DE3025703C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Energieübertragungs­ einrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-PS 1 853 ist eine Sicherheitszündschnur bekannt, deren Seele aus nitrierten Pflanzenfasergespinsten herge­ stellt ist, welche mit verschiedenen Salzlösungen behandelt sind. Die bekannte Sicherheitszündschnur soll langsam brennen und wird zum Schutz vor Feuchtigkeit mit einem wasserdichten Überzug versehen.

Zur Zündung von Sprengkörpern werden im Bergbau drei Hauptverfahren angewandt, und zwar die elektrische Zün­ dung, die Pulverzündung und die Zündung mit Hilfe einer Knallzündschnur.

Im industriellen Bergbau, im Steinbruch, im Tunnel- sowie Schachtbau wendet man zur Zündung von Sprengladun­ gen am häufigsten die elektrische Zündung an. Das elek­ trische Sprengzünden wird als sicherstes Verfahren ange­ sehen, da der Sprengmeister alle Sprengzünder sowohl vor als auch nach dem Einsetzen in dem Sprengloch, beispielsweise in einem Bohrloch, elektrisch überprüfen kann. Dabei läßt sich der gesamte elektrische Spreng­ kreis oder lediglich ein Teil davon mit einem zugelas­ senen Sprengmeistergalvanometer oder einem ebenfalls zu­ gelassenen Sprengmeister-Vielfachmeßgerät überprüfen. Die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens auf unexplodier­ tem Sprengstoff in beispielsweise einem Schlickpaket ist weitestgehend vermindert. Auch die Verletzungsge­ fahr durch ein zufälliges Graben in den Sprengstoff ist ebenfalls weitgehend ausgeschaltet. Bei der elektri­ schen Sprengzündung wird jeder Sprengkörper durch elek­ trischen Strom gezündet, der durch isolierte Drähte geleitet und von einer in sicherem Abstand zum Spreng­ stoff befindlichen Quelle erzeugt wird. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt in der genauen Zeitwahl für die Sprengung, was zu einer sehr gut koordinierten Zündung einer Reihe von Zündladungen führt. Ein Nachteil der elektrischen Zündung liegt jedoch darin, daß der gesam­ te elektrische Zündkreis oder auch nur ein Teil davon durch äußere Elektrizität unbeabsichtigt aktierbar ist.

Bei der Pulverzündung wird die Sprengkapsel durch Ver­ brennung entzündet, die in sicherem Abstand zur Spreng­ kapsel ausgelöst wird und entlang der Sprengschnur zur Sprengkapsel brennt. Aufgrund der verhältnismäßig lang­ samen Verbrennung und der Schwankungen aufgrund un­ gleichmäßiger Pulververteilung ist die Pulverzündung für ein Sprengen in kurzen Abständen ungeeignet.

Das dritte bekannte Verfahren zum Zünden eines Spreng­ körpers ist die Verwendung einer Knallzündschnur, wobei die Zündenergie entlang der Schnur zu dem Zünder gelei­ tet wird. Zur sicheren Fortleitung der Zündenergie zur Zündeinrichtung oder zum Sprengstoff weist eine übliche Knallzündschnur normalerweise 0,26 bis 26 g von hochexplosivem Stoff je 30 cm Länge auf. Der Sprengstoff ist üblicherweise PETN (Penta­ erythrit-tetranitrat), RDX (Hexogen) oder TNT (Trinitro­ toluol) mit einer Massendichte von mehr als 1,0 g/cm³, während die Detonationsgeschwindigkeit etwa 6000 m/s be­ trägt. Die hohe Dichte und die große Detonationsgeschwindig­ keit liefern eine hochbrisante Detonation, die in der Lage ist, die meisten Sprengstoffe mit Sprengkapseln zu zünden. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Knall­ zündschnur liegt darin, daß die zwangsläufig dabei auf­ tretenden seitlichen Detonationen andere als die beabsichtigten Sprengstoffe zünden können. Ist bei­ spielsweise eine bestimmte Länge von Detonationszündschnur in einem Bohrloch neben einer explosiven Ladung unter­ gebracht und soll eine Zündung am Boden des Bohrloches erfolgen, dann ist es häufig der Fall, daß die seitliche Detonation der Zündschnur die Hauptladung bereits im oberen Teil des Bohrloches auslöst und damit zu einem schlechten Steinbruch führt. Wird hingegen zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten eine verhältnismäßig unempfindliche Sprengladung anstelle der Sprengkapsel­ ladung verwendet, dann wird der Sprengstoff häufig von der Detonationszündschnur nicht gezündet, sondern einfach zu­ sammengedrückt. Die Hauptladung detoniert dabei nicht oder nur teilweise und mit verringerter Geschwindigkeit.

Wird eine bekannte Detonationszündschnur über dem Erdboden verwendet, dann ruft ihre Überschußenergie Lärm und Luftknall hervor, die in bewohnten Gebieten unzulässig sind und aufgrund von herumfliegenden Stücken eine Ver­ letzungsgefahr bergen.

Aus der US-PS 35 90 739 ist bereits ein niederenergeti­ sches Sprengrohr bekannt, welches eine übermäßige Bri­ sanz dadurch vermeidet, daß das Rohr hohl ist und daß nur eine dünne Beschichtung mit explosivem Pulver an der Innenwand erfolgt. Nach der Zündung wird eine Detonationswelle erzeugt, die durch das hohle Rohr läuft. Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß Krümmungen, Knicke, Knoten, Krimpfungen oder Schnitte im Rohr den Fortlauf der Sprengwelle behindern und u. U. völlig unterbinden können. Außerdem kann eine ungleichmäßige Verteilung des Sprengpulvers aufgrund von Abblätterung zu gefährlichen hohen lokalen Konzen­ trationen von Sprengstoff führen, die an manchen Stel­ len des Rohres auftreten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Energieübertra­ gungseinrichtung ähnlich einer Detonationszündschnur zu schaf­ fen, die eine geringe Brisanz besitzt, so daß unbeab­ sichtigte Detonationen und andere Unfälle aufgrund von seitlichen Detonationsdruckwellen ausgeschlossen werden. Außerdem soll die Einrichtung hinreichende Detonations­ kraft besitzen, um über kleinere Barrieren oder Luft­ spalte hinwegzulaufen, die aufgrund von Krimpfung, Knickung oder Biegung der Schnur auftreten und wobei das Absetzen des Sprengpulvers im Rohr verhindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Einrichtung mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merk­ malen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Ausführung der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Energieübertragungsein­ richtung gemäß Fig. 1 entlang der Linien 2-2;

Fig. 3 einen Längsschnitt entlang den Linien 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine andere Ausfüh­ rung der Erfindung; und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausfüh­ rung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zum Zünden hochexplosi­ ver Sprengstoffe in Form einer Energieübertragungsein­ richtung 10. Die Energieübertragungseinrichtung 10 weist ein längliches Rohr 12 auf, welches einen detonationsfähigen Stoff lose einschließt, beispielsweise gemäß Fig. 2 einen Faden 14.

Das längliche Rohr 12 ist im Querschnitt kreisförmig, obgleich auch jede andere Form wählbar ist. Das läng­ liche Rohr 12 besteht vorzugsweise aus einem verhältnis­ mäßig flexiblen Polymeren, es ist aber auch aus einem steifen Material herstellbar. Unter "flexibel" wird dabei eine Biegung des länglichen Rohres 12 in Längs­ richtung verstanden. Vorzugsweise besteht das längliche Rohr 12 aus einem nicht elastomeren Polymerstoff. Bei­ spiele dafür sind Polyethylen, Polypropylen, Polyvinyl­ chlorid, Polybutylen, Ionomer, Nylon u. ä.

