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Vorrichtung zur Dämmung des Knalls und der Druckwelle von Detonationen
Die Erfindung betrifft eine haibgeschlossene Vorrichtung zur Dämmung des Knalls
und der Druckwelle von Detonationen, die sich insbesondere für Prüfungen und Arbeiten
unter Explosionsbedingungen unter Verwendung von großen Mengen Sprengstoff eignet.
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Bei der Prüfung von Sprengstoffen oder bei der Explosionsumformung
oder -verformung, z.B. beim Explosionsverbinden oder Explosionshärten, unter Verwendung
einer großen Explosivstoffmenge wird zuweilen ein Sprengstoff auf einmal in einer
Menge bis zu mehreren hundert Kilogramm verwendet.
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Die Explosion einer so großen Sprengstoffmenge wirft Probleme auf.
Beispielsweise werden die Gebäude in der Nähe des Explosionsortes durch die Explosionsdruckwellen
beschädigt, und der durch die Detonation erzeugte Knall stellt eine Belästigung
der Bevölkerung dar.
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Aus diesem Grunde wurden diese Arbeiten bisher an einem Ort weitab
von Wohnbezirken durchgeriihrt, oder es wurde
versucht, die Explosionsdruckwelle
oder -schockwelle und den Knall dureh Bedecken der Dämpfungsvorrichtung, in der
die Explosion stattfLndet, mit Erde abzuschwächen. Die Wahl des Ortes, an dem die
Explosionsumformung oder dgl. durch geführt wird, unterliegt jedoch Beschränkungen,
wenn man den Transport der zu bearbeitenden Metallmaterialien berUcksichtigt, weil
bei dieser Bearbeitung oder Verformung das Gewicht des metallischen Werkstoffs,
z.B. Stahl, mehrere zehn bis mehrere hundert Tonnen erreicht. Ferner hat die Methode
der Abschwächung der Druckwelle und des Knalls durch Verwendung eines Abdeckmaterials
eine ungenUgende praktische Wirkung, wenn die verwendete Sprengstoffinenge ein Gewicht
bis zu mehreren zehn Kilogramm oder nehr hat.
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Bezüglich der Abschwächung der Druckwellen und des Knalls, die beider
Detonation von Sprergstoffen erzeugt werden, wurden bereits einige Vorschläge gemacht.
Beispielsweise beschreibt die japanische Patentschrift 542; 285 die Verwendung eines
halbverschlossenen schalldichten Behälters, und die USA-Patentschrift 3 377 756
schlägt ein Verfahren vor, bei dem die Explosion in einem Tunnel durchgeführt wird,
der mit einem beazeglichen Stopfen verschlossen ist, und £n den Wasser gesprüht
wird. Die erstgenannte Methode hat Jedoch eine Reihe von praktischen Nachteilen,
wenn die verwendete Sprengstorfmenge größer ist als mehrere zehn Kilogramm, weil
ein übermäßig hoher Druck auf den Verschlußdeckel des Behälters einwirkt, wenn auch
der Behälter für ein teilweises Explosionsverbinden oder eine ähnliche Explosionsumformung
bei Verwendung von weniger als 10 kg Sprengstoff ausreichend sein mag. Bei der letztgenannten
Methode, bei der die Explosion in einem Tunnel durchgeführt wird, kann zwar der
Tunnel so ausgelegt und konstruiert werden, daß eine große Menge Sprengstoff darin
zur Explosion gebracht werden kann, jedoch ist die Verwirklichung eines Tunnels,
der allen Anforderungen genügt, schwierig, da die Festigkeit des Tunnels durch die
Wahl des Ortes und die Art und Beschaffenheit des
Gesteins am gewählten
Ort begrenzt ist und außeroem die Baukosten übermäßig hoch sind.
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Für eine Umformung oder Verformung, z.B. die Explosionsumformun>,
deren Haiiptziel die "Produktion" dst, ist die wirksame Durchführung der Verformung
ein wichtiger Faktor. Hierbei ist es wünschenswert, die Umformung oder Verformung
an einem Ort in der Nähe des Verbrauchsortes der durch die Oxplosionsumformung hergestallten
Materialien durchzuführen, und die Verwendung einer insbesondere an beliebigem Ort
installierbaren Dämpfungskonstruktion als Mittel zum Erreichen dieses Ziels ist
vorzuziehen.
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Die Durchführung der Explosionsverformung in einer solchen Konstruktion
hat den weiteren Vorteil, daß der Wirkungsgrad der Umformung oder Verformung nicht
durch die Witterungsbedingungen beeinflußt wird, wie dies beim Arbeiten an der freien
Luft der Fall ist. Die verwendete Konstruktion muß jedoch so beschaffen sein, daß
sie einen sehr gro3en Luftraum oder sehr große Druckfestigkeit aufweist. Dies ist
dadurch bedingt, daß der durch die Detonation erzeugte Drucks ungeheuer hoch ist
und beispielsweise bei der Detonation von etwa 500 kg sprengstoff bei 100 bis 400
kg/cm2 an einer Stelle im Abstand von 4m von der Detonationsstelle, aber nur noch
30 bis 70 kg/ cm2 an einer Stelle im Abstand von 8m vom Detonationsort bet;rlgt.
