tors 2 festgesetzt werden.

Der zweite Typ ist ein elektronischer Zeitgeber des Digital-Typs, in dem ein CR-Impuls oszillator verwendet wird und der in dem US-Patent Nr. 4,586,437 offenbart ist. Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Verzögerungszünders mit einem CR-Impuls oszillator. Wie in dieser Figur gezeigt ist, umfaßt die Verzögerungs-Vorrichtung des elektronischen Zeitgebers eine elektronische Zeitgeber-Einheit 21, einen Kondensator 22 und einen Widerstand 23, die mit der elektronischen Zeitgeber-Schaltung 21 verbunden sind und in der ein wiederholtes Laden und Entladen des Kondensators 22 durch ein Kombinieren des Kondensators 22 und des Widerstandes 23 erfolgt. Impulse, die eine erzeugte vorbestimmte Frequenz aufweisen, werden durch eine Zähl-Schaltung gezählt, die in der elektronischen Zeitgeber-Schaltung eingebaut ist, wodurch ein Abgabe-Impuls abgegeben wird. Eine Signal-Eingangseinheit für ein Signal von der Zündmaschine ist versehen mit einem Gleichrichter 24, einem Zünd-Kondensator 25 und einer Konstant spannungs-Schaltung 26. Außerdem wird die Zündenergie, die zeitweise in dem Zünd- Kondensator 25 gespeichert ist, an eine Zündeinheit abgegeben, die eine Heizvorrichtung 28 und eine Zündladung 29 umfaßt. Dies geschieht über eine Schalteinheit 27, die durch die Abgabe des Abgabe-Impulses aus der elektronischen Zeitgeber-Schaltung nach Ablauf der Verzögerungszeit ausgelöst wird.

Der dritte Typ ist ein elektronischer Zeitgeber des Digital-Typs, in dem ein Festkörper- Oszillator wie beispielsweise ein Quarz-Oszillator Verwendung findet und der offenbart ist in den Druckschriften US-Patent Nr. 4,445,435; japanische offengelegte Patentan meldung Nr. 142,498/1982; japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 11,198/1986; japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 16,582/1992 und japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 79,797/1993.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen elektronischen Initialzünder bzw. Detonatoren des ersten bis dritten Typs mit elektronischer Verzögerung ist nahezu dieselbe. Speziell beginnt dann, wenn eine bestimmte Energiemenge von der Zündmaschine an den Zünd kondensator geliefert wird, der elektronische Zeitgeber zu arbeiten, und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit wird ein Abgabeimpuls-Signal von der elektronischen Zeitgeber- Einheit (oder einer Sprengmaschine) an die Schalteinheit übertragen. Bei Empfang des Signals wird die Schalteinheit ausgelöst, und die in dem Zündkondensator gespeicherte elektrische Energie wird an die Zündeinheit geleitet. Die Zündeinheit umfaßt eine Heiz vorrichtung und eine mit der Heizvorrichtung in Kontakt stehende Zündladung. Wenn die in dem Zündkondensator gespeicherte elektrische Energie abgegeben wird, wird die Heizvorrichtung erhitzt. Wenn die Oberflächentemperatur der Heizvorrichtung die Zündtemperatur der Zündladung erreicht, zündet die Zündladung. Hierdurch wird Wärme energie an die Zündeinheit abgeben. So wird der elektrische Initialzünder bzw. Detonator mit elektronischer Verzögerung gezündet.

Im vorliegenden Zusammenhang hängt die Zeitgabe-Genauigkeit der Verzögerungs- Einrichtung der ersten und zweiten elektrischen Initialzünder bzw. Detonatoren mit elektronischer Verzögerung, wenn diese nur aus Sicht der elektronischen Verzögerungs- Einheit betrachtet wird, von der CR-Schaltung ab, die einen Kondensator (C) und einen Widerstand (R) verwendet. In einer derartigen CR-Impulsoszillator-Schaltung bestimmt sich nämlich die Zeitgabe-Genauigkeit grundsätzlich durch die Vorrichtungseigenschaften des Kondensators (C) und des Widerstandes (R) der Zeitkonstanten-Schaltung. Zur Bestimmung der Zeit muß nämlich eine Kapazitätsabweichung oder dergleichen der Vorrichtung zugelassen werden. Beispielsweise ist die Zeitpräzision bzw. Zeitgenauigkeit ± einige µs bis über 10 µs für eine Bezugszeit von 1.000 ms.

Andererseits wird in dem dritten elektrischen Initialzünder bzw. Detonator mit elek tronischer Verzögerung ein Festkörper-Oszillator verwendet. Da in diesem Fall der Fest körper-Oszillator selbst eine hohe Präzision der Oszillation zeigt, kann eine Zeitgabe- Genauigkeit von ± einigen 10 µs bis einigen 100 µs für eine Referenzzeit von 1 s erreicht werden.

In der US-PS 4,632,031 wird ein Verzögerungszünder offenbart, der eine Prüfeinrichtung enthält, die nicht zur Auslösung der Zündung führt. Jedoch stellt die Prüfeinrichtung nicht einen überprüfbaren Zündkreis dar.

Die EP-A 0 212 111 betrifft einen elektronischen Verzögerungszünder, in dem der Widerstand nicht zum Testen der Zündschaltung auf Funktion, sondern dazu dient, Streuströme oder dergleichen abzuleiten. Alternativ dazu dienen mehrere Widerstände bei in Reihe geschalteten Zündern dazu, die Zahl der tatsächlich aktuell angeschlossenen Zünder zu zählen.

Berücksichtigt man die Tatsache, daß elektrische Initialzünder bzw. Detonatoren des Standes der Technik, für die eine verbrennbare Zubereitung verwendet wird, eine große Abweichung von 5 bis 10% aufweisen, bezogen auf die Bezugszeit, sind diese elek tronischen Initialzünder mit elektronischer Verzögerung, die eine Verzögerungs-Ein richtung aufweisen, ausreichend verschieden, wenn sie mit derartigen elektrischen In itialzündern des Standes der Technik verglichen werden.

Wie oben beschrieben erfolgt in den elektrischen Initialzündern mit elektronischer Ver zögerung das Betreiben des elektronischen Zeitgebers und anderer Schaltungen und die Zündung der Zündeinheit nur mit der elektrischen Energie, die in dem Zündkondensator gespeichert ist. Daher ist es bevorzugt, daß ein Kondensator verwendet wird, der eine größtmögliche Kapazität aufweist, und daß dieser mit einer möglichst großen Spannung beaufschlagt wird, um die Ladungsmenge zu erhöhen. Aus Sicht eines für die Praxis geeigneten Aufbaus muß jedoch ein passender Kondensator so gewählt werden, daß seine Ausmaße nicht zu groß sind. Außerdem ist es erforderlich, daß selbst zum Zünden mehrerer Initialzünder bzw. Detonatoren die Ladespannung des Zündkondensators auf etwa 25 V gedrückt wird, so daß die Zündspannung und die Kapazität der Sprengmaschine nicht übermäßig sind. Daher werden der Verbrauchsstrom in dem elektronischen Zeitge ber und die Zündenergie in der Zündeinheit normalerweise soweit wie möglich herabge drückt.

