DE2820855A1 - Detonationsenergieuebertrager - Google Patents

Description

PATENTANV/ALT DR. RICHARD K-JEISSL Widinm^ye rtr. 40

D-8C00 MÜXCHEN TeL 089/295125

Kappe 24 462 CXA Case CIL

CXA LTD./CXA LTEE. Montreal, Quebec / Kanada

Detonationsenergieubertrager

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur nicht-elektrischen Zündung einer Sprengladung. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung, durch welche ein zündender Energieimpuls von einem Energieerzeuger zu einem Sprengzünder oder einer anderen Sprengvorrichtung übertragen wird, ohne daß irgendeine detonierende oder dcflagrierende oder brennende Zündschnur verwendet wird.

Die Verwendung von nicht-elektrischen Sprengzundsystenen ist in der Sprengtechnik allgemein bekannt. Im allgemeinen werden bei diesen Systemen ein oder mehrere Stücke einer Knallzündschnur verwendet, wobei an einem Ende derselben ein Sprengzünder mit augenblicklicher oder verzögerter Wirkung angebracht ist. Wenn das entgegengesetzte Ende der Zündschnur mit Hilfe eines explosiven Zünders, wie z.B. einer Sprengkapsel, gezündet wird, dann detoniert die KnallZündschnur, wobei eine Explosionswelle mit hoher Geschwindigkeit übertragen wird, so daß die daran befestigte Zündkapsel gezündet wird. Die Verwendung eines solchen Systems wird im allgemeinen ausgewählt, wenn sich bei der Verwendung eines elektrischen Zündsystems und einer elektrischen Zündkapsel Gefahren ergeben können.

In der jüngeren Vergangenheit wurden Fortschritte in der Qualität und der Zuverlässigkeit der nicht-elektrischen Zündsysteme und der Knallzündschnüre gemacht. Ein typischer solcher Fortschritt kann aus der US-PS 3 590 739 entnommen werden, welche sich auf eine KnallZündschnur bezieht, die einen Schlauch besitzt, auf dessen innerer Oberfläche nur eine dünne Schicht einer reaktiven Substanz aufgebracht ist. In der US-PS 3 730 096 ist eine Hochgeschwindigkeitsknallzündschnur beschrieben, bei welcher die reaktive explosive Substanz zwischen einem inneren und einem äußeren konzentrischen Schlauch angeordnet ist. Zwar ergeben sich bei diesen und ähnlichen verbesserten Knallzündschnüroi Vorteile, aber es muß trotzdem ein empfindliches explosives Material bei ihrer Herstellung.

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verwendet werden, dessen Verwendung Gefahren bei der Herstellung und beim Gebrauch mit sich bringt.

Es wurde nunmehr gefunden, daß eine für die Zündung einer herkömmlichen Zündkapsel ausreichende Detonationsenergie von einem Energieerzeuger zu der zu zündenden Sprengkapsel übertragen werden kann, ohne da2 ε-ine üblichs modifizierte detonierende oder deflagrierende Zündschnur verwendet wird. Es hat sich überraschenden/eise gezeigt, di.3 die Energie von einer explodierenden oder deflagrieren- CBn Z^r.dur.g einer reaktiven Substanz über beträchtliche Strecken in einen hohlen Schlauch mit kleinem Durchmesser, der überhaupt kein axplcsives oder reaktives Material enthält, übertragen werden kann. Die Detonation einer reaktiven Substanz, die innerhalb eines Energieerzeugers eingeschlossen ist, welcher an einem Ende einer Länge eines Schlauchs mit kleinen Innendurchmesser aus beispielsweise Poryäthylen oder einem anderen Kunststoff befestigt ist, gestattet die Übertragung von ausreichend Explosionsenergie durch den Schlauch, daß eine herkömmliche Zündkapsel, die am anderen Ende des Schlauchs' befestigt ist, gezündet werden kann. Es ist somit also möglich, eine nicht-elektrische Zündkapsel von einem entfernten Ort aus ohne die Vervendung irgendeiner sprengstoffhaltigen Knallzündschnur zu zünden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine typische erfindungsgemäße Vorrichtung mit Energieerzeuger, Verbindungsschlauch und Zündkapsel; und

Fig. 2 einen Querschnitt einer Einrichtung für die Befestigung einer Zündeinrichtung an Energieerzeuger von Figur 1.

