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Schaltungsanordnung und Verfahren zum Auslösen einer
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Sprengladung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zum Auslösen einer Sprengladung, unter Verwendung eines Initialzünders, der durch
schlagartige Stromzufuhr zündbar ist, bei welcher zwischen einem Zündimpulsgeber
und dem Initialzünder mindestens ein Lichtleiter angeordnet ist und auf ein Verfahren
unter Ausnutzung der Schaltungsanordnung.
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Derartige Zünder werden beispielsweise zum Auslösen von seismischen
Sprengungen, von Sprengungen in Bohrlöchern oder von Sprengkörpern allgemein benötigt.
Die bisher als Initialzünder verwendeten Zündpillen werden durch elektrische Signale
ausgelöst, die über Verbindungsleitungen zwischen einem Zündimpulsgeber und einer
Zündpille übertragen werden. Wenn die Verbindungsleitung mit metallischen Leitern
ausgerüstet ist, besteht die Gefahr einer Fehlauslösung, da die metallischen Leiter
Antennen sind, von denen auch Störsignale bzw. Fremdsignale empfangen und weitergeleitet
werden.
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Durch die DE-PS 21 10 268 ist eine Schaltungsanordnung bