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Beschreibung
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Gegenstand der Erfindung ist eine Sprengvorrichtung mit einer Sprengladung
und mit einem die Explosion initiierenden oder zUndenden Mittel.
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Mehrere verschiedene Sprengvorrichtungen sind bekannt, die aus den
verschiedensten Sprengladungen und zündenden Mitteln bestehen. Die Ladung besteht
im allgemeinen aus einem primären und einem sekundären Explosivstoff.
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Die sekundären Explosivstoffe können unmittelbar nicht oder nur schwer
gezündet werden. Daher werden die primären Explosivstoffe eingesetzt, die auf Wärme,
Schlag usw. explodieren und imstande sind, die Explosion auf den sekundären Explosivstoff
zu übertragen.
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In der modernen Sprengtechnik werden immer mehr Sprengvorrichtungen
verlangt, die äußerst genau zu bestimmten Ereignissen gezündet werden können, zum
Beispiel in Beziehung zum Zeitpunkt der Explosion einer anderen Sprengvorrichtung.
Äußerst streng sind in der modernen Sprengtechnik die Anforderungen an die zeitliche
Folge, z.bei/bei der Aufschließung von Kohlenhydro genen und Wasser verwendeten
sog. "Schichtspaltung mit gegeneinander gerichteter Initiierung", wobei die Sprengladung
in ein Bohrloch gesenkt und mittels an beiden Enden der Ladung angeordneter Detonatoren
gleichzeitig von beiden Enden gezündet wird. Durch den mittels der in der Mitte
zueinanderlaufenden Druckwellen erregten Staudruck wird die Schicht agespalten.
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Der Treffpunkt der Druckwellen befindet sich erst dann (wie geplant)
genau in der Mitte, wenn die beiden Detonatoren mit der höchsten Genauigkeit synchron
gewendet werden (HU-PS 165 174).
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Bei einem Ublichen Explosivstoff (gepreßtes Hexogen) beträgt die Detonationsgeschwindigkeit
ungefähr 8 mm//us. Wenn also zwischen dem ZUndender beiden Detonatoren nur 500 us
ablaufen, so begegnen sich die Druckwellen an einem Punkt, der um 2000 mm vom Mittelpunkt
verschoben ist, wodurch die Spaltwirkung bedeutend herabgesetzt wird.
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Durch die bisher bekannten Sprengvorrichtungen kann ein zuverlässiges
Synchronztinden nur schwer erreicht werden. Bekannt sind zwar Zündkapseln mit einer
Verzögerung von einigen /us, bei denen flir ein rasches Zünden ein Spannungsimpuls
von mindestens 10 kV nötig ist (HU-PS 156 108). Bei einer in einem tiefen Bohrloch
durchgefWhrten Sprengung, wo die Länge des Zündkabels 2 bis 3 km betragen kann,
wird durch dessen hohe Impedanz der ursprtingliche, eine steile Flanke aufweisende
Impuls bedeutend verändert. Infolge der verhältnismäßig hohen Spannung bestehen
auch Isolierprobleme.
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Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der llängel der oben bezeichneten
Einrichtungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sprengvorrichtung
zu schaffen, mit deren Hilfe der Beginn des Explosionsvorganges genauer bestimmt,
bzw. mehrere Explosionsabläufe zueinander genauer synchronisiert werden können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Sprengvorrichtung mit einer Sprengladung
und einem zUndenden Mittel erfindungsgemäß das zilndende Mittel eine Lichtquelle
ist und wenigstens ein Teil der Sprengladung durch die Lichtstrahlen der Lichtquelle
beaufscblagbar angeordnet ist.
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Zwischen der Lichtquelle und der Sprengladung ist vorzugsweise wenigstens
eine optische Linse angeordnet.
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Bei einer vorteilhaften AusfUhrungsform ist zwischen der Lichtquelle
und der Sprengladung ein optisches Leitglied, insbesondere ein faseroptisches Element,angeordnet.
Nach einer anderen vorteilhaften busflihrungsform der Erfindung enthält die Sprengladung
primäre und sekundäre Explosivstoffe, wobei zumindest ein Teil des primären Explosivstoffes
durch die Strahlen der Lichtquelle beaufachlagbar angeordnet ist.
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Die Lichtquelle ist vorteilhaft eine Entladungslampe.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Sprengvorrichtung
wenigstens zwei Sprengladungen auf, die durch je ein optisches Leitglied, zweckmäßig
durch Je ein faseroptisches Element, mit einer gemeinsamen Lichtquelle verbunden
sind.