Ein praktischer Bereich für den Außendurchmesser liegt zwischen etwa 1,6 und 6,4 mm, während ein praktischer Bereich für den Innendurchmesser zwischen etwa 0,8 und 2,4 mm liegt.

Bei der Auswahl eines Außendurchmessers, eines Innen­ durchmessers und des Materials für das längliche Rohr 12 ist zweckmäßigerweise zu beachten, daß die Energie des detonationsfähigen Stoffes 14 während der Oxydation frei wird, so daß das längliche Rohr 12 bruchfest gebaut sein muß. Auf diese Weise wird eine zufällige Zündung anderer Sprengstoffe praktisch ausgeschaltet, die in der Nähe der Energieübertragungseinrichtung 10 liegen. Außerdem wird eine Zerstörung oder Beschädigung der Umgebung verhindert.

Gemäß Fig. 1 hat die Energieübertragungseinrichtung 10 ein erstes Ende 16 und ein zweites Ende 18. Eine Aus­ löseeinrichtung, beispielsweise eine Kaliber zweiund­ zwanzig Kapselhülse 20 ist an das erste Ende 16 der Energieübertragungseinrichtung 10 angeschlossen. Das zweite Ende 18 der Energieübertragungseinrichtung 10 ist mit einem Empfangsteil verbunden, beispielsweise einer Sprengkapsel 22, die zur Zündung einer nicht dargestellten Sprengladung geeignet ist.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführung der Energieübertragungseinrichtung 10, und zwar entlang der Linie 2-2 in Fig. 1. In dem länglichen Rohr 12 ist eine zusammenhängende Masse von detonationsfähigem Stoff in Form eines Fadens 14 eingeschlossen, der in den Fig. 2 und 3 erkennbar ist. Der Faden 14 ist entweder ein Einzelstrang oder besteht aus vielen Strän­ gen in Form eines gewobenen oder gesponnenen Fadens. Vorzugsweise liegt der Faden 14 lose innerhalb des länglichen Rohres 12 eingeschlossen, so daß ein Luft­ raum 24 im hohlen Teil des länglichen Rohres 12 vor­ liegt. Der Faden 14 ist vorzugsweise an einer Seiten­ wand oder an Seitenwänden in der Nähe der ersten und zweiten Enden 16 und 18 des länglichen Rohres 12, und zwar beispielsweise durch Klebung oder Umbiegung des Rohres 12 befestigt.