Wann die Konstruktion im wesentlichen verschlossen ist, sind der Grad der Beschädigung
und die Verschiebung der Konstruktion als Folge der Detonation eines Sprengstoffs
darin proportional dem Stoß oder Schock (Wert des Drucks integriert mit der Zeit)
sowie dem maximalen Druck, der auf die Innenwand der Konstruktion zur Einwirkung
kommt. Dieser Stoß oder Schock ist am größten, wenn die Konstruktion vollstandig
verschlossen ist, wird jedoch sehr gering bei einer sog. halbverschlossenen Konstruktion,
die einige Öffnungen in ihrer Wand aufweist.
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Für eine wirtschaftliche Herstellung von Dämpfungskonstruktionen
ist
daher eine halbverschlossene Konstruktion vom Standpunkt der haltbarkeit aus vorzuziehen,
andererseits sollte die Fläche der Öffnungen im hinblick auf den Dämpfungseffekt
möglichst klein sein. Ferner ist es bei gleicher Gesamtfläche der Öffnungen vom
Standpunkt des Dämpfungseffektes vorzuziehen, Öffnungen von geringer Fläche zu verteilen,
anstelle diese Öffnungen an einer Stelle zu konzentrieren. Dies ist auch vom Standpunkt
der Abschwächung der Druck- oder Schockwelle vorteilhaft, Bei der vorstehend beschriebenen
Anordnung wird der Dämpfungseffekt groß, weil bei der Schallschluckung durch ein
Rohr der Wirkungsgrad der Schallschlukkung des Rohrs mit kleiner werdendem Durchmesser
des Rohrs steigt. Wenn r der Radius des Rohres und f die Frequenz der Schallwelle
darstellt, wird im Bereich von r < 0,4 der Wirkungsgrad der Schallschluckung
ß = 0,65 #f/r. Ferner wird der Impuls abgeschwächt, weil bei DurchrUhrung der Detonation
in der Konstruktion der Explosionsdruck auf die Wände der Konstruktion nicht gleichmäßig
und mit Zeitverzögerung zur Einwirkung kommt und durch die Anordnung der Öffnungen
in verteilter Weise das Auftreten anormaler Beanspruchungen in der Konstruktion
vermieden wird.
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Wirksam ist ferner die Abschwächung des Explosionsknalls durch Anordnung
von Schalidämpfern an jeder Öffnung (wie beispielsweise auf Seite 78 des in Japan
herausgegebenen Journal of the Industrial Explosive Association, Jahrgang 29, 1968,
beschrieben). Bei dieser Arbeitsweise muß jedoch der Schalldämpfer genügend robust
und einfach konstruiert sein, weil die Geschwindigkeit des durch die OfRnung austretenden
Gases bis zu 2000 m/Sekunde erreicht, wenn die verwendete Sprengstoffmenge hoch
ist. Vorzugsweise wird ein Rohr als einfachstes und wirksamstes Schalldampfungsmlttel
verwendet. Die Wirkung der Schalldämpfung durch ein Rohr wird mit zunehmender Frequenz
des Schalls und kleiner werdendem Durchmesser des Rohrs im allgemeinen größer, jedoch
ist auch die Lange des Rohres wichtig. Sie sollte wenigstens das 1,0-fache der Schallwellchlänge
betragen. Die Frequenz des Explosionsknalls in der Nähe eines Explosionsortes beträgt
120 bis 400 112. Zur
Dämpfung des Knalls werden daher 1000 mm als
die erforderliche Mindestlänge des Rohres angesehen.
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Die vorstehend. beschriebene Konstruktion ist eine Art explosionsfester
Konstruktion, bei der die Druckfestigkeit mit ihrem Gewicht im allgemeinen zunimmt.
Wenn die gesamte Konstruktion zur Steigerung ihres Gewichts aus Stahl hergestellt
werden soll, muß das veriendete Stahlblech extrem dick sein, so daß die Herstellungskostem
äußerst hoch werden. Es ist daher- zweckmäßiger,-die Stahlkonstruktion von außen
mit einer Beton- oder Erdschicht so abzudecken, daß der Druck der Beton- oder Erdschicht
auf die Konstruktion zur Einwirkung kommt und das Gewicht und die Druckfestigkeit
der Konstruktion wesentlich gesteigert werden. Dieses Vcrgehen hat den weiteren
Vorteil, daß die Ermüdung des Stahls stark verringert wird, ca die Vibration der
Wand der Konstruktion sehr schnell au.CJ klingt. Die Beton- oder Erdschicht schwächt
ferner wirksam den sogenannten Sekundärknall ab, der durch das Stahlmaterial in
die Atmosphäre austritt.