Figur 1 zeigt eine typische nicht-elektrische verzögerte Zündkapsel 1, die aufeinanderfolgend vom geschlossenen Ende aus eine Sprengladung 2, eine Initialladung J5 und ein-Zünd- oder Verzöge-

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γ-

rungselement 4 enthält. Ein nicht-leitender durchbohrter Verschlussstopfen 5 ist in das offene Ende der Zündkapsel 1 eingekr impft. Ein Ende einer Länge eir.es Schläuche 6 wird in der Bohrung des Verschlußstopfens 5 festgehalten, wobei dieses Ende bis zum Zünd- oder Verzögerungselement 4 reicht. An anderen Ende des Schlauche 6 befindet sich ein Energieerzeuger 7. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt der Energieerzeuner 7 die Fora einer Kunitior.spatrone. Er besteht aus einer Ketallhülse 3 mit einen verschlossenen Ende 9, wo ein Randwulst ausgebildet ist, und einam offenen Ende 10. Innerhalb der Hülse 8 "oefir.de t sich am geschlossenen Ende 9 eins wärme- und schlagempfindliche Zusammensetzung 11. In Kontakt mit dieser Zusammensetzung 11 befindet sich eine reaktive Substanz 12 sehr hoher Energie. Ein zerstörbares Diaphragma oder eine zerstörbare Kembrana 13 ist an der Oberfläche der Substanz 12 vorhanden. Ein nicht-leitender durchbohrter Verschlußstopfen 14 ist in das offene Ende der Hülse 8 eingekrimpfc. Der Verschlußstopfen 14 nimmt in seiner Bohrung das andere Ende des Schlauchs 6 auf und hält dieses dicht gegen die Membrane 13. Die Membrane 13 kann einen integralen Teil des VerschlußStopfens 14 bilden.

In Figur 2 ist der Energieerzeuger 7 von Figur 1 zu sehen, wobei um die Ketallhülse 8 und um das verschlossene Ende 9 ein nachgiebiges Verbindungsstück 15 aufgezogen oder aufgeformt ist. Das Verbindungsstück 15 kann beispielsweise aus einem hohlen Zylinder aus Kunststoff material bestellen, dor satt über die Hülse 3 paßt. Ein vorspringender Ringteil 16 des Verbindungsstücks 15 erstreckt sich über das verschlossene Ende 9 hinaus und weis"& eine V-Kerbe für die Aufnahme eines schnurartigen Zünders, wie z.B. eines Stücks einer Knallzündschnur niedriger Energie (nicht gezeigt), auf.

Die schlag- und wärmeempfindliche Zusammensetzung 11 innerhalb der Hülse 3 kann irgendeine in dsr Brennstofftechnik bekannte Zusammensetzung sein. Beispielsweise hat sich eine Munitionsinitiierungszusammensetzung als geeignet erwiesen, die aus einem Gemisch aus Tetracen, Bleistyphnat, Bariumnitrat und Glaspulver besteht. Andere

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g3eignete Initiierungszusarriiensetzungen sind beispielsweise (a) Styphnic, T&tracc-n, Ear iurrini trat, Calciunsilicid und Bleiperoxid; (B) Eleistyphnat, Tetracen, Bariunnitrat, Aluminiumpulver und Antimon .?.uif id; (c) Bleiazid, Antimonsulfid, Kaliunichlorat und Bleithiocyar.at. Die reagierende Substanz hoher Energie 12, die sich mit der Zuratens ο-cirong "1 in Berührung befindet, kann irgendeine einzelne cic-r riir^ischte schr-allbrennende pyrotechnische oder explosive Substanz sein, wie sie in der Technik bekannt sind. Brauchbare Substanzen sind beispielsweise rauchloses Pulver, Schwarzpulver, Kagnesiur. und ΡΕΊΊΓ oder Genische daraus.

Bsi dir Anwendung iir. fr&ien Feld wird eine Vorrichtung, die aus einen Snergieerzeuger, einer Zündkapsel und einem die beiden verbindenden Schlauch, wie in Figur 1 gezeigt, besteht und die vorzugsweise bereits in der Fabrik zusammengebaut worden ist, ausgewählt, wobei die Länge das Verbindungsschlauchs der vorzunehmenden Sprengoperation entspricht. Eine Zündeinrichtung für den Energieerzeuger, beispielsw3is3 das Ende einer Länge einer Knallzündschnur niedriger Energie, wird an dem Ende des Energieerzeugers 7 angeschlossen, v/o sich die empfindliche Zusammensetzung befindet. Die Befestigung kann beispielsweise durch die Verv/endung des in Figur 2 gezeigten Verbindungsstücks erfolgen. Das Zündkapselende 1 der Vorrichtung wira r.iit einsr Sprengladung in Kontakt gebracht, die beispielsweise in einer. Bohrloch angebracht ist oder an einem zu sprengenden Gestein anlieft. Die Zündung der linallzündschnur niedriger Energie von einen entfernten Ort t.us verursacht, daß die Zusammensetzung und die Substanz 12 im Energieerzeuger 7 gezündet und zur Detonation gebracht \;erden. Heii3e Gase aus dieser Detonation werden durch den Schlauch β zur Zündkapsel 1 übertragen, die ihrerseits die zugeordnete Sprengladung zur Detonation bringt. Wenn eine Reihe von Ladungen zur Detonation gebracht werden soll, dann kann eine Reihe vcn solchen Vorrichtungen in Intervallen entlang einer einzigen Standleitung aus einer Knallzündschnur befestigt v/erden, die "03x Zündung die zugeordneten Snergieerzeuger und Zündkapseln aufeinanderfolgend zur Zündung bringt.

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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Eine Reihe von Versuchen vrurde ausgeführt, wobei der Energieerzeuger sich aus einer Standardaunitioninitialzündzusarrjne-nsetzung und einer Ladung einer reaktiven Substanz zusammensetzt wobei die letztera au;; 72 ir.g; einss Gsnischs aus rauchlosem Pulver und Kagnssiumrstallpulvsr (0,13 bis 0,20 mn Korngröße) in Il&sser.verhältnis 46 : 54 bestand. Eie Energiserzeuger waren an die Enden von Plastikschläuche:! nit verschiedenen Innendurchmessern befestigt. Am freien Ende einer ^eden Vorrichtung wurden Standardzündkapseln befestigt. Die verwendeten Zündkapseln besaßen eine Initialladung aus Bleiazid/Bleistyphnat im Verhältnis 60/40. Die maximale Propagierungsstrecke oder die maximale Schlauchlänge, durch welche die Energieerzeuger eine Sprengkapsel initiierten, wurde gemessen. Die erhaltenen Resultate sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt.

Tabelle I

Innendurchmesser des Schlauchs (mm)

maximale Propagierungs strecke (cm)

3,51 2,27 1,73 1,24

132,9

152,4

106,7

63,6

Die Resultate demonstrieren, daß die Propagierungsstrecke mit dem Innendurchmesser des Schläuche im Zusammenhang steht, wenn eine konstante Größe der Ladung der reaktiven Substanz im Energieerzeu ger verwendet wird.

Beis-piel 2

Der Einfluß der Länge der Vorrichtung auf die Verzögerungszeit und die durchschnittliche Propagierungsgeschwindigkeit ist in der fol-

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genier. Tabelle Il demonstriert. Bei diesen Tests wurde ein Gemisch aus 77 r:g rauchlosem Pulver und 65 ng Magnesium (0,18 Ms 0,20 mm KorngrcHa) als reaktive Substanz verwendet. Jede Einheit enthielt ein Stück aus einem Polypropylen/Nylon-Schlauch mit einem Innenaurchr.:-3S5r von 3,51 ur.d einen: Au3endurchnesser von 4,75 mm, v;obei eine Sprengkapsel an eine:.i freien Ende befestigt und eine Standardmur.itionsinitialzündung am anderen freien Ende aufgekrimpft war.

	Tabelle II
Länge dvs Schläuche (er.)	Verzögerungszeit (msec)
61,0	0,56
121,9	1,02
132,9	1,63
243,3	2,29
304,3	3,38
Beispiel 3

durchschnittliche Propagationsgeschwindigkeit (m/sec)

1033 1195 10S3

1065 902

Eine Ladung aus einer reaktiven Substanz, bestehend aus einer Grundscl.icht axas 16 :r:g Schwarzpulver und einer Obarschicht aus 15 mg ΡΞΪΙΙ, -v.noi'-de als Energie srzeuger verwendet. Die Energie erzeuger und Zündkapseln ",.oirden dui-ch Stücke eines Polypropyle-n/Kylon-Schlauchs mit einem Inner.durchmasser von 3,51 mm und einem Außendurchmessar von 4,78 rnu verbunden.