Der detonationsfähige Stoff kann in verschiedener Form vorliegen, muß jedoch stets lose im Inneren des längli­ chen Rohres 12 eingeschlossen sein. Unter "lose einge­ schlossen" wird dabei verstanden, daß der detonationsfähige Stoff nicht notwendigerweise an den Seitenwänden des Rohres angebracht oder befestigt ist, obgleich er von diesen umschlossen wird. Es kommt lediglich darauf an, daß er kontinuierlich oder diskontinuierlich über die gesamte Länge des länglichen Rohres 12 hinreichend verteilt ist, um eine heiße Gas­ welle als Plasma weiterzuleiten. Der detonationsfähige Stoff läßt sich derart herstellen, daß er hinreichende Strukturfestigkeit als lose im länglichen Rohr 12 einge­ schlossener Körper aufweist, und zwar beispielsweise in Form eines Fadens 14 gemäß den Fig. 2 und 3. Der Stoff kann andererseits von der Struk­ turfestigkeit der Seitenwände des Rohres 12 profitie­ ren, um seinen Zusammenhang als kontinuierliche oder diskontinuierliche Masse aufrechtzuerhalten. In einer Ausführung ist der detonationsfähige Stoff beispiels­ weise eine Masse feiner, haarartiger Stränge, die den gesamten Innenraum des länglichen Rohres 12 oder zusam­ menhängende Teile davon lose ausfüllen. Die Stränge können flauschartig zu einer losen Füllung zusammenge­ faßt sein, die im Aussehen und im Gefüge ähnlich wie Fusseln bzw. Fädchen oder Baumwolle sind. Dies verdeut­ licht Fig. 4, wobei in der Energieübertragungseinrich­ tung 26, inbesondere im länglichen Rohr 28, selbstoxy­ dierendes Material 30 eingeschlossen ist, welches das Aussehen und das Gefüge von Baumwolle besitzt.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist der detonationsfähige Stoff ein vielfach segmentierter Faden oder Strang. Dieser kann als Einzelfaden oder als Vielfachfaden gewebt oder gespon­ nen sein. Der Faden kann außerdem im länglichen Rohr 12 unterbrochen und überlappend vorliegen. Fig. 5 zeigt eine Ausführung, bei der die Energieübertragungseinrich­ tung 32 ein längliches Rohr 34 mit eingeschlossenem detonationsfähigem Stoff 36 aufweist, das unterbro­ chene und überlappende Stränge besitzt. Der Stoff ist in jeder der zuvor beschriebenen Ausführungen, jedoch insbesondere in der nicht orien­ tierten, flauschigen oder in der orientierten Füllung gemäß den Fig. 4 und 5 innerhalb des Rohres zusammen­ hängend oder nicht zusammenhängend. Es kommt lediglich darauf an, daß er nach der Zündung explodiert oder schnell abbrennt und damit eine Stoßwelle in Form einer heißen Gaswelle als Plasma durch das Rohr leitet, und zwar von der Zündstelle zu dem entfernten Ende, an dem die Stoß- oder Hitzeenergie eine nützliche Funktion ausübt und beispielsweise eine Zündkappe, ein Verzögerungselement, ein Relaiselement oder eine ähnliche Einrichtung zündet. Diskontinuitäten können daher über die gesamte Länge des länglichen Rohres 12 im detonationsfähigen Stoff auftreten, so­ lange die als Plasma weitergeleitete heiße Gaswelle die Diskontinuitäten überbrücken und das anschließende, selbstoxydierende Material zünden kann, um das Plasma in Vorwärtsrichtung durch das längliche Rohr 12 weiter­ zuleiten. Versuche haben gezeigt, daß die Plasmafront Unterbrechungen von 28 cm in einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung überbrückt haben.

Die Detonationsgeschwindigkeit des detonationsfähigen Stoffes soll zwischen 1200 und 1800 m/s liegen. Sie läßt sich durch Veränderung der Zusammensetzung des detonationsfähigen Stoffes verändern. Jeder detonationsfähige Stoff, der sich als Einzelfaden oder Vielfachfaden in zuvor erwähn­ ter Weise herstellen und lose im länglichen Rohr 12 einschließen läßt und außerdem eine Detonationsgeschwin­ digkeit von 1200 bis 1800 m/s hat und der außerdem ein Explosionssignal in Form eines Plasmas durch das längli­ che Rohr 12 ohne dessen Zerstörung leitet, ist gemäß Erfindung verwendbar. In einer Ausführung der Erfindung ist der detonationsfähige Stoff Nitrocellulose. Nitrocellulose umfaßt sowohl unveränderte nitrier­ te Cellulose als auch chemisch veränderte nitrierte Cellulose, beispielsweise durch Halogenierung. Der detonationsfähige Stoff läßt sich andererseits auch aus extrudierten Fäden von flexiblen Plastiksprengstoffen formen. In einer Ausführung ist der detonationsfähige Stoff ein stark feuchtigkeitsunempfindlicher, flexibler Pla­ stiksprengstoff in Form von Einzel- oder Vielfachfäden mit RDX oder HMX o. ä. Geeignete Fäden werden aus flexiblen Plastiksprengstoffmischungen gemäß US-PS 34 00 025 und 33 17 361 extrudiert oder geformt. Die Detonationsgeschwindigkeit des Stof­ fes läßt sich ebenfalls durch Wahl der Oberflächenbe­ schichtung des detonationsfähigen Stoffs mit geflock­ tem oder aufgesprühtem Aluminium, RDX, HMX, PETN oder ähnlichen Stoffen verändern. In Verbindung mit der Aus­ führung gemäß den Fig. 4 und 5 lassen sich feine Fäden von detonationsfähigem Stoff mit den zuvor beschriebenen Stoffen beschichten, oder diese Stoffe können lose über die Fasermasse verteilt sein.

