DE2709037C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind schlagwettersichere Treibsätze für Bolzen-Treibkartuschen. Diese Bolzen-Treibkar­ tuschen werden in Bolzensetzapparaten eingesetzt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Treibsätze ist es erstmalig möglich, mit Bolzensetzapparaten auch unter Tage im Kohlenbergbau zu arbeiten.

Bolzensetzapparate funktionieren im Prinzip so, daß eine Treib­ kartusche in einem Patronenlager gezündet wird. Die so freigesetzte Energie treibt einen Schubkolben oder Schubstempel an, der an seiner Vorderseite in einer Aufnahme einen Stahlbolzen befestigt hat. Dieser Bolzen wird dann mit großer Gewalt in Eisen, Beton, Mauerwerk oder andere Baumaterialien getrieben. Über eine Ent­ lastungsöffnung wird schließlich der Überdruck der Treibgase freigegeben.

Auf dem Gebiet des Bergbaus in schlagwetterhaltiger Atmosphäre konnten bisher Bolzensetzgeräte nicht eingesetzt werden. Treib­ kartuschen für diese Geräte enthalten als Treibsätze entweder pyrotechnische Gemische oder einen Pulversatz, der im Gerät die Energie freisetzt und in Leistung umwandelt. Um diese Leistung zu erbringen, muß die Explosionswärme oder die Verbrennungs­ energie des Treibsatzes entsprechend hoch sein; daraus folgt, daß die Explosionstemperatur ebenfalls hoch sein muß. Diese Explosionstemperatur ist aber so hoch, daß regelmäßig die Lei­ stungsfreisetzung mit Flammen- oder Feuererscheinungen gekoppelt ist. Auch wenn die Flammenerscheinung äußerlich nicht zu sehen ist und die Arbeitsgase durch Labyrinthführung sich sehr stark abkühlen, bis sie in die Umgebung austreten, so muß doch bei einem normalen Gerät damit gerechnet werden, daß Schlagwettergase in das Gerät eindringen und es dort schon zu einer Zündung kommen kann. Es ist also mit einer Entzündung eines explosions­ fähigen Gasgemisches zu rechnen.

Die Neigung zu Schlagwetterzündungen kann durch folgenden Versuch simuliert werden; man schießt eine Treibkartusche außerhalb ei­ nes Bolzensetzgerätes mit einem Abschußgerät gegen eine explo­ sionsfähige Gasatmosphäre, die sich z. B. in einem dünnwandigen Gasballon vor der Kartusche befindet. Diese Gasatmosphäre wird beim Abschuß der bisher bekannten Treibsätze regelmäßig ent­ zündet.

Die Möglichkeiten, die Treibsätze so zu verbessern, daß ein Zündungsfall nicht mehr eintritt, sind sehr gering. Der zur Ver­ fügung stehende Laderaum in der Kartusche ist begrenzt. Hinzu kommt, daß Zusätze, die üblicherweise zur Mündungsfeuerdämpfung benützt werden, nicht verwendet werden können, da damit das Gerät zu schnell verschmutzt.

Die Beschichtung der Oberfläche von Treibkartuschen ist z. B. aus der DE-OS 17 96 118 bekannt. Die darin genannten Beschichtungen dienen jedoch dazu, die Sätze gegenüber mechanischer Beanspruchung stabiler zu machen.

Die Herabsetzung der spezifischen Energie des Satzes und damit der Explosionstemperatur entweder durch Änderung der Satzbestand­ teile oder durch Zumischung energiesenkender Mittel führt nicht zu dem gewünschten Erfolg, da dann die notwendige Leistung nicht mehr erreicht wird, die sich z. B. als dynamische Lebhaftigkeit äußert. Dadurch ist es nicht mehr möglich, daß ein schnell wirksamer Schub entsteht, der für die Funktion des Gerätes sehr wichtig ist. Eine nur geringfügig verlängerte Brennzeit reduziert nämlich die Beschleunigung des Bolzens bereits so weit, daß die­ ser nicht mehr in das Baumaterial eingetrieben wird.

Es bestand nun die Aufgabe, die Treibsätze für die Treibkar­ tuschen von Bolzensetzgeräten derart zu verändern, daß unter Beibehaltung ihrer Leistung bei ihrem Abstand keine Zündung eines Schlagwettergemisches eintritt.