Bei einem elektrischen Initialzünder bzw. Detonator schließt die Energie, die zum Zünden der Zündeinheit erforderlich ist (minimale Zündenergie), einige Grade externer elektri scher Gefahrenfaktoren ein, beispielsweise Streustrom und Verluststrom. Normalerweise wird hierfür eine geringe Energie von etwa 2 bis 4 mJ verwendet. Andererseits ist es natürlich erforderlich, daß ein derartiger Zünder eine hohe Zündzuverlässigkeit aufweist. Normalerweise ist es für einen Zünder wie beispielsweise einen elektrischen Initialzünder gesetzlich vorgeschrieben, einen Durchgangstest unmittelbar vor dem Zünden durch zuführen, um die Zündschaltung auf Unregelmäßigkeiten zu überprüfen, und es ist besonders wichtig für die Zündzuverlässigkeit, den Durchgang (Widerstand) des Zünd kreislaufs in der Schlußstufe des Herstellungsverfahrens zu überprüfen.

Natürlich ist es bei einem Zünder mit elektronischer Vorrichtung im Hinblick auf die Zündzuverlässigkeit erforderlich, daß die Zündschaltung als letzter Schritt der Herstellung überprüft wird. Bei dem Zünder mit elektronischer Verzögerung ist es im Hinblick auf die Art der Schaltung erforderlich, den Schaltkreislauf zu betätigen, um die Zündschaltung zu überprüfen. Als Vorrichtung zur Überprüfung der Schaltung wurde von den Erfindern ein Durchgangstester bzw. Durchgangsprüfer für einen elektrischen Initialzünder mit elek tronischer Verzögerung entwickelt (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 99,597/1993).

Unabhängig davon, ob ein elektrischer Initialzünder oder ein elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung vorliegt, muß eine Überprüfung des Zünders in dem Zustand durchgeführt werden, in dem er mit der Zündladung versehen ist. Die Überprüfung der Zündschaltung des elektrischen Initialzünders bzw. Detonators erfolgt in ausreichender Weise nur mittels eines Durchgangstests. Da dieser unter Anwendung eines kleinen Stroms von normalerweise 10 mA durchgeführt wird, besteht eine geringere Gefahr des Aufheizens der Heizvorrichtung unter Initiieren einer Explosion. Jedoch weisen elek tronische Initialzünder bzw. Detonatoren mit elektronischer Verzögerung das nachfolgend beschriebene schwierige Problem auf, da sich der Mechanismus der Zündschaltung von dem elektrischer Detonatoren des Standes der Technik unterscheidet.

Beim Überprüfen der Zündschaltung des elektrischen Initialzünders mit elektronischer Verzögerung ist es erforderlich, den elektronischen Zeitgeber für eine vorbestimmte Zeitdauer zu betätigen, um ein Ausgangssignal zu erhalten und sicherzustellen, daß die Schalteinheit arbeitet. Für diesen Zweck ist es erforderlich, daß der Zünd-Kondensator mit einer über der Betriebsspannung liegenden Spannung beaufschlagt wird. Daher kann deswegen, weil der Strom in der Zündeinheit in Abhängigkeit von der Kapazität des Kondensators, der Spannung, dem Widerstand der Heizvorrichtung und dergleichen schwankt, in einigen Fällen nach dem Schaltvorgang ein erheblicher Strom fließen, was zu einer spontanen Explosion führt. Andererseits ist bei den jüngsten Fortschritten in der Zündtechnik dann, wenn versucht wird, das Sprengen über die Initiierungszeit zu steuern, eine bloße erhebliche Verbesserung der Präzision bzw. Genauigkeit der Zeitgabe im Vergleich mit elektrischen Initialzündern des Standes der Technik insofern ausreichend, als eine Genauigkeit von ± 5 ms erforderlich ist. Dies wird nachfolgend beschrieben.

Beim Sprengen folgt beispielsweise die folgende abschätzende Formel einer Theorie, daß eine optimale Zündzeit-Differenz die Zeit ist, die der Explosionsgas-Druck, der durch den Sprengstoff erzeugt wird, benötigt, um mit dem benachbarten Bohrloch in Wechselwir kung zu treten:

DT = L × 1.000/(V × 0,12)

worin
DT die optimale Zündzeit-Differenz (in ms) ist;
L der Abstand zwischen den Löchern (in m) ist; und
V die Geschwindigkeit einer elastischen Welle in einem Streb-Gestein (in m/s) ist.

Mit anderen Worten: Man geht davon aus, daß die beste Sprengwirkung dann erhalten werden kann, wenn die Ladung im nächsten Loch unter der Einwirkung des Explosions gases gezündet wird. Unter Anwendung der obigen Abschätzungsformel werden die optimalen Zündzeiten für das Zünden einer Ladung unter freiem Himmel und einer Ladung in einem Tunnel wie folgt bestimmt:

Für Sprengungen unter freiem Himmel wird ein Sprengloch-Abstand von 3 bis 5 m gewählt, und die Berechnung ist die folgende:

DT = (3 bis 5) × 1.000/(V × 0,12)
= 8 bis 20 ms

worin V (für Kalkstein) 2.000 bis 30.000 m/s ist.

Für eine Sprengung in einem Tunnel ist der Abstand zwischen den Bohrlöchern weniger als 1 m, und die Berechnung ist die folgende:

DT = 1 × 1.000/(V × 0,12)
= 1,7 bis 2,1 ms

worin V (für mittelhartes Gestein) 4.000 bis 5.000 m/s ist.

Daher ist (mit Abweichungen gemäß den speziellen Bedingungen am Sprengort) allgemein ein Zeitintervall von 8 bis 20 ms optimal für eine Sprengung unter freiem Himmel, und der Fehler muß geringer sein als ± 2 ms, wenn eine Toleranz von ± 10% zugelassen wird. Darüber hinaus muß die Abweichung für einen Sprengort in einem Tunnel, wo der Abstand zwischen den Sprenglöchern gering ist, insbesondere zur Sprengung von hartem Gestein, geringer sein als ± 5 ms, angegeben als absoluter Wert der Genauigkeit. Folglich ist bei einem elektrischen Initialzünder bzw. Detonator mit elektronischer Zeitverzögerung bei dem Ziel einer Steuerung der Sprengung eine absolute Genauigkeit von ± 0,5 ms erforderlich.

Daher ist in diesem Fall die Verwendung eines elektronischen Zeitgebers des Digital-Typs mit einem Festkörper-Oszillator als Verzögerungs-Einrichtung essentiell. Jedoch ist die Verwendung nur eines digitalen Zeitgebers nicht immer ausreichend, um eine hohe Genauigkeit der Zündung zu erreichen. Für praktisch brauchbare Werte der Kapazität des Zündkondensators, der Spannung und dergleichen ist eine Auswahl der Zündladung extrem wichtig.