Die Verzcgerungszeit 2v.^Tischen der Zündung des Energieerzeugers und dor Detonation der Kapsel bei Verv.'cndung von Schlauchstücken mit einer Länge von 121,9 bzw. 152,4 cm waren 1,17 msec bzw. 1,58 m3ec, was anzeigt, daß eine brauchbare Zeitverzögerungsfunktion durch Veränderung der Länge des verbindenden Schlauchs erreicht werden kann.

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Beispiel 4

Eine Ladung aus einer reaktiven Substanz in Energieerzeuger bestand aus 132 mg eines Gs.uischs aus 63 Gew.-^' granuliertem Schwarzpulver und 32 Gew.-^ lua^r-esiu-T-netallpulver. Die Γ-.ersieerzeuger und die Zündkapseln wurden durch Stücke eines "Surlyn"-Schlauchs ("Surlyn" Isz ein eiligetrag-3r.es Warenzeichen) mit einem Innendurchmesser von 2,27 nrr, -und einem Auß&ndurchmesser von 3,94 mm verbunden.

Die Verzögerungszeiten zwischen der Zündung des Energieerzeugers und der Detonation der Kapssln bei Verwendung von Schliuchlängen von 121,9 bzw. 152,4 cm betrugen 1,43 msec bzw. 1,89 msec.

Beispiel 5

Eine Ladung aus einer reaktiven Substanz im Energieerzeuger bestand aus 94 mg eines Gemischs aus 59 Gew.-Jo rauchlosem Pulver und 41 Gew.-?-: Xagnesiummexallpulver. Die Energieerzeuger wurden auf Plastikschläuche von 91,4 cn mit einem Innendurchmesser von 3,51 mm und einem Außendurchmesser von 4,73 mm aufgekrimpte. Zündkapseln wurden an das andere Ende eines jeden Schlauchs befestigt. Die Verzögerungszeiten zwischen der Zündung des Energieerzeugers und der Detonation der Kapsel bei fünf solchen Vorrichtungen wurden gemessen. Die mittlere Verzögerungszeit und die zugehörige Standardabweichung waren 0,75 msec bzw. 0,12 msec.

Beispiel 5

Die im Beispiel 5 beschriebenen Versuche wurden mit identischen Energieerzeugern wiederholt, wobei jedoch Verzögerungsdetonatoren am Schlauch befestigt wurden. Die verwendeten Verzögerungsdetonatoren ergaben kurze Verzögerungszeiten. Sie enthielten ein Pb^O^/Si pyrotachnisches Verzögerungselement. Die Nenn- oder nominale Verzögerungszeit und die Verzögerungszeittoleranz dieser Detonatoren waren 300 msec bzw. 731 bis 869 msec. Messungen der Verzögerungs-

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zeiten, zwischen der Zündung des Energiee-rzeugers und der Detonation dsr Verzögorur-gsdetor-atoren yen. 10 Vorrichtungen, die jeweils eine Länge von 91,4 cn aufwiesen, ergaben einen I-Iittslwert von 329,5 rr.sec und eine Standardabweichung der Verzögerungszeit von 8,1 risse.

2ei.?qiGl 7

Die in. leispiol 5 beschriseiner. Versuchs wurden ".-riedorholt, wobei je-doc-i die Ladung der reaktiven Substanz innerhalb des Hr.ergieerzDugsrs aus ojp ir.;r einte innigen Gemische aus rauchlo^Hn Pulver und Kagnesiunnetallpulver in I-Iassenverhältnis von 53/4-7 var. Die Verzögerungszei^en von fUr.i" Torrichtungen mit einer Lär.ge von jev^eils 91,4 cm arg£;b einen Ilittelt/ert von 0,30 msec und eine Standardabveichung der VerzogerungsHeit von 0,07 msec.