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Vom Standpunkt des Gewichts kann festgestellt werden, daß ein verstärkter
Beton oder eine PC-Betonkonstruktion ebenfalls wirksam sind, jedoch nicht als bleibende
oder permanente Konstruktinn, die bei wiederholten Detonationen haltbar ist, verwendet
werden können, da die primären Impulswellen zum Zeitpunkt der Detonation eine Abtrennung
der Oberflächenschicht aus Beton zu verursachen pflegen. Daher ist es zur Verhina
derung der Abtrennung des Betons ferner vorteilhaft, über der Innenfläche der Konstruktion
ein Stahlblech anzuordnen, das die Explosionsimpulswellen direkt aufnimmt. Im Falle
einer halbverschlossenen Dämpfungskonstruktion hat die Verwendung von Stahl als
Innenschicht den weiteren Vorteil, daß die Konstruktion mit einer Festigkeit ausgelegt
werden kann, die größer als die Endfestigkeit oder Auslegungsfestigkeit des Stahls
und soriiit wirtschaftlicher ist, weil die Festigkeit von Stahl gegen einen kurzzeitig
darauf einwirkenden Drucke z.B. einen Explosionsstoß, im allgemeinen erheblicher
größer
ist, als seine Nennfestigkeit, Die Erfindung betrifft demgemäß
eine haibgeschlossene Vorrichtung zur Schall- und Druckdämpfung der genannten Art,
die bei Verwendung fUr die Expiosionsumformung oder -verformung oder bei der Sprengstoffprüfung
unter Verwendung von großen Sprengstoffmengen Gefahren ausschließt, die durch die
StoB-oder Schockwellen oder durch umherfliegende Stücke entstehen können, die bei
der Detonation des Sprengstoffs erzeugt werden, und die weiterhin in der Lage ist,
die Belästigung der Öffentlichkeit durch den Explosionsknall auszuschalten und den
Arbeitswirkungsgrad zu steigern.
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Die halbgeschlossene Dämpfungskonstruktion gemäß der Erfindung ist
für die Abdeckung mit einer Erd- oder Betonschicht geeignet wnd besteht aus einer
hohlen Trommel aus Stahl, einem Tunnel fUr die Zuführung der Werkstoffe und wenigstens
einem mit der Trommel verbundenen P.ohr, das eine Länge von wenigstens 1000 mm hat
und als Dämpfer wirksam ist.
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Bei dieser Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht die Trommel, die
die Explosionsdruckwellen oder -schockwellen direkt auf ihrer Innenseite aufnimmt,
aus Stahl. Ein Tunnel fUr die EinfUhrung des Werkstoffs und wenigstens ein Rohr,
das den Impuls oder die Druckvielle abschwächt und als Schalldämpfer wirksam ist,
sind mit der Trommel verbunden. Diese Vorrichtung ist außen von einer Erd- oder
Betonschicht bedeckt, wodurch die Festigkeit der Konstruktion in einem solchen Maße
gesteigert wird, daß mehrere zehn bis mehrere hundert Kilogramm Sprengstoff gefahrlos
und ohne die Ubliche Belästigung der Öffentlichkeit zur Detonation gebracht werden
können.
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Im Vergleich zu den bisher vorgeschlagenen Dämpfungsvorrichtungen
dieser Art hat die Dämpfungskonstruktion gemäß der Erfindung die Vorteile, daß ihre
Herstellungskosten sehr niedrig sind und daß bei Durchführung routinemäßiger Umformung
oder Verformung für Produktionszwecke, z.B. einer Explosionsverformung,
der
Arbeitswirkungsgrad stark gesteigert werden kann.
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Die Erfindung rann in verschiedener WeiCJe ausgestaltet sein.
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Einige Ausführungsformen werden nachstehend als Beispiele in Verbindung
mit den Abbildungen beschrieben.
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Figuren 1, 2 und 3 zeigen als Beispiel eine Konstruktion, die bei
den Versuchsarbeiten im Rahmen d Erfindung verwendet wurde. Hierbei Ist in Figur
1 ein Längsschnitt durch eine a;.s Stahl hergestellte verschlossene Konstruktion,
Figur 2 eine Seitenansicht der in Fig 1 dargestellten Konstruktion, jedoch mit daran
angeschlossenen Dämpfungsrohren gezeigt und Figur 3 ein Querschnitt durch eine Dämpfungskonstruktion
mit einer Deckschicht aus Beton, wobei die Konstruktion von Fig. 2 im Schritt längs
der Linie III-III von Fig. 2 dargestellt ist.
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Figur 4 zeigt als Längsschnitt und Seitenansicht einen Teil der inneren
Stahlkonstruktion einer Ausführungsform der halbgeschlossenen Dämmvorrichtung gemäß
der Erfindung.