Unter den oben beschriebenen Umständen ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen sicheren elektronischen Verzögerungszünder zu schaffen, der nicht spontan ex plodiert, selbst wenn der elektronische Zeitgeber in Betrieb genommen wird, um die Schalteinheit auszulösen und den Zündkreislauf des elektronischen Verzögerungszünders zu überprüfen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen elektronischen Verzögerungs zünder zu schaffen, der mit hoher Präzision eine Zündzeit innerhalb eines Zeitintervalls von ± 0,5 ms erreicht und eine hohe Zuverlässigkeit bei der Zündung aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen sicheren elektrischen Ini tialzünder bzw. Detonator mit elektronischer Verzögerung zu schaffen, der nicht spontan explodiert, selbst wenn der elektronische Zeitgeber betätigt wird, um die Schalteinheit zum Test der Zündschaltung des elektronischen Verzögerungszünders auszulösen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen elektrischen Initialzünder bzw. Detonator mit elektronischer Verzögerung zu schaffen, der eine hohe Präzision des Zündzeitpunkts innerhalb eines Zeitraums von ± 0,5 ms erreicht und eine hohe Zuver lässigkeit der Zündung aufweist.

Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt, der die obigen Aufgaben löst, einen elektronischen Verzögerungszünder, der umfaßt:

- einen Zündkondensator zur Speicherung von für die Zündung erforderlicher Energie unter Anlegen einer Spannung von einer externen Energiequelle;
- eine elektronische Zeitgeber-Einheit, die mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist, der durch die Energie betrieben wird, die in dem Zündkondensator gespeichert ist, zur Abgabe eines Abgabe-Signals nach einer vorgewählten Verzögerungszeit;
- eine Schalteinheit zur Übertragung der durch das Abgabe-Signal gelieferten Zünd energie; und
- eine Zündeinheit mit einer Zündladung, die bei Empfang der durch die Schalt einheit übertragenen Zündenergie zündet, wobei die mittels der externen Energie quelle angelegte Spannung einen Spannungs-Anlagebereich aufweist, in dem der elektronische Zeitgeber zur Auslösung der Schalteinheit betrieben wird, jedoch die Zündladung nicht zündet, selbst wenn die Energie aus dem Zündkondensator erhalten wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die minimale Zündenergie der Zündeinheit über 12,5 × C₀ Joule sein, wobei die Kapazität des Zündkondensators des elektrischen Zeitgebers C₀ Farad ist.

Die Kapazität C₀ des Zündkondensators kann 400 × 10^-6 bis 1.200 × 10^-6 Farad sein.

Die Zündladung kann als wirksame Komponenten enthalten:

(a) wenigstens eine Verbindung, die gewählt ist aus der aus Bleistyphnat, Diazodini trophenol, Tetracen, Silberazid und Bleiazid bestehenden Gruppe;
(b) eine Mischung aus Diazodinitrophenol und Kaliumchlorat;
(c) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat; oder
(d) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexacyanoferrat und Kaliumhexacyanocobaltat und wenigstens einer der Verbindungen Kaliumperchlorat und Kaliumbichromat.

In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen elektronischen Verzö gerungszünder, der umfaßt:

- einen Zündkondensator zur Speicherung von für die Zündung erforderlicher Energie unter Anlegen einer Spannung von einer externen Energiequelle;
- eine elektronische Zeitgeber-Einheit, die mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist, zur Abgabe eines Abgabe-Signals nach einer vorgewählten Verzögerungszeit;
- eine Schalteinheit zur Übertragung der durch das Abgabe-Signal gelieferten Zünd energie; und
- eine Zündeinheit mit einer Zündladung, die bei Empfang der durch die Schalt einheit übertragenen Zündenergie zündet, wobei die Zündladung als wirksame Bestandteile enthält:
- (a) wenigstens eine Verbindung, die gewählt ist aus der aus Bleistyphnat, Diazodinitrophenol, Tetracen, Silberazid und Bleiazid bestehenden Gruppe;
- (b) eine Mischung aus Diazodinitrophenol und Kaliumchlorat;
- (c) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat; oder
- (d) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexacyano ferrat und Kaliumhexacyanocobaltat und wenigstens einer der Verbindun gen Kaliumperchlorat und Kaliumbichromat.

In einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen elektrischen Initialzünder mit elektronischer Verzögerung, der umfaßt:

- einen Zündkondensator zur Speicherung von für die Zündung erforderlicher Energie unter Anlegen einer Spannung von einer externen Energiequelle;
- eine elektronische Zeitgeber-Einheit, die mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist, der durch die Energie betrieben wird, die in dem Zündkondensator gespeichert ist, zur Abgabe eines Abgabe-Signals nach einer vorgewählten Verzögerungszeit;
- eine Schalteinheit zur Übertragung der durch das Abgabe-Signal gelieferten Zünd energie;
- eine Zündeinheit mit einer Zündladung, die bei Empfang der durch die Schalt einheit übertragenen Zündenergie zündet; und
- eine Initial-Zündeinheit, die die Explosion initiiert, indem sie die Zündladung zündet, wobei die mittels der externen Energiequelle angelegte Spannung einen Spannungs-Anlagebereich aufweist, in dem der elektronische Zeitgeber zur Aus lösung der Schalteinheit betrieben wird, jedoch die Zündladung nicht zündet, selbst wenn die Energie aus dem Zündkondensator erhalten wird.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise die minimale Zündenergie der Zündeinheit mehr als 12,5 × C₀ Joule, wobei die Kapazität des Zündkon densators des elektronischen Zeitgebers C₀ Farad ist.

Die Kapazität C₀ des Zündkondensators kann im Bereich von 400 × 10^-6 bis 1.200 × 10^-6 Farad liegen.

Die Zündladung kann als wirksame Komponenten enthalten:

In einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen elektrischen Initialzünder bzw. Detonator mit elektronischer Verzögerung, der umfaßt:

- einen Zündkondensator zur Speicherung von für die Zündung erforderlicher Energie unter Anlegen einer Spannung von einer externen Energiequelle;
- eine elektronische Zeitgeber-Einheit, die mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist, der durch die Energie betrieben wird, die in dem Zündkondensator gespeichert ist, zur Abgabe eines Abgabe-Signals nach einer vorgewählten Verzögerungszeit;
- eine Schalteinheit zur Übertragung der durch das Abgabe-Signal gelieferten Zünd energie;
- eine Zündeinheit mit einer Zündladung, die bei Empfang der durch die Schalt einheit übertragenen Zündenergie zündet; und
- eine Initial-Zündeinheit, die die Explosion initiiert, indem sie die Zündladung zündet, wobei die Zündladung als wirksame Bestandteile enthält:
- (a) wenigstens eine Verbindung, die gewählt ist aus der aus Bleistyphnat, Diazodinitrophenol, Tetracen, Silberazid und Bleiazid bestehenden Gruppe;
- (b) eine Mischung aus Diazodinitrophenol und Kaliumchlorat;
- (c) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat; oder
- (d) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexacyano ferrat und Kaliumhexacyanocobaltat und wenigstens einer der Verbindun gen Kaliumperchlorat und Kaliumbichromat.