Der im länglichen Rohr 12 eingeschlossene detonationsfähige Stoff hat eine Strukturfestigkeit, die selbst bei einer Biegung des Rohres 12 um 180° eine Fortlei­ tung der Detonationsenergie gestattet und ein fortlau­ fendes Brennen über die Biegungsstelle hinaus zuläßt. Sollte die Energieübertragungseinrichtung daher gebo­ gen, gekrimpft, geknüpft, eingeschnitten oder einge­ klemmt sein, so kann das Explosionssignal trotzdem zu einer Empfangsstelle, beispielsweise einer Zündkapsel 22, weitergeleitet werden.

Die Energieübertragungseinrichtung 10 wird durch eine kleine Sprengkapsel gezündet, beispielsweise durch eine Kapselhülse 20 aus Metall vom Kaliber zweiundzwan­ zig. Nach dieser Aktivierung überträgt die Energieüber­ tragungseinrichtung 10 ein Explosionssignal von der Kapselhülse 20 gemäß Fig. 1 zu der entfernten Zünd­ kapsel 22. In einer anderen Ausführung überträgt die Energieübertragungseinrichtung 10 das Explosionssignal zu einem Signalverzögerungselement, zu einem Signal­ relaiselement oder zu irgendeinem anderen Element.

In allen Ausführungen weist der detonationsfähige Stoff eine ausreichende Zugfestigkeit und Strukturfestig­ keit auf, so daß keine Unterbrechung des Energietrans­ portes beim Biegen, Krimpfen, Knicken, Schneiden oder Einklemmen des Rohres erfolgt.

Claims (10)

1. Energieübertragungseinrichtung zur Übertragung eines Explosionssignals von einer Zündstelle zu einer Emp­ fangsstelle, gekennzeichnet durch

• a) ein bruchfestes Rohr (12) und durch
• b) einen Einzel- oder Vielfach­ faden (14, 30, 36) aus einem feuchtigkeitsunempfind­ lichen Plastiksprengstoff oder Nitrocellulose, ggf. mit einem sprengstoffmodifizierenden Stoff versetzt, wobei der Einzelfaden oder die Vielfachfäden lose in dem Rohr (12) eingeschlossen ist (sind) und sich im wesentlichen über die Länge des Rohres (12) zur Weiterleitung eines Explosionssignals erstrecken, und
• c) die Detonationsgeschwindigkeit 1200 bis 1800 m/s beträgt.

2. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Rohr (12, 28, 34) flexibel ist.

3. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der detonationsfähige Stoff (14) ein sich über das gesamte Rohr (12) erstreckender, zusammenhängender Strang ist.

4. Energieübertragungeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der detonationsfähige Stoff (30) eine lose Vielfasermasse ist.

5. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermasse diskontinu­ ierlich, aber im wesentlichen gleichmäßig über das Innere des länglichen Rohres (28) verteilt ist.

6. Energieübertragungseinrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Rohr (12) aus einem flexiblen, nicht-elasto­ meren Polymeren besteht.

7. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Polymere aus der Gruppe von Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polybutylen, Ionomer und Nylon ausgewählt ist.

8. Energieübertragungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des länglichen Rohres (12) zwischen 1,6 mm und 6,4 mm und der Innendurchmesser zwischen 0,8 mm und 2,4 mm liegt.

9. Energieübertragungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Explosionssignal über eine 180°-Biegung des Rohres (12) ungehindert weiterleitbar ist.

10. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der detonationsfähige Stoff eine zusammenhängende Masse von Vielfachfäden ist.