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Figur 5 zeigt im Querschnitt eine Vorderansicht der vollständigen
halbgeschlossenen Dämmvorrichtung, wobei der in ig. 4 dargestellte Stahlkonstruktionsteil
im Boden eingebettet und längs der Linie V-V von Fig. 4 dargestellt ist.
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Figur 6 zeigt im Längsschnitt eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform
einer halbgeschlossenen Dämmvorrichtung gemäß der Erfindung im gebrauchsfertigen
Zustand.
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Figur 7 zeigt im Querschnitt eine Vorderansicht der Konstruktion längs
der Linie VII-VII von Fig. 6.
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Im Folgenden werden einige Ausführungen im Rahmen der Erfindung beschrieben.
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D:ie E.ls senkrechter Schnitt und Seitenansicht in Fig. 1 dargestellte
verschlossene Stahlkonstruktion besteht aus einer ylindrischen Trommel 1 unter Stirnwänden
2 i;nd 2'. Die zylindrische Trommel hat eine Wandstärke von 18 mm, einen Innendurchmesser
von 700 mm und eine Länge von 1200 ;nm, Die Stirnwände 2 und 2' haben eine Dicke
von je 25 mm und eine Querschnittsform, die der Hälfte einer Ellipse nut einen Verhältnis
der größeren Achse zur kleineren Achse von 2 : 1 entspricht. Die Stirnwand 2 ist
an die zylindrische Trommel l geschweißt, während die Stirnwand 2' mit Schrauben
3 an der zylindrischen Trommel 1 befestigt ist. Die zylindrische Trommel 1 und die
Stirnwände 2 und 2' bestehen sämtlich aus dem in den japanischen Industrienormen
spezifizierten Stahlblech SB42B.
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Innerhalb der in der beschriebenen Weise ausgebildeten Konstruktion
ist eir;e Sandschicht 4 mit einer maximalen Tiefe von 170 mm angeordnet. ein schichtförmiger
Sprengstoff 6 ist auf eine Stahiplatte 5 gelegt, die eine Dicke von 25 mm hat und
auf der Sandschicht aufliegt. Die Anordnung ist so getroffen, daß der schichtförmige
Sprengstoff durch einen elektrischen Zünder 7 zur Detonation gebracht wird.
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Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellte Stahlkonstruktion als Seitenansicht
mit Dämpfungsrohren 8, die mit der zylindrischen Trommel verbunden sind. Diese Dämpfungsrohre
dienen
zur Abschwächung der Explosionsdruckwellen oder -schockwellen
und des durch die Detonation erzeugten Knalls. Sie sind an der Oberseite der zylindrischen
Trommel 1 an zwei Stellen und an jeder Seite der zylindrischen Trommel an je drei
Stellen in einer Höhe vorgesehen, die mit der- Achse der zylindrischen Trommel zusammenfällt.
Die Rohre haben einen Durchmesser von 75 mm und werden in drei Längen von 700, 1200
bzw. 2000 mm wahlweise verwendet und austauschbar mit der zylindrischen Trommel
an Flanschen verbunden.
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Ferner sind Dehnungsmeßstreifen S1, S2 und S3 an der Trommelwand an
Stellen, die durch die Dreiecke gekennzeichnet sind, befestigt, um die in der Wand
der- Trommel auftretenden Beanspruchungen zu messen.
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Figur 3 zeigt den Querschnitt einer Vorderansic?-tit. der in Fig.
2 dargestellten Konstruktion, die außen' mit Beton bedeckt und mit Rohren von 2
m Länge versehen ist. In dieser Abbildung bezeichnet die Bezugsziffer 9 einen bewehrten
Beton, der die Konstruktion ringsum einschließt und eine Mindestdicke von 800 mm
hat.
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Ein Sprengstoff wurde in der in Fig. 1 dargestellten geschlossenen
Konstruktion (a), in der in Fig. 2 dargestellten, auf dem Erdboden angeordneten
halbgeschlossenen Konstruktion (b) mit den 2000 mm langen Rohren und in der in Fig.
3 dargestellten, mit bewehrtem Beton bedeckten halb geschlossenen Konstruktion (c)
zur Detonation gebracht.
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Die in den Wänden der jeweiligen Konstruktiönen auftrer tenden Belastungen
wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 genannt. Bei diesem Versuch wurden
die Dehnungsmess-Streifeii S1, S2 und S) an den Konstruktionen
(a)
und (b) an den Stellen befestigt, die den in Fig. 2 angedeuteten Stellen entsprechen.