Allgemein ist die Energie, die auf die Zündeinheit aufgebracht wird, gegeben durch die Formel

(1/2) CV²

worin die Kapazität des Zündkondensators C ist und die Ladespannung V ist. Die La despannung muß mindestens 2,5 V sein, um die Zündeinheit zu betreiben. Außerdem muß die Obergrenze der Ladespannung auf höchstens etwa 25 V gedrückt werden, und zwar im Hinblick auf die Kapazitätsbeschränkung der Sprengmaschine zum Laden des Zünd kondensators.

Nachfolgend werden Angaben für einen in der Praxis verwendbaren elektronischen Verzögerungszünder gemacht. Es ist zuerst erforderlich, die Zündschaltungs-Inspektions spannung auf 2,5 bis 3,0 V festzusetzen und den auf die Spannung bezogenen Spielraum auf mehr als etwa 2 V festzusetzen. Mit anderen Worten: Innerhalb des Bereichs von 2,5 V bis 5 V arbeitet der elektronische Zeitgeber und arbeitet die Schalteinheit; die Zünd einheit zündet jedoch bei der Ladespannung nicht. Die vorliegende Erfindung ist gekenn zeichnet durch einen derartigen Bereich der Aufbringung der Spannung, und es ist bevorzugt, daß der Bereich der Aufbringung der Spannung so gewählt ist, daß dabei eine Spannungssicherheit von etwa 2 V berücksichtigt wird. Zum anderen kann die Ladespan nung des Zündkondensators während des Zündvorgangs auf eine normale Ladespannung von 15 bis 25 V eingestellt werden, wobei eine Spannungstoleranz von mehr als 3 V berücksichtigt wird. Mit anderen Worten: Es ist erforderlich, daß die Zündung bei einer Zündkondensator-Beladungsspannung von über 12 V nicht versagt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Spannungssicherheit die Spannungsdiffe renz zwischen der Mindest-Zündspannung und der Zündschaltungs-Inspektionsspannung, und die Spannungstoleranz ist die Spannungsdifferenz zwischen der Ladespannung des Zündkondensators beim Sprengen und der Mindest-Zündspannung. Wenn der elektroni sche Zeitgeber unter Verzögerung des Zündzeitpunkts betrieben wird, ist eine Spannungs toleranz von mehr als etwa 3 V bevorzugt, da Energie zum Betreiben der Schaltung verbraucht wird und die Zündkondensator-Spannung abfällt.

Daher ist die Mindest-Zündenergie vorzugsweise

(1/2) × C₀ × 5² = 12,5 C₀ Joule

und sie sollte allgemein nicht niedriger sein als

(1/2) × C₀ × 12² = 72 C₀ Joule

worin C₀ die Kapazität des Zündkondensators ist.

Passenderweise wird die Kapazität C₀ des Zündkondensators auf 400 bis 1.200 µF festgelegt, und zwar im Hinblick auf eine Beschränkung der Größe des Kondensators.

Die Mindestenergie, die zur Zündung erforderlich ist, wird bestimmt durch die Kom bination der Heizvorrichtung und der Zündladung. Die Heizvorrichtung kann hergestellt werden aus einem Platin-Iridium-Draht, einem Ni-Cr-Draht oder dergleichen mit ver schiedenen Drahtdurchmessern.

Da es außerdem erforderlich ist, daß die Zündeinheit eine besonders geringe Abweichung der Zündzeit aufweist, ist es bevorzugt, eine Zündladung eines Typs zu verwenden, mit dem die Reaktion in einer kurzen Zeit vollständig abläuft. Da außerdem die Spannung und die Kapazität des Zündkondensators aufgrund des Erfordernisses einer kompakten Größe beschränkt sind, ist eine kurze Zündzeit bei einem niedrigen Strom besonders wichtig.

Speziell kann wenigstens eine Zündladung verwendet werden, die gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Diazodinitrophenol (DDNP), Tetracen, Bleistyphnat, Silberazid, Bleiazid, basisches Bleipicrat und Acetylenkupfer, oder eine Mischung aus DDNP und Kaliumchlorat oder eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat oder eine Mi schung aus Kaliumhexacyanoferrat (oder Kaliumhexacyanocobaltat) und Kaliumperchlorat (oder Kaliumbichromat). Von den genannten Verbindungen ist Bleistyphnat besonders bevorzugt. Ein basisches Salz dieser Verbindung mit einer feinen Teilchengröße von weniger als 150 µm weist eine geringe Abweichung der Empfindlichkeit selbst bei niedrigem Stromfluß auf und ist daher wirksam.

Im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, daß ein elektronischer Verzögerungszünder und ein elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung, die eine Überprüfung bzw. Inspektion der Zündschaltung bei ausreichender Spannungssicherheit ermöglichen, mit dem oben beschriebenen Aufbau erhalten werden kann. Dadurch wurde die vor liegende Erfindung vollendet.

Außerdem wurden im Rahmen der Erfindung intensive Untersuchungen über die Bezie hung zwischen der elektronischen Zeitgeber-Einheit und der Zündeinheit durchgeführt, und es wurde gefunden, daß eine Genauigkeit bzw. Präzision von ± 0,5 ms erreicht wird, und zwar ohne Berücksichtigung der Länge der Verzögerungszeit, wenn man eine Kom bination einer elektronischen Zeitgeber-Einheit unter Verwendung eines Festkörper- Oszillators und einer Zündeinheit unter Verwendung einer Zündladung verwendet, die wirksame Komponenten umfaßt, die die oben beschriebenen Substanzen (a) bis (d) einschließen, d. h.

So wurde die vorliegende Erfindung zum Abschluß gebracht.

Bisher war kein Beispiel unter Verwendung der oben genannten Substanzen (a) bis (d) als Zündladung eines Initialzünders mit elektronischer Verzögerung bekannt, und die Ver wendung von einigen der Substanzen ist nur bekannt im Zusammenhang mit Beispielen für eine Zündladung (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 16,582/1992) und in einem Beispiel als Zündladung eines elektrischen Zünders des Typs, der unverzüglich zündet und keine Verzögerungs-Einrichtung aufweist (bezüglich Bleistyphnat: C.A. 982596; bezüglich einer Mischung aus Kaliumhexacyanoferrat und Kaliumperchlorat: US-Patent Nr. 3,793,100).