In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun ein schlagwettersicherer, mit einem Überzug versehener Treibsatz für Bolzen-Treibkartuschen, der als Treibmittel entweder ein- oder zweibasige Nitrocellulose- Treibsätze oder pyrotechnische, gasliefernde Gemische enthält, ge­ funden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Überzug als schlag­ wettersichernden Bestandteil mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Trioxan, eines Polyformals, eines Polyacetals, eines Carbon­ säureamids mit 2 bis 4 C-Atomen und Ammoniumoxalat in Mengen von 15 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den Treibsatz, enthält.

Es ist zwar schon aus der DE-OS 16 46 301 bekannt, schlagwetter­ sicheren Sprengstoffen Ammoniumoxalat unterzumischen. Bei diesen Sprengstoffen bewirkt die Sicherheit jedoch nicht das Ammonium­ oxalat, sondern das dort genannte Salzpaar Alkalinitrat/Ammonium­ chlorid. Der Zusatz des Ammoniumoxalats dient nach Angaben in die­ sem Schutzrecht dazu, das Sauerstoffgleichgewicht des Sprengstoffs unter 8 bis 9% zu senken. Der Zusatz beträgt deshalb dort maximal nur 15 Gew.-%, während erfindungsgemäß mindestens 15 Gew.-% einge­ setzt werden.

Auch bei Feststoff-Raketentreibsätzen sind Überzüge bekannt, die Ammoniumoxalat enthalten können (vgl. CH-PS 5 14 515). Dort dient diese Verbindung jedoch dazu, die Verbrennungsgase des Treibsatzes zu kühlen, damit eine gute Isolierung der Verbrennungsgase erfolgt. Eine Wirkung gegenüber Schlagwetter wird in dieser Veröffentlichung nicht erwähnt, da das Anwendungsgebiet von Feststoff-Treibsätzen sich von demjenigen der beanspruchten Treibsätze für Bolzen-Treib­ kartuschen beträchtlich unterscheidet.

Unter Polymeren, die in Radikale zerfallen, sollen erfindungs­ gemäß solche Polymeren verstanden werden, die beim Erhitzen kurzkettige, radikalische Bruchstücke an den Molekülenden ab­ spalten, wie z. B. Polyoxymethylenverbindungen oder die Poly­ merisationsprodukte der, gegebenenfalls alkylsubstituierten, Acrylsäure oder der Acrylsäureester. Beispiele für diese Ver­ bindungen sind Trioxan, Polyformale und Polyacetale.

Unter den Amiden von Dicarbonsäuren sollen die Amide von Oxal­ säure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure oder Äpfelsäure verstanden werden. Das bevorzugte Amid ist das Oxamid.

Der erfindungsgemäße Überzug kann sich sowohl über der gesamten Oberfläche als auch nur über einem Teil der Oberfläche befinden. Wenn nur ein Teil der Oberfläche damit belegt ist, empfiehlt es sich, den Überzug auf die der Bördelung der Kartusche zu­ gewandten Seite aufzubringen.

Zweckmäßigerweise ist der Überzug in Form eines zusammenhängen­ den Films auf der Oberfläche des Treibsatzes. Als Filmbildner können dabei die Polyacrylate oder Polymethacrylate eingesetzt werden. Sie werden zu einem Lack verarbeitet, wobei als Lösungs­ mittel bevorzugt Aromaten wie Toluol oder die Xylole, Essigester oder Aceton eingesetzt werden. In diesen Acrylharzlack können dann z. B. noch die Polymethylenverbindungen und/oder die genannten Säureamide dispergiert werden.

Wenn der Überzug keine Acrylharze enthalten soll, dann können die Polyoxymethylenverbindungen und/oder die genannten Säure­ amide und/oder Oxalate auch in jedem anderen beliebigen Lack dispergiert oder gelöst werden und auf diese Weise als Überzug auf den Treibsatz aufgebracht werden. Die Treibsätze, die er­ findungsgemäß überzogen werden, sind an sich bekannte Treibsätze. Sie sind entweder auf Basis von Nitrocellulose oder von pyro­ technischen Gemischen aufgebaut.

Die Nitrocellulose-Treibsätze können ein- oder zweibasige Treib­ sätze sein. Erstere werden bevorzugt als Nudelpulver eingesetzt, letztere bevorzugt als gewalzte Kugelpulver. Pyrotechnische Ge­ mische, die als Treibsätze für Bolzensetzgeräte eingesetzt wer­ den, sind beispielsweise in den deutschen Patentschriften 18 06 530, 16 46 313 und 20 04 620 beschrieben.

Das Aufbringen der Überzüge auf die Treibsätze erfolgt nach an sich bekannten Verfahren. Die nicht filmbildenden Substanzen werden zweckmäßigerweise in einem Lack, bevorzugt in einem Acryl­ harzlack, dispergiert; anschließend wird dieser Lack auf den Treibsatz aufgetragen und dann das Lösungsmittel verdampft. Es ist auch möglich, die beanspruchten Substanzen in einem an­ deren Bindemittel zu dispergieren und diese Dispersion auf den Treibsatz aufzubringen. Gegebenenfalls muß auch dann noch das Lösungsmittel verdampft werden.

Das Aufbringen der Überzüge kann vor oder nach dem Einbringen des Treibsatzes in eine Kartusche erfolgen. Wenn das Aufbringen auf den in einer Kartusche befindlichen Treibsatz durchgeführt wird, gibt man die Lacksuspension auf die noch freie offene Fläche des Treibsatzes auf und läßt dann das Lösungsmittel verdampfen. Anschließend wird die Kartusche, wie üblich, zugefaltet.

Es ist prinzipiell auch möglich, die erfindungsgemäß behandel­ ten Treibsätze auch ohne Kartusche einzusetzen. In diesem Fall ist es jedoch notwendig, den erfindungsgemäßen Überzug über die gesamte Oberfläche des Treibsatzes aufzubringen.

Die Prüfung der erfindungsgemäßen Treibsätze auf Schlagwetter­ sicherheit erfolgt auf die bereits oben beschriebene Weise. Das in dem Ballon befindliche Gasgemisch besteht zu 9 Vol.-% aus Methan und zu 91 Vol.-% aus Luft. Ein Luft/Methangemisch dieser Zusammensetzung läßt sich am leichtesten zur Entzündung bringen.

Beispiel

Aus Polymethylmethyacrylat vom Molgemisch 100 000 wird eine 25%ige Lösung in Toluol hergestellt. In diese Lösung wird dieselbe Menge feinpulvriges Polyoxymethylen vom Molgewicht 20 000-30 000 oder auch Paraformaldehyd eingearbeitet, so daß eine pastenartige, eben noch fließbare Suspension entsteht. Etwa 100 mg dieser Paste, die etwa 50 mg Trockensubstanz ent­ sprechen, werden auf die noch freie Oberfläche von 200 mg einer Treibsatzladung auf Basis von Nitrocellulose aufgebracht, die vorher in eine Kartusche von etwa 10 mm Länge und einem Durch­ messer von etwa 5 mm eingebracht wurde.

Das Lösungsmittel wird anschließend verflüchtigt, bis die Auf­ lage annähernd lösemittelfrei ist; daraufhin wird die Kartusche gefaltet. Eine derart hergestellte Kartusche entzündet ein ex­ plosionsfähiges Gasgemisch nicht mehr. Mit einer auf gleiche Weise hergestellten Kartusche wird mit einem Bolzensetzgerät ein Bolzen einwandfrei in Baumaterial, z. B. Holz, eingetrieben.

Claims (3)

1. Schlagwettersicherer, mit einem Überzug versehener Treibsatz für Bolzen-Treibkartuschen, der als Treib­ mittel entweder ein- oder zweibasig Nitrocellulose- Treibsätze oder pyrotechnische, gasliefernde Gemische enthält, dadurch gekennzeich­ net, daß der Überzug als schlagwettersichernden Bestandteil mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Trioxan, eines Polyformals, eines Polyacetals, eines Carbonsäureamids mit 2 bis 4 C-Atomen und Ammoniumoxalat in Mengen zwischen 15 und 30 Gew.-%, bezogen auf den Treibsatz, enthält.

2. Treibsatz gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Über­ zug eine filmbildende Substanz ist, die den schlagwettersichernden Bestandteil enthält.

3. Treibsatz gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in eine Kartusche eingebracht ist und der Überzug nur auf die noch freie offene Oberfläche des Treibsatzes aufgebracht ist.