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Es kann auch von Vorteil sein, wenn die Sprengvorrichtung wenigstens
zwei Sprengladungen mit zunindest je einer Lichtquelle aufweist, wobei die Lichtquellen
an eine gemeinsame Steuereinheit angeschlossen sind. Die Lichtquellen sind vorteilhaft
in Reihe geschaltete elektrische Entladunslampen. In den Entladungslampen sind vorteilhaft
radioaktive Isotope angeordnet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Entladungslampen
mit je einem Vorwiderstand in Reihe geschaltet, wobei die Vorwiderstände über je
ein Schaltmittel geshuntet sind.
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Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin,
daß der Beginn des Sprengvorganges zeitlich genauer als bisher bestimmt werden kann.
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Diese Tatsache hat besondere Bedeutung bei aus entgegengesetzten Richtungen
initiierten sogenannten schichtspaltenden Sprengungen und bei anderen synchronisierten
Sprengmethoden, bei denen die Sprengladung von mehreren Stellen kanpp gleichzeitig
gezündet werden soll. Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt einer elektrischen Zündkapsel;
Fig. 2 das Blockschaltbild von zwei gleichzeitig zu zündenden, in eine gemeinsame
Sprengvorrichtung eingesetzten Zündkapseln;
Fig. 3 eine AusfUhrungsform
der Anordnung nach Fig. 2 und Fig. 4 die elektrische Schaltanordnung einer zwei
in Reihe geschaltete Entladungslampen aufweisenden Sprengvorrichtung.
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Fig. 1 zeigt eine Zündkapsel, die herkömmlicherweise aus einer Hulse
11 sowie aus einer sekundären Sprengladung 12 und einer primären Sprengladung 13
besteht, die übereinander angeordnet sind. Nach einem konkreten Ausführungsbeispiel
besteht die primäre Sprengladung 13 aus 100 mg Bleiazid und die sekundäre Sprengladung
12 aus Hexogen, dessen Gewicht der Zündkapselnummer 8 entspricht.
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In die primäre Sprengladung ist eine Lichtquelle 14 eingebettet, die
in diesem Fall eine Entladungslampe ist. Die Lichtquelle ist Uber zwei isolierte
Leitungen und einen nicht dargestellten Schnellschalter an eine nicht dargestellte
Spannungsquelle - im Fall einer gegebenen Entladungslampe (Typ NGV-6 der Vereinigten
GlUhiampenwerke, Ungarn)-und einen auf eine Spannung von 1 500 V aufgeladenen Kondensator
(200 /uF), angeschlossen. Oberhalb der primären Sprengladung 13 und der Lichtquelle
14 ist ein aus isolierendem ltaterial gefertigter Stopfen 17 angeordnet, der zwei
Bohrungen für die beiden Leitungen 16 aufweist. Oberhalb des Stopfens 17 ist ein
Sperrelement 15 angeordnet, auf das die Pulse 11 wie liblich gepreßt ist. Das Sperrelement
15 weist ebenso entsprechende Durchgangsbohrungen auf.
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Alle Bestandteile der Ztindkapsel nach Fig. 1 - inbegriffen die Sprengladungen
12, 13 - sind zweckmäßig aus einem wärmebeständigen Material hergestellt, damit
im Falle einer Sprengung in einem tiefen Bohrloch, die Ziindkapsel - bei einer Temperatur
von 180 bis 2000 C - betriebafähig bleibt, bzw. nicht vorzeitig in Aktion tritt.
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Die Sprengvorrichtung nach Fig. 2 weist zwei identische Zündkapseln
21a und 21b auf, die die Sprengladung aus zwei Richtungen zu gleicher Zeit anlassen.
Die Zündkapseln 21a und 21b enthalten je eine primäre Sprengladung 25. Oberhalb
dieser Sprengladung ist eine optische Linse 22 angeordnet. Der Fokus f der Linse
22 fällt zweckmäßig genau auf die Oberfläche der Sprengladung 25. Oberhalb der Linsen
22 ist je eine Lichtquelle 23a bzw. 23b angeordnet, die zweckmäßig aus elektrischen
Entladungslampen bestehen. Die Entladungslampen sind elektrisch in Reihe geschaltet
und sind an eine gemeinsame Steuereinheit 24 angeschlossen, die z.B. gemäß Fig.
4 aufgebaut sein kann.
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Die Sprengvorrichtung gemäß Fig. 3 weist ebenso zwei identische Ztindkapseln
31a und 31b auf, die die nicht dargestellte Sprengladung ebenso aus zwei Richtungen
gleichzeitig initiieren oder zünden sollen. Die Ziindkapseln 31a und 31b enthalten
Je eine primäre Sprengladung 32, über denen je eine optische Linse 33 angeordnet
ist.
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Der Fokus der Linse 33 fällt auch hier zweckmäßig auf die Oberfläche
der Sprengladung 32. In die Zündkapseln 31a und 31b ist je ein optisches Leitglied
34, im gegebenen Fall ein sogenann.
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tes faseroptisches Element, mit seinem Ende derart eingepaßt, daß
die optische Achse desselben mit der der Linse 33 und zugleich mit der Längsachse
der Zündkapsel zusammenfällt. Die freien Enden der Leitglieder 34 sind zu einer
gemeinsamen Lichtquelle 35 geleitet, die z. B. eine in der Photographie gebräuchliche
Entladungslampe (Vacu-Blitz) sein kann.
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Die Arbeitsweise der Sprengvorrichtung nach Fig. 1 bis 3 kann sowohl
aus den Figuren, wie auch aus den obigen Ausführungen hergeleitet werden.
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Es ist offensichtlich, daß durch die AusfUhrung gemäß Fig. 2 insbesondere
aber gemäß Fig. 3 ein vollständigeres synchrones
Zünden als bisher
gesichert werden kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kann der Synchronismus
auch infolge einer größeren Abweichung der Länge der beiden optischen Leitglieder
34 nicht zerstört werden, weil die Geschwindigkeit des Lichts so hoch ist, daß eine
Phasendifferenz auch bei äußerst großen Längenunterschieden nicht nachgewiesen werden
kann.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 kann prinzipiell eine Phasendifferenz
zwischen dem Aufleuchten der beiden Lichtquellen 23a und 23b entstehen; dieser Unterschied
kann aber mit Hilfe der Schaltanordnung nach Fig. 4 eliminiert werden.
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Die Schaltanordnung nach Fig. 4 weist zwei identische in Reihe geschaltete
Entladungslampen V 1 und V 2 auf, die z. B. die Lichtquellen 23a und 23b der Fig.
2 sein können. Zu beiden Entladungslampen V 1 und V2 ist je ein den gleichen Wert
aufweisender Widerstand R parallelgeschaltet, so daß an den beiden Entladungslampen
die gleiche Spannung anliegt. Die Entladungslampen V 1 und V 2 sind zu einem mit
einem nicht dargestellten Speisestromkreis versehenen Speicherkondensator C, Schalter
K 1, Vorwiderstand Rv und Anzeigegerät X in einem geschlossenen Kreis in Reihe geschaltet.
Der Vorwiderstand Rv und das Anzeigegerät M können Uber einen Schalter K 2 kurzgeschlossen
werden.
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Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 arbeitet wie folgt: Nach dem
Aufladen des Kondensators C wird der Schalter E 1 geschlossen, der Schalter K 2
bleibt aber dabei offen. Zu dieser Zeit beginnt iiber den hochohmigen - zweckmäßig
steuerbaren - Vorwiderstand Rv in den Entladungslampen V 1 und V 2 eine Glimmentladung.
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Diese Glimentladung (Vorentladung) wird mit Hilfe des Anzeigegerätes
X angezeigt, Die Vorentladung kann die Sprengladung nicht zünden, weil sie nur,binen
geringfügigen Wärme- und Lichteffekt erzeugt. In dem gewünschten Moment des Anlassens
wird der Schalter K 2 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt entlädt sich die im Kondensator
gesammelte Ladung liber die Entladungslampen V 1 und V 2, wodurch die Sprengladung
initiiert wird.
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Wenn der Vorwiderstand Rv und der diesen Widerstand shuntende Schalter
K 2 nicht eingebaut wären, könnte man zur Zeit des Aufleuchtens der Entladungslampen
eine Abweichung in der Zeit feststellen, und zwar infolge einer durch die natürliche
Radioaktivität verursachten stochastischen Ionisation. Die Ausgangspunkte der lawinenartigen
Entladung in den Entladungslampen sind nämlich durch die infolge der natürlichen
Ionosation entstehenden Ionen gebildet, deren Anzahl in den einzelnen Entladungslampen
verhältnismäßig stark abweichend sein kann. Wenn aber in den in Reihe geschalteten
Entladungsröhren eine Vorentladung (Glimmentladung hervorgerufen wird, so werden
um Größenordnungen mehr Ionen in die beiden Entladungsröhren gebracht als durch
die naturliche Ionisation. Sonit kann also die durch die letztere verursachte Abweichung
vernachlässigt werden. Die Ausführung gemäß Fig. 4 kann natürlich auch bei mehreren
Entladungslampen verwendet werden. Bei Verwendung einer einzigen Entladungslampe
sind die Verminderung der Verzögerungszeit dauer und die Steigerung der zeitlichen
Genauigkeit der Zündung von Vorteil. Durch Anwendung mehrerer Entladungslampen kann
darüber hinaus ein genauerer Synchronismus gewährleistet werden.
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Um die Vorinonisation in den Entladungslampen zu steigern und/ oder
auf dem gleichen Wert zu halten, ist es auch zweckmäßig, die gleiche Menge eines
radioaktiven Isotops, z. B. Thrycium, in die Entladungslampen einzubringen.