Im vorliegenden Fall kann die Substanz (a), wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfin dung verwendet wird, allein oder in Form einer Mischung von zwei oder mehr der genannten Substanzen verwendet werden. Bleistyphnat schließt neutrales Bleistyphnat und basisches Bleistyphnat ein, abhängig von dem Herstellungsverfahren. Basisches Blei styphnat ist bevorzugter. Der Gehalt an KClO₃ liegt vorzugsweise bei weniger als 70 Gew.-%. Der Grund hierfür ist, daß dann, wenn der Gehalt an KClO₃ 70 Gew.-% übersteigt, die Reaktivität der Zündladung zum Rückgang neigt. Ein Gewichtsverhältnis beider Substanzen innerhalb eines Bereichs 4 : 6 bis 6 : 4 ist besonders bevorzugt.

Wenn eine Zubereitung, die die Mischung der Substanzen (c) aus Zr und KClO₄ enthält, in der Zündladung verwendet wird, liegt das Verhältnis beider Substanzen vorzugsweise bei 3 : 7 bis 6 : 4, bezogen auf das Gewicht. Außerhalb dieses Bereichs neigt die Reakti vität der Zündladung zum Rückgang.

Wenn außerdem eine Mischung (d) aus wenigstens einer der Verbindungen K₃Fe(CN)₆ und K₃Co(CN)₆ mit K₂Cr₂O₇ als Zündladung verwendet wird, liegt das Verhältnis beider Substanzen vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 1 : 9 bis 4 : 6. Der Grund hierfür ist, daß außerhalb dieses Bereichs die Reaktivität der Zündladung zum Rückgang neigt.

Wenn außerdem eine Mischung (d) aus wenigstens einer der Verbindungen K₃Fe(CN)₆ und K₃Co(CN)₆ mit KClO₄ als Zündladung verwendet wird, liegt das Verhältnis beider Sub stanzen vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 3 : 7 bis 5 : 5. Der Grund hierfür ist, daß außerhalb dieses Bereichs die Reaktivität der Zündladung zum Rückgang neigt.

In der Zündladung gemäß der vorliegenden Erfindung, in der Substanzen (a) bis (c) verwendet werden, kann die entsprechende Substanz so verwendet werden, wie sie ist, oder sie kann einfach gemischt werden. Für eine Zündladung unter Verwendung der Substanz (d) ist es jedoch erforderlich, daß die Mischung mit Mengen der Substanzen im angegebenen Bereich in warmem Wasser gelöst wird und dann aus einem Alkohol wie beispielsweise 1-Propanol oder 2-Propanol vor der Verwendung umkristallisiert wird.

Außerdem kann in der Zündladung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bindemittel (Granulationsmittel) diesen Substanzen (der Mischung) zugesetzt werden. Als Bindemittel kann beispielsweise Methylcellulose in einer Menge von bis zu etwa 0,01 Gew.-% verwendet werden. Außerdem weist zwar die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Zündladung die Substanzen (a) bis (d) als wirksame Komponenten auf, es können jedoch andere Zusätze zugegeben werden, solange die Wirkung der vorliegenden Erfindung dadurch nicht beeinträchtigt wird.

Die Zündeinheit, bei der eine Zündladung mit den Substanzen (a) bis (d) als wirksamen Komponenten verwendet wird, erzielt eine Präzision der Zündzeit von ± 0,5 ms, un geachtet der Länge der Verzögerungszeit. Dies ist eine Genauigkeit bzw. Präzision, die nicht mit dem System des Standes der Technik erreicht werden kann. Eine Zündeinheit, in der eine Zündladung des Standes der Technik verwendet wird, die beispielsweise eine Mischung aus Antimon (Sb) und Kaliumperchlorat (KClO₄) oder eine Mischung aus Bleirhodanat und Kaliumchlorat (KClO₃) und dergleichen umfaßt, ist nicht in der Lage, eine Präzision der Zündzeit von ± 0,5 ms zu erreichen.

Die Erfindung wird nachfolgend weiter unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines elektronischen Verzögerungs zünders unter Verwendung eines elektronischen Zeitgebers des Analog-Typs zeigt;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines elektronischen Verzögerungs zünders unter Verwendung eines CR-Impulsoszillators zeigt;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht, die den Aufbau eines elektronischen Verzögerungszünders und eines elektrischen Initialzünders bzw. elektrischen Detonators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Zünders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen elektrischen Initialzünder bzw. elektrischen Detonator mit elektronischer Verzögerung gemäß einer Ausführungs form zeigt. Wie in der Figur gezeigt, umschließt ein Gehäuse 101 einen Zündkondensator 102 zur Speicherung von Energie, die zum Zünden erforderlich ist, sowie einen elek tronischen Zeitgeber 103, der mit einem Festkörper-Oszillator zur Abgabe eines Abgabe signals nach einer vorher festgesetzten Verzögerungszeit versehen ist, eine Schalteinheit 104, die die Zündenergie überträgt, die durch das Abgabesignal von dem elektronischen Zeitgeber 103 geliefert wird, und eine Zündeinheit 107, die eine Heizvorrichtung 105 und eine Zündladung 106 aufweist und die bei Aufnahme der von der Schalteinheit 104 übermittelten Zündenergie zündet. Der Zündkondensator 102, der elektronische Zeitgeber 103, die Schalteinheit 104 und die Zündeinheit 107 stellen einen elektronischen Ver zögerungszünder gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, dessen Blockdiagramm in Fig. 4 gezeigt ist. Ein Leitungszweig oder Außendraht 108, der ein Paar von Eingangsanschlüssen des Zünders bildet, tritt durch eine Verschlußkappe 109, die zum Verschließen des Gehäuses 101 vorgesehen ist, hindurch und steht aus dem Gehäuse 101 heraus.

Außerdem ist eine Hülse 111, die zur Unterbringung einer Initialzünd-Einheit 110 vor gesehen ist, in der Spitze des Gehäuses 101 angeordnet. In der Hülse 111 ist eine Grund ladung 112 untergebracht, und außerdem wird ein Paar Innenkapseln 114 bereitgestellt, das eine Initial-Zündladung 113 auf der Vorderseite und der Rückseite umschließt. Außer dem ist das hintere Ende der Hülse 111 mit einem Stopfen 115 verschlossen, und die Zündeinheit 107 ist so angeordnet, daß sie in einen napfartigen Hohlraum 116 hineinragt, der an der Spitze des Stopfens 115 vorgesehen ist.

Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt der elektronische Zeitgeber 103 einen Quarz-Oszillator 201, einen Widerstand 202 und Kondensatoren 203 und 204, eine Oszillatorschaltung 205, einen digitalen Zeitgeber 206 und eine Rückstell-Halteschaltung 207, um einen Zähler (nicht gezeigt) in dem digitalen Zeitgeber während der Anstiegszeit zurückzustellen, bis die Oszillatorschaltung 205 in eine stationäre Oszillation eintritt. Die Rückstell-Halteschal tung 207 umfaßt Kondensatoren 208 und 209 und einen Widerstand 210.