Beispiel 3

Die in Beispiel 7 beschi^iebenen Versuche vnardsn mit iclsntischen Energieerzeugern und Cchläuchsn, die aber in diesen Fall 121,9 cn lang vraren. v/iederholt, v:obei Verzögerungsdetonatoren verv:endet vrurdsn. Die verver-deten Verzögerungsdetonatoren waren die gleichen v;ie in Beispiel 5- Ilessunf^n der Verzcgorungszeiteii Ycr^ 10 solchen Vorrichtungen ergaben eine mittlere Verzögerungszeit von S39,2 nssc vs:cl eine Standardatv,eichung dir Verzögerungszeit von 9,0 msec«

Pur Faclileute auf diesem Gebiet ist es klar, da.3 die Bestandteile dsr Vorrichtung aufeinander abgeglichen werden nüssen, um die Verwendbarkeit des Systems sicherzustellen. Beispielsweise darf die zur Initiierung des Enc-rgieerzeugers verwendete Vorrichtung nicht so kräftig sein, als daß sie diesen nicht nur zündet, sondern auch zerstört. Eie I-Ienge und die Art der verwendeten reaktiven Substanzen in Ensrgieerzeuger müssen so ausgewählt werden, daß die zun Zünden der Zündkapsel nötige Kitze und Blitzwirkung entsteht, ohne daß der Verbindungsschlauch rei.3t. In ähnlicher Weise nüssen das Material, die Wandstärke, der Innendurchmesser

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ur.i Ii :■ LUngü des Schiaucns so au.:~cv-21^:; v/erdc::., ds.£ die- unter Druck ? :.:.k;v-c--n kr-i3vn C-r.cs ε ir. "s Schlosser, bleiben und durch den Schlauch au/rrsichsnd Energie übortragen, daß der daran befestigte Detonator ~.;r· Zündung gebracht wird. ^r..^Teiterhir. r.iu3 die Sprengkapsel oi2_" 3?ir.:-rc- Spronrvorrichtung für die Detonation zwangsläufig selen.r -'_r~ sjtin, da^ sie f'ir die durch den I'n^r^iecrzeuger erzeugte Ihv.ir/ri": ·""..:zündet './orden Icnnn, V'2itei-hin ":üsr3n die Mittel zur c^c-unr sov/ohl cos ^nir^ierrz^ugDrs als auch der Zündkapsel

Die 3r-?ir:-iunc.3£;err.^:i-'ic nicht-elGktrisclis Zündvc-rr-ichtung ergibt gegenüber anderen beliannten nicht-elektrischen Zündsystenen wichtige Vcrtsile.

Da der 7ürcindun,"3£cliiauch während doi- Zündens nicht reißt, kann eine Sprengstoffsäule in einem Bohrloch, das dem Schlauch benachbart ist, nicht durch seitlich abgestrahlte Energie vorzeitig zur Detonation gebracht v/ordon. "oiterhin hat die gro2e Festigkeit des CcI-I;.ueh3 zur Folge, da.3 im Falle einer zufälligen Zündung einer erfindungsjeMafien Vorrichtung während der Handhabung oder v.'ährsni ±cn Crc.ncports die timitteibare Umgebung nur einen minimalen ?.i;:il:o -?.uc:f;: setzt ist. Der Schlauch enthält Ireinarlei reaktive cder '5;:nlo.-iv€ Substanzen und ist sor.it gegenüber Zündung durch ela]z-zro::z~..B-:±zcJ:3 riifekto, \ili-. z.L. sxrou:;.= niv·:! elol;~risch r.e od;.::· otatischo elsktri^che LacVung, un-r-i.-pfindlich.

Der Verbindungr;schlauch, der vcrzu.vsv;cice aus Polyäthylen, propyion, Uylon, ^l!Surlyn" (singetragenes viaronzeichen) oder Kombi nationen dieser Ilateriali&n besteht, die keinerlei Sprengstoff enthal-csn, ergibt eine v:enigar gefährliche Herstellung als bsi · herkcr/x'-lichen Produicten.

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-s/a. ■ ο r s ß i I e

Claims (4)

1. Patentansprüche

   M .j Nicht-elektrischer Detonationsenergieübertrager, dadurch gekennzeichnet , daß er aus einer Quelle für Detonationsenergie (3) und einer Sprengladung (1) besteht, die durch ein Stück eines flexiblen Schläuche (6) mit kleinem Innendurchmesser, der keinerlei reaktives Material enthält, verbunden sind, so daß die Detonationsenergie durch den Schlauch (6) von der Quelle (3) zur Ladung (1) übertragen werden kann.
2. 2. Energieübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (3) aus einem schlag- oder wärmeempfindlichen explosiven Material besteht.
3. 3. Energieübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengladung (1) aus einer nichtelektrischen Zündkapsel besteht.
4. 4. Energieübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schlauch (6) aus einem synthetischen Kunststoff besteht.

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