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T a b e l l e 1 In den Wänden der Trommel auftretende maximale Belastungen
in kg/mm2 Stelle Sprengstoffmenge (kg) (a) (b) (c) 0,3 16 14 12 0,6 32 22 39 0,8
41 28 24 S1 ], 2 60 38 30 1,8 - 50 42 o,3 32 8 8 o,6 23 16 14 26 20 17 3,2 37 28
24 1,8 52 40 33 0,3 - - -0,6 5,8 2,8 2,8 S3 0,8 10 3,2 3,0 1,2 33 4,2 4,0 3,8 17
5,9 5,6 Der verwendete Sprengstoff enthielt PETN und Ammoniumnitrat als Hauptbestandteile.
Die Detonationsgeschwindigkeit betrug etwa 3000 m/Sekunde.
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Die Werte in der vorstehenden Tabelle zeigen, daß die in den Wänden
der Trommeln auftretenden Belastungen bei den halbverschlossenen Konstruktionen
(b) und (c) viel geringer sind als bei der geschlossenen Konstruktion (a). Es ist
ferner zu bemerken, daß zwar die Konstruktion (c) gemäß der Erfindung nur
eine
geringe Verminderung der maximalen Belastung im Vergleich zu der Konstruktion (b)
zeigt, daß sie jedoch die Frequenz der Explosionsknalls verringert, und zwar auf
etwa 1/1C der Frequenz im Falle der Konstruktion (a) und auf etwa 1/3 bis ½ der
Frequenz bie der Konstruktion (b). dies ist von großem Vorteil bezüglich der Ermüdung
des Stah]werkstoffs, aus den die jeweiligen Konstruktionen hergestellt sind Keine
wesentlichen Unterschiede wurden hinsichtlich der Belastung und Frequenz bei Verwendung
von Rohren einer Länge von 2000 mm einerseits und einer Rohrlänge von 700 mm oder
1200 mm andererseits festgestellt. Ferner ergibt sich aus den Werten der Tabelle
1, das die Stahlkonstruktion keine bleibende oeformierung trotz der Tatsache zeigten
daß eine Belastung von 60 kg/mm2 oder mehr, die höher ist als die statische Zugfestigkeit
des Stahls, in den Wänden der Konstruktion zur Einwirkung kam. Dies bedeutet nichts
anderes, als daß der Stahl gegen dynamische Impulse eine Festigkeit zeigt, die höher
ist als seine Nennfestigkeit.
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Anschließend wurde der Explosionsknall in einem Abstand von 300 m
von dem Ort, an dem sich Jede Dämpfungsvorrichtung befand, mit einem anzeigenden
Geräuschmesser gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 genannt. In dieser Tabelle
bedeutet dae Spalte, mit der Überschrift im Freien", dass der Sprengstoff auf dem
Erdboden im Freien zur Detonation gebracht wurde. "Halbgeschlossen (ohne Rohre auf
dem Boden) bedeutet, daß der Sprengstoff lediglich in der zylindrischen Trommel
1 der in Flg. 2 dargestellten Konstruktion, die nach dem Abbau der Dämpfungsrohre
8 auf den Boden gelegt worden war, zur De-Detonation gebracht wurde. Das Innere
dieser Trommel bestand somit durch die in ihrer Wand gebildeten Öffnungen mit der
Atmosphäre in Verbindung. "Halbgeschlossen (Rohrlänge 700)" und "Halbgeschlossen
(Rohrlänge 1200)" bedeuten, daß der Sprengstoff in der in Fig. 2 dargestellten Konstruktion
mit Dämpfungsrohren einer Länge von 700 mm und in der gleichen
Konstruktion
mit Dämpfungsrohren von 3200 mm zur Detonation gebracht wurde.
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T a b e l l e 2 Vergleich des Explosionsknalls (Einheiten: db) Sprengstoffmenge,
kg 0,] 0,3 0,6 0,8 1,2 1,8 2,6 im Freien 124 128 129 130 130 132 134 Halbverschlossen
(ohne Rohre auf dem Boden) 93 99 103 107 109 112 114 Halbverschlossen (Rohrlänge
700) 92 99 100 105 106 110 111 (Rohrlänge 1200) 90 92 94 96 98 102 104 (Rohräange
2000) Konstruktion (b) 89 91 93 96 98 101 103 Konstruktion (c) 89 90 93 96 96 99
100 Wie die Tabelle zeigt, ist die Knallstärke der im Freien ausgelösten Detonation
sehr hoch im Vergleich zu den in den Dämpfungsvorrichtungen ausgelösten Detonationen.
Die Werte zeigen ferner, daß unter den vorstehend beschrieben Versuchsbedingungen
bei einer Länge der DAmprunesrohre von 700 mm diese Rohre den Geräuschpegel nur
um 2 bis 3 db gegenüber dem Fall senken, in dem die Detonation ohne Rohre ausgelöst
wurde, das Jedoch bei einer Länge von 1200 mm oder mehr der Knallpegel um fast 10
db gesenkt wird. Dies bedeutet, daß die Dämpfungsrohre eine erhebliche schalldämpfende
Wirkung haben. Ferner beträgt bei einer Rohrlänge von 700 min die Senkung des Knallpegels
nur 2 bis 3 db gegenüber dem Fall "halbgeschlossen (ohne Rohre)". Im Fall (c), wo
die Stahlkonstruktion mit Beton bedeckt ist, ist die Schalldämpfungswirkung gering,
nämlich nur 1 bis 2 bd. Dies bedeutet, daß der Sekundärknall kein wesentliches Problem
ist. Die Tatsache, daß die Rohrlänge,
wie vorstehend festgestellt,
einen großen Einfluß auf die Knalldämpfungswirkung hat, wird auch aus der Schallwellenlänge
in der Nähe des Detonationsortes verständlich. Es wird angenommen, daß diese Wellenlänge
etwa 1 bis 4 mm beträgt.
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Angesichts des Schalldämpfungseffekts ist es somit zweckmäßig, daß
die Länge der Dämpfungsrohre größer ist als die Schallwellenlänge.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend in Verbindung
mit Fig. 4 bis Fig. 7 beschrieben.
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Beispiel 1 In Figur 4 und Figur 5 bezeichnet die Bezugsziffer 3 eine
zylindrische Stahltrommel aus einem 32 mm dicken Stahlblech SS41 (japanische Industrienorm).
Haltewinkel 11, die jeweils aus 200 mm langen gleichschenkligen Stahlwinkeln bestehen,
sind an die Außenwand der zylindrischen Trommel J an fün@ Stellen im Abstand von
2000 mm geschweißt. Die zylindrische Trommel hat einen Innendurchmesser von 6000
mm und eine lineare axiale Länge von 8000 mm. Die Stirnwände ?s 2 bestehen aus 12
mm dicken Stahlblech SS41 und sind an die gegen-Uberliegenden Enden der zylindrischen
Trommel i geschweißt.
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Ferner sind Verstärkungsteile 12, die aus 200 mm langen gleichschenkligen
Stahlwinkeln bestehen, an die Außenflächen der Stirnplatten 2, 2' geschweißt.
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Ein Tunnel 14 dient zur Einführung der Werkstoffe in die zyl'indrische
Trommel 3 und zur Entnahme der Werkstücke. Dieser Tunnel hat ein allgemein halbzylindrische
Form, eine Breite von 2400 mm, eine Hohe von 1400 mm und eine Länge von 6000 mm.
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Dieser Tunnel 14 besteht ebenfalls aus 32 mm dickem Stahl blech SS41
und ist mit dem emittieren Teil einer Seite der zyl indrischen Stahl trommel 3 verschweii3t.
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Rohre 8 zur Abschwichung des Explosionsimpulses und des Knalls sind
mit dem oberen Ende der zylindrischen Trommel verbunden, alie in Fig. 4 dargestellt.
Jedes Rohr 8 besteht aus 9,5 mm dickem Stahlbleck SS4l, hat eine IJlF1Ce von nun
und wird durch die Stützen 13 gehalten.
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Eine Sandschicht 4 ist im Inneren der Stahlkonstruktion vorgesehen,
die bis zur Höhe des Bodens des Tunnels 14 reicht und. dabei eine maximale Tiefe
von 1700 mm aufweist.
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Figur 5 zeigt die in Figur 4 dargestellte Stahlkonstruktion, wie sie
im Boden eingebettet ist. Wie die Abbildung zeigte ist Sand 15 dicht um die zylindrische
Trommel 1, die Stirnwande 2, 2' und den Tunnel 14 gepackt. Der Sand 15 ist seinerseits
von Erde 16 umgeben. Die Bezugsziffer 17 bezeichnet eine Stützmauer, die den Sand
zurückhält. Die Gesamtdicke der Sandschicht 15 und der Erdschicht 16 über der zylindrischen
Trommel 1 beträgt etwa 4000 mm.
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Explosionsschweißen wurde in der vorstehend beschriebenen halbgeschlossenen
Dämpfungskonstruktion unter Verwendung von 36 bis 42 kg eines Sprengstoffs durchgefUhrt.
Die Belastungen, die in der zylindrischen Trommel 1 und in den Stahlwinkeln 2 auftraten,
wurden gemessen. Die maximale Belastung betrug 40 bis 50 kg/mm2 in der zylindrischen
Trommel und 14 bis 20 kg/mm2 in den Sta@winkeln. Keinerlei Geruch oder bleibende
Deformierung dieser Teile wurde festgestellt.
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Der durch dIe Detonation in diesem Fall erzeugte Knall wurde gemessen
und mit dem Knall verglichen, der erzeugt wurde, wenn die gleiche Sprengstoffmenge
an der freien Luft zur Detonation gebracht wurde, Hierbei wurde festgestellt, daß
an einer Stelle, die zu dem Detonationsort einen Abstand von 400 m hatte, die Knallstärke
82 bis 94 db und am Detonationsort die Knallstärke 104 bis 116 db betrug. Dies bedeutet,
daß eine Dämpfung der Knallstärke von etwa 20 db möglich ist.
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Beispiel 2 Figur 6 und Figur 7 zeigen eine andere Ausführungsform
der halbgeschlossenen Dämpfungskonstruktion, die größer ist als die in Beispiel
3 beschriebene Ausführungsform. Die zylindrische Stahl trommel 1 besteht aus 12
mm dickem Stahlblech SB42B und hat einen Innendurchmesser von 9,6 m und eine lineare
Länge von 10 in. Die Stirnwände 2, 2' bestehen aus 16 mm dickem Stahlblech SB42B
und sind an die gegenüberliegenden Enden der zylindrischen Stahl trommel 1 geschweißt.
Der Krümmungsradius dieser Stirnwände beträgt 7,5 m.
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Die zylindrische Stahl trommel 3 ist durch Verstärkungsteile 11 verstärkt,
die jeweils aus einem 250 mm-Doppel-T-Stahl bestehen, der an die Außenseite der
zylindrischen Trommel in Umfangsrichtung in Abständen von 1 m und in axialer Richtung
in einem solchen Abstand geschweißt ist, daß die Außenfläche in 12 gleiche Teile
unterteilt ist. Die Stirnwände 2, 2' sind durch 12 Verstärkungsteile 12 verstärkt,
die jeweils aus einem 250 mm-Doppel-T-Stahl bestehen und diametral so an die Außenseite
der Stirnwände geschweißt sind, daß sie jeweils mit den axialen Verstärkungsteilen
11 der zylindrischen Trommel 1 verbunden sind.
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Ein Tunnel 14, durch den die Werkstoffe in die zylindrische Trommel
eingeführt und aus der zylindrischen Trommel entfernt werden, besteht aus 12 mm
dickem Stahlblech SB42B. Er hat eine Breite von 3 m, eine Höhe von 2,2 m und eine
Lange von 10 m. Dieser Tunnel 14 ist durch Verstärkungsteile 10 verstärlct, die
jeweils aus einem 150 mm-Doppel-T-Stahl bestehen und an die Außenseite des Tunnels
sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung geschweißt sind.
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Die zylindrische Trommel 1 ist an der Oberseite mit 4 Öffnungen und
in der Mitte jeden Seite mit 5 Öffnungen versehen.
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An diese Öffnungen sind Schalldämpfungsrchre 8 angeschlossen, die
in der dargastellten Weise senkrecht bzw. waagerecht verlaufen. Jedes Stahlrohr
8 hat einen Jurchmesser von 350 mm und eine Dicke von 9 mm. Die senkrechten Rohre
haben eine Länge von 6 m und die waagerechten Rohre eine Lange von 11 m.
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Die Bezugsziffer 13 bezeichnet eine Halterung für das Rohr 8.
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Die zylindrische Trommel und die Stirnwände sind außen mit einer bewehrten
Betonschicht 9 bedeckt, die eine Dicke von etwa 1 m hat und ihrerseits mit einer
Erdschicht 16 bedeckt ist. Die Erdschicht 16 Uber der zylindrischen Trommel hat
eine Dicke von etwa 4,5 rr. In der bewerten Betorschicht 9 sind deformierte Stäbe
von 22 mm Durchmesser in einem Abstand von durchschnittlich 350 mm angeordnet.
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Die Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Sandschicht in der aus der zylindrischen
Trommel 3 und den Stirnwänden 2,2' bestehenden Stahlkonstruktion. Am Außenende des
Tunnels 14 ist eine Stützwand 17 angeordnet, die den Sand zurückhält. Die Bezugsziffer
38 in Figur 7 bezeichnet ein Betonfundament als Auf]age für die waagerechten Rohre
8. Die Bezugsziffer 19 ist eine Stützwand, die an den Außenenden der waagerechten
Rohre 8 an jeder Seite der zylindrischen Trommel vorgesehen ist und den Sand zurückhält.
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In der in dieser Weise ausgebildeten halbgeschlossenen Dämpfungskonstruktion
wurde Explosionsschweißen unter Verwendung von 100 bis 14C kg Sprengstoff durchgeführt.
Der durch die Detonation erzeugte Knall wurde an einer Stelle im Abstand von 500
m von der Konstruktion gemessen. Die Knallstärke betrug hier 84 bis 96 db, während
der im gleichen Abstand bei der Detonation der gleichen Sprengstoffmenge an der
freien Luft gemessene Knall eine Stärke von 118 bis 150 db hatte.
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Die Dämpfungskonstruktion kann somit den KnaJ; um etwa 30 db abschwächen.
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Durch Verwendung der halbgeschlossenen Dämpfungskonstruktion gemaß
der Erfindung ist es somit möglich geworden, die B-lästigung der Öffentlichkeit
durch den Detonationsknall zu verhindern und Schäden an Einrichtungen in der Nähe
des Detonationsortes zu vermeiden. Ferner ermöglicht sie. die Durchführung von Explosionsschweißen,
Explosionsumformung usw. mit hohem Wirkungsgrad. Bei dem vorstehend beschriebenen
Versuch erlitt die halbgeschlossene Dämpfungskonstruktion keinerlei Zerstörung oder
bleibende Deformierung, d.h. sie kann ohne weiteres in der Praxis auch vom Standpunkt
der Festigkeit für die Detonation der genannten Sprengstoffmengen verwendet werden.
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Wie bereits erwähnt, ist die halbgeschlossene Dämpfungsanlage des
Typs, der aus einer aus Stahl bestehenden Innenkonstruktion und einer die innere
Stahl konstruktion außen. bedeckenden Erdschicht, die ihren Druck unmittelbar auf
die Innenkonstruktion ausübt, oder einer die Innenkonstruktion aus Stahl außen bedeckenden
bewehrten Betonscnicht oder dieser bewehrtenBetonschicht und einer die bewehrte
Betonschicht außen bedeckenden Erdschicht besteht, und die mit einem Werkstoffeinführungstunnel
und 1,0 m langen oder längeren Rohren zur Abschwächung des durch die Detonation
in der inneren Stahl konstruktion erzeugten Drucks und Knalls verbunden ist, vorteilhaft
für Bearbeitungen wie Explosionsschweißen, Explosionsumformung und -verformung unter
Verwendung großer Sprengstoffmengen, um die Impulswelle abzuschwächen und damit
Schäden an nahe gelegenen Einrichtungen zu verhindern und den Explosionsknall zu
dämpfen, der anderen-falls eine Belästigung der Urfentlichkeit darstellen würde.
Ferner steigert diese Dämpfungsanlage den Arbeitswirkungsgrad erheblich.
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Die Form und Größe der Dämpfungsanlagc, der Werkstoff und die Größe
der inneren Stahlkonstruktion, die Dicke der Erdschicht und der Schicht aus bewehrtemBeton
usw. hängen hauptsächlich von der verwendeten Sprengstoffrnenge und von der Art
der 13earbeitung ab. Die Größe des Tunnels hangt von der Größe des in die Anlage
einzuführenden Materials ab.
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Die Größe der Knalldämpfungsrohre hängt an sich von der verwendeten
Sprengstoffmenge, dem Volumen der inneren Stahlkonstruktion usw. ab, jedoch sollte
ihre Länge wenigstens 1,0 m betragen, weil die Frequenzen des Explosionsknalls in
der NChe des Detonationsortes in den meisten Fällen bei 120 bis 400 Hz liegen dürften.
Die Form der Rohre kann nicht vorgeschrieben werden, jedoch wird sie vorzugsweise
so gewählt, daß die Summe der Querschnittsflächen aller Rohre und des Tunnels, d.h.
die Gesamtfläche der Öffnungen, nicht größer i.9t als 25 der Querschnittsfläche
der innerer. Stahlkonstruktion in Längsrichtung oder Querrichtung, je nach dem,
welche Dimension kleiner ist.
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Der Innendurchmesser der einzelnen Rohre hängt von der Zahl und Länge
der verwendeten Rohre ab, jedoch werden im allgemeinen Stahlrohre mit einem Durchmesser
von 7,5 bis 120 cm verwendet.
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Wenn, bedingt durch die Größe des durch den Tunnel zu transportierenden
Materials, die vorstehend genannte Gesamtfläche der Öffnungen das Verhältnis der
Gesamtquerschnittsfläche der Öffnungen zur Querschnittsfläche der inneren Stahlkonstruktion
in Längs- oder Querrichtung größer ist als 25% oder eine größere Schalldämpfungswirkung
auch bei einem verhältnis von nicht mehr als 25% gewünscht wird, ist es möglich,
bekannte Dämpfungsvorrichtungen (z.D. die auf Seite 78 des in Japan 1968 herausgegebenen
Journal of the Industrial Explosive Association, Jahrgang 29 beschriebenen Dämpfungsvorrichtungen)
an
allen Öffnungen einschließlich der Tunnel öffnung vorzusehen. Ferner ist es möglich,
eine Abschirmwand vor jeder Öffnung anzuordnen, um die durch die Detonation erzeugten
Impulswellen oder Gase abzulenken und zu verteilen.
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Zum Transport von Material in die Dämpfungsanlage gemäß der Erfindung
kann ein bekannter fahrbarer Kran oder ein feststehender ausfahrbarer Kran verwendet
werden.
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Natürlich können Sandsäcke, Balken oder Stahlbleche über der Innenseite
der Stahl konstruktion vorgesehen werden, um sie gegen Beschädigung zu schützen,
die durch umherfliegende Stücke, die durch die Detonation gebildet werden, z.B.
Stahl stücke, zu schützen.