Der elektronische Zeitgeber 103 ist so aufgebaut, daß Impulse, die von dem Quarz- Oszillator 201 erzeugt werden, von einer Zählerschaltung gezählt werden, die in den digitalen Zeitgeber 206 eingebaut ist. Ein Ausgangsimpuls wird abgegeben, wenn der Zählerstand einen vorbestimmten Wert erreicht. Außerdem ist der elektronische Zeitgeber 103 mit der Zündeinheit 107, die den Widerstand (Heizvorrichtung) 105 und die Zündla dung 106 umfaßt, über die Schalteinheit 104 verbunden. Die Schalteinheit 104 umfaßt einen Thyristor 211, der durch den Ausgangsimpuls von dem elektronischen Zeitgeber 103 ausgelöst wird und die Zündenergie, die in dem Zündkondensator 102 gespeichert ist, an die Zündeinheit 107 überträgt. Die Verzögerungszeit des elektronischen Zeitgebers 103 kann bestimmt werden durch Ändern des Soll-Werts des Zählerstands des digitalen Zeitgebers 206.

Eine Signal-Eingangseinheit des elektronischen Verzögerungszünders, ein Bypass-Wider stand 214 und die Eingangsseite eines Gleichrichters 215 sind zwischen den Eingangs anschlüssen 212 und 213 miteinander verbunden. Der Zündkondensator 102 und ein Entladungswiderstand 43 sind miteinander zwischen beiden Enden an der Ausgangsseite des Gleichrichters 215 verbunden. Der Bypass-Widerstand 214 dient dazu, zu verhindern, daß der Zündkondensator 102 mit einer Spannung aufgrund eines Streustroms am Spreng ort bis zum Zünden geladen wird, und um die Sprengspannung in gewissem Ausmaß einheitlich für die Aufbringung auf den Gleichrichter 215 zu teilen, wenn eine Mehrzahl von elektronischen Verzögerungszündern zum Sprengen in Reihe geschaltet ist. Der Gleichrichter 215 dient dazu, den Zündkondensator 102 mit einer Sprengenergie zu laden, die eine vorbestimmte Polung aufweist, und zwar ungeachtet der Polung der Spreng energie, die zwischen den Eingangsanschlüssen 212 und 213 angelegt ist. Ein Entladungs widerstand 216 dient dazu, Ladung in dem Zündkondensator 102 zu entladen, wenn die Sprengung unterbrochen wird, oder dergleichen.

Eine Reihenschaltung der Zündeinheit 107 und der Schalteinheit 104, die eine Steuerelek trode aufweist, ist mit beiden Enden des Zündkondensators 102 verbunden. Außerdem ist die Eingangsseite eines Spannungsreglers 217 mit beiden Enden des Zündkondensators 102 verbunden, und die Ausgangsseite des Spannungsreglers 217 ist mit dem digitalen Zeitgeber 206 verbunden.

Der digitale Zeitgeber 206 weist den grundlegenden Aufbau auf, daß er die Oszillator schaltung 205, einen Zähler zum Zählen der Oszillations-Abgabe und eine Koinzidenz- Nachweisschaltung zum Nachweis der Koinzidenz des Zählwerts des Zählers mit einem Sollwert umfaßt. Noch genauer gesagt, kann der digitale Zeitgeber 206 einen Aufbau haben, wie er beispielsweise gezeigt ist in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 79,797/1993.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel, in dem ein digitaler Zeitgeber in Form einer integrierten Schaltung ausgebildet ist. Anschlüsse (1) und (2) des digitalen Zeitgebers 206 sind mit einem Paar Ausgangsanschlüssen des Spannungsreglers 217 verbunden. Ein Quarz- oder Keramik-Oszillator 201 ist mit den Anschlüssen (3) und (4) verbunden. Die Anschlüsse (3) und (4) sind mit einem Erdungsanschluß bzw. Masseanschluß (2) über die Kondensato ren 203 und 204 verbunden. Dreizehn Einstell-Anschlüsse sind mit dem Masseanschluß (2) verbunden. Ein Anschluß (6) ist mit dem Gate des Thyristors 211 verbunden. Ver schiedene Werte, die einer gewünschten Verzögerungszeit entsprechen, können in der Weise eingestellt werden, daß man selektiv die dreizehn Einstell-Anschlüsse von dem Erdungs- bzw. Masseanschluß (2) trennt.

Die Oszillatorschaltung 205 umfaßt den Oszillator 201, den Rückkopplungs-Widerstand 202 und eine interne Schaltung des digitalen Zeitgebers 206. Die Oszillationsabgabe der Oszillatorschaltung 205 wird von einem internen Zähler gezählt. Dann, wenn der Zähl wert des Zählers mit dem Sollwert übereinstimmt, wird eine Koinzidenznachweis-Abgabe von der internen Koinzidenznachweis-Schaltung an einen Anschluß (6) abgegeben und so der Thyristor 211 eingeschaltet. Dadurch wird die in dem Zündkondensator 102 gespei cherte Sprengenergie an die Zündeinheit 107 abgegeben und so die Zündladung 106 gezündet.

Wenn so die Zündladung 106 gezündet wird, wird Hitzeenergie an die Initial-Zündeinheit 110 geliefert, wird die Initial-Zündladung 113 gezündet und explodiert anschließend die Grundladung 112. Die Grundladung 112 und die Initial-Zündladung 113 können von herkömmlicher Natur sein und sind solche Ladungen, wie sie im Stand der Technik verwendet wurden. Die Grundladung kann Tetryl, Penthrit und dergleichen sein, und die Initial-Zündladung kann Diazodinitrophenol, Bleiazid und dergleichen sein.

Wie oben beschrieben, ist es deswegen, weil die Spannungsabgabe aus dem Spannungsreg ler 217 die Oszillatorschaltung 205 und den digitalen Zeitgeber 206 betreibt, normalerwei se erforderlich, daß die Ausgangsspannung 2,5 bis 5 V ist. Ein kleinerer Wert dieser Spannung ist im Hinblick auf die Größe bzw. das Design der Anlage bevorzugt, da der Verbrauch der in dem Zündkondensator 102 gespeicherten Energie reduziert wird. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsspannung des Spannungs reglers 217 auf 2,5 V festgelegt. Um die Ausgangsspannung zu erhalten, ist es erforder lich, eine Spannung von wenigstens 2,8 V als Eingangsspannung anzulegen. Daher muß die Spannung zum Beladen des Zündkondensators 102 zum Testen der Zündschaltung über 2,8 V liegen. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform wird eine Spannung von 3,0 V zum Test der Zündschaltung angewendet.

Außerdem wird festgelegt, daß die Spannungssicherheit über 2 V liegt und die Mindest spannung für den Zündvorgang über 5 V liegt. Mit anderen Worten: Die Zündenergie soll (1/2) × 5² × C₀ = 12,5 × C₀ sein.

Die Mindest-Zündenergie wird bestimmt durch die Kombination der Heizvorrichtung und der Zündladung. Die Heizvorrichtung kann aus einem Platin-Iridium-Draht (Pt/Ir-Draht), einem Ni-Cr-Draht oder dergleichen bestehen, und der Durchmesser des Drahts wird variiert und damit verschiedene Widerstände der Heizvorrichtung erhalten.

Tabelle 1 zeigt die speziellen Angaben zur Zündeinheit, wenn Elektrolyt-Kondensatoren mit C₀ von 470 µF und 1.000 µF verwendet werden. Die Test-Temperatur war Normal temperatur (30°C).

Zum Vergleich wurde eine Zündeinheit gebaut, die eine Mindest-Zündenergie von etwa (1/2) × 3² × C₀ = 4,5 × C₀ aufwies. Die Testergebnisse dieser Einheit sind in Tabelle 1 gezeigt.

Anmerkungen zu Tabelle 1

(*1): Spannungsdifferenz zwischen der Ladespannung [(2E₂/C₀)^1/2] des Zündkondensa tors, die der Mindest-Zündenergie (E₀) entspricht, und der Zündschaltungs-Test spannung (3 V).

(*2): Spannungsdifferenz zwischen der Ladespannung (15 V) des Zündkondensators beim Sprengen und der Ladespannung des Zündkondensators, die der Mindest-Zündenergie entspricht.

Die Zündschaltung des elektrischen Initialzünders mit elektronischer Verzögerung unter Verwendung der Initial-Zündeinheit gemäß der in Tabelle 1 gezeigten Spezifikation wurde getestet, indem man den Zündkondensator auf 3 V lud. Die einzelnen Ausführungsformen wurden mit ausreichend großer Spannungssicherheit (mehr als 4 V) getestet. In Ver gleichsbeispiel 1 wurden jedoch alle Proben bei den Zündkreislauf-Tests gezündet. Außer dem trat auch bei Vergleichsbeispiel 2 ein Zünden im Verhältnis von einem zu zwei Malen ein.

Außerdem wurde ein Initial-Zündtest der getesteten elektrischen Initialzünder mit elek tronischer Verzögerung bei den einzelnen Ausführungsformen durchgeführt, indem man den Zündkondensator auf 15 V lud. Eine positive Initialzündung wurde in allen Fällen selbst bei einer Verzögerungszeit von 8 s festgestellt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten elektronischen Verzögerungszünder, der einen Zündkon densator 102 mit einer Kapazität von 1.000 µF und eine Heizvorrichtung 105 der Zünd einheit 107 umfaßte, die aus einem Pt-Ir-Draht mit einem Durchmesser von 30 µm hergestellt war (0,7 Ω), wurden verschiedene Zündladungen der vorliegenden Erfindung als Zündladung 106 verwendet und dem Initial-Zündtest unterworfen. In der vorliegenden Ausführungsform wurde auch die Ausgangsspannung der Konstant-Spannungsschaltung 217 auf 2,5 V festgelegt. Der Zünder wurde hinsichtlich der Zündschaltung bei einer Spannung von 3,0 V getestet.

Außerdem wurde auch ein Initial-Zündtest unter Verwendung einer Zündladung des Sb-Kaliumperchlorat-Typs und einer Zündladung des Bleirhodanat-Kaliumchlorat-Typs als Zündladung 106 durchgeführt. In diesem Initial-Zündtest wurde die Präzision der Initial- Zündzeit gemessen (Zahl der Wiederholungen: n = 50). Die Aufbringungsspannung wurde auf 15 V festgesetzt, und die Referenzzeit wurde auf 1.000, 4.000 bzw. 8.000 ms festgesetzt. Die Ergebnisse der Zeit-Präzisions-Tests sind als Bereich der Abweichung in Tabelle 2 gezeigt.

Bleistyphnat, wie es in den Ausführungsformen verwendet wurde, wurde in der Weise hergestellt, daß man die Verfahrensweise anwendete, in der Styphninsäure warmem Wasser und kaustischer Soda unter Erhalt des Natriumsalzes zugesetzt, der pH-Wert mit kaustischer Soda auf 10 bis 11 eingestellt und Bleinitrat zugesetzt wurde und das Produkt mit kaltem Wasser gewaschen wurde.

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurde dann, wenn die Zündladung gemäß der vor liegenden Erfindung verwendet wurde, eine Präzision innerhalb des Bereichs von ± 0,5 ms erhalten, und zwar ungeachtet der Referenzzeit. Über alle Versuche gesehen, sind Bleistyphnat und DDNP/KClO₃ (50/50) im Hinblick auf die Präzision besonders bevor zugt. Darüber hinaus führt die Verwendung von basischem Bleistyphnat zu einer Präzision von weniger als ± 1 ms und ist daher am meisten bevorzugt.

Die Vergleichsbeispiele, in denen eine herkömmliche Zündladung verwendet wurde, waren in Bezug auf die Präzision den Ausführungsformen der Erfindung um eine Zehner stelle unterlegen.

In den oben angegebenen Ausführungsformen wurden Beispiele des Zünders bzw. des Initialzünders gezeigt. Es erübrigt sich, festzustellen, daß der Aufbau nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist. Beispielsweise kann der Zünder ein Zünder sein, der einen digitalen Zeitgeber aufweist, der mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist und in der Lage ist, die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen. Außerdem ist der Aufbau des Initialzünders, der auf dem Zünder basiert, der mit der Initial-Zündeinheit versehen ist, nicht speziell beschränkt, sondern kann ein Initialzünder sein, der eine Initial-Zündeinheit aufweist, bei der die Initialzündung dadurch erfolgt, daß man die Zündladung zündet. In diesem Fall bedeutet die Initial-Zündeinheit eine Einheit, die wenigstens eine Initial-Zündladung und - sofern erforderlich - eine Grundladung aufweist.

Der elektronische Verzögerungszünder und der elektrische Initialzünder gemäß der vorliegenden Erfindung können sicher und positiv in Bezug auf den Zündkreislauf in Form des Produktes getestet werden, können für ein zuverlässiges Initial-Zündsystem sorgen, können einen kompakten Aufbau des Zünders ermöglichen, wie er für den Markt akzepta bel ist und ermöglichen außerdem durch Verwendung einer speziellen Substanz als Zündladung eine Präzision der Zündzeit von ± 0,5 ms. Hierdurch wird Präzision und zuverlässige Steuerung der Sprengung ermöglicht.

Claims

1. Elektronischer Verzögerungszünder, umfassend:

- einen Zündkondensator (102) zur Speicherung von für die Zündung erforderlicher Energie unter Anlegen einer Spannung von einer externen Energiequelle;
- eine elektronische Zeitgeber-Einheit (103), die mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist, der durch die Energie betrieben wird, die in dem Zündkondensator (102) gespeichert ist, zur Abgabe eines Abgabe-Signals nach einer vorgewählten Verzögerungszeit;
- eine Schalteinheit (104) zur Übertragung der durch das Abgabe-Signal gelieferten Zündenergie; und
- eine Zündeinheit (107) mit einer Zündladung (106), die bei Empfang der durch die Schalteinheit (104) übertragenen Zündenergie zündet, wobei die mittels der exter nen Energiequelle angelegte Spannung einen Spannungs-Anlagebereich aufweist, in dem der elektronische Zeitgeber (103) zur Auslösung der Schalteinheit (104) betrieben wird, jedoch die Zündladung (106) nicht zündet, selbst wenn die Energie aus dem Zündkondensator (102) erhalten wird.

2. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 1, worin die Mindest-Zündenergie der Zündeinheit (107) über 12,5 C₀ Joule liegt, worin die Kapazität des Zündkondensators (102) des elektronischen Zeitgebers (103) C₀ F ist.

3. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Kapazität C₀ des Zündkondensators (102) 400 × 10^-6 bis 1.200 × 10^-6 F ist.

4. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 1 bis 3, worin die Zündladung (106) als wirksame Bestandteile enthält:

5. Elektronischer Verzögerungszünder, umfassend:

- einen Zündkondensator (102) zur Speicherung von für die Zündung erforderlicher Energie unter Anlegen einer Spannung von einer externen Energiequelle;
- eine elektronische Zeitgeber-Einheit (103), die mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist, zur Abgabe eines Abgabe-Signals nach einer vorgewählten Ver zögerungszeit;
- eine Schalteinheit (104) zur Übertragung der durch das Abgabe-Signal gelieferten Zündenergie; und
- eine Zündeinheit (107) mit einer Zündladung (106), die bei Empfang der durch die Schalteinheit (104) übertragenen Zündenergie zündet, wobei die Zündladung als wirksame Bestandteile enthält:
- (a) wenigstens eine Verbindung, die gewählt ist aus der aus Bleistyphnat, Diazodinitrophenol, Tetracen, Silberazid und Bleiazid bestehenden Gruppe;
- (b) eine Mischung aus Diazodinitrophenol und Kaliumchlorat;
- (c) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat; oder
- (d) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexacyano ferrat und Kaliumhexacyanocobaltat und wenigstens einer der Verbindun gen Kaliumperchlorat und Kaliumbichromat.

6. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 5, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) basisches Bleistyphnat ist.

7. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 6, worin das basische Bleistyphnat in Form von Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 150 µm vorliegt.

8. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 5, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat ist und das Gewichtsverhältnis beider Substanzen im Bereich von 4 : 6 bis 6 : 4 liegt.

9. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 5, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat ist und das Gewichtsverhältnis beider Substanzen im Bereich von 3 : 7 bis 6 : 4 liegt.

10. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 5, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexa cyanoferrat und Kaliumhexacyanocobaltat mit Kaliumperchlorat ist und das Gewichts verhältnis beider Substanzen im Bereich von 3 : 7 bis 5 : 5 liegt.

11. Elektronischer Verzögerungszünder nach Anspruch 5, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexa cyanoferrat und Kaliumhexacyanocobaltat mit Kaliumbichromat ist und das Gewichts verhältnis beider Substanzen im Bereich von 1 : 9 bis 4 : 6 liegt.

12. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung, umfassend:

- einen Zündkondensator (102) zur Speicherung von für die Zündung erforderlicher Energie unter Anlegen einer Spannung von einer externen Energiequelle;
- eine elektronische Zeitgeber-Einheit (103), die mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist, der durch die Energie betrieben wird, die in dem Zündkondensator (102) gespeichert ist, zur Abgabe eines Abgabe-Signals nach einer vorgewählten Verzögerungszeit;
- eine Schalteinheit (104) zur Übertragung der durch das Abgabe-Signal gelieferten Zündenergie;
- eine Zündeinheit (107) mit einer Zündladung (106), die bei Empfang der durch die Schalteinheit (104) übertragenen Zündenergie zündet; und
- eine Initial-Zündeinheit (110), die die Explosion initiiert, indem sie die Zündla dung (106) zündet, wobei die mittels der externen Energiequelle angelegte Span nung einen Spannungs-Anlagebereich aufweist, in dem der elektronische Zeitgeber (103) zur Auslösung der Schalteinheit (104) betrieben wird, jedoch die Zündladung (106) nicht zündet, selbst wenn die Energie aus dem Zündkondensator (102) erhalten wird.

13. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach Anspruch 12, worin die Mindest-Zündenergie der Zündeinheit (107) über 12,5 C₀ Joule liegt, worin die Kapazität des Zündkondensators (102) des elektronischen Zeitgebers (103) C₀ F ist.

14. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, worin die Kapazität C₀ des Zündkondensators (102) 400 × 10^-6 bis 1.200 × 10^-6 F ist.

15. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin die Zündladung (106) als wirksame Bestandteile enthält:

16. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung, umfassend:

- einen Zündkondensator (102) zur Speicherung von für die Zündung erforderlicher Energie unter Anlegen einer Spannung von einer externen Energiequelle;
- eine elektronische Zeitgeber-Einheit (103), die mit einem Festkörper-Oszillator versehen ist, zur Abgabe eines Abgabe-Signals nach einer vorgewählten Ver zögerungszeit;
- eine Schalteinheit (104) zur Übertragung der durch das Abgabe-Signal gelieferten Zündenergie;
- eine Zündeinheit (107) mit einer Zündladung (106), die bei Empfang der durch die Schalteinheit (104) übertragenen Zündenergie zündet; und
- eine Initial-Zündeinheit (110), die die Explosion initiiert, indem sie die Zündla dung (106) zündet, wobei die Zündladung als wirksame Bestandteile enthält:
- (a) wenigstens eine Verbindung, die gewählt ist aus der aus Bleistyphnat, Diazodinitrophenol, Tetracen, Silberazid und Bleiazid bestehenden Gruppe;
- (b) eine Mischung aus Diazodinitrophenol und Kaliumchlorat;
- (c) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat; oder
- (d) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexacyano ferrat und Kaliumhexacyanocobaltat und wenigstens einer der Verbindun gen Kaliumperchlorat und Kaliumbichromat.

17. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach Anspruch 16, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) basisches Bleistyphnat ist.

18. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach Anspruch 17, worin das basische Bleistyphnat in Form von Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 150 µm vorliegt.

19. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach Anspruch 16, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat ist und das Gewichtsverhältnis beider Substanzen im Bereich von 4 : 6 bis 6 : 4 liegt.

20. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach Anspruch 16, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) eine Mischung aus Zirkonium und Kaliumperchlorat ist und das Gewichtsverhältnis beider Substanzen im Bereich von 3 : 7 bis 6 : 4 liegt.

21. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach Anspruch 16, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexacyanoferrat und Kaliumhexacyanocobaltat mit Kaliumperchlorat ist und das Gewichtsverhältnis beider Substanzen im Bereich von 3 : 7 bis 5 : 5 liegt.

22. Elektrischer Initialzünder mit elektronischer Verzögerung nach Anspruch 16, worin der wirksame Bestandteil der Zündladung (106) eine Mischung aus wenigstens einer der Verbindungen Kaliumhexacyanoferrat und Kaliumhexacyanocobaltat mit Kaliumbichromat ist und das Gewichtsverhältnis beider Substanzen im Bereich von 1 : 9 bis 4 : 6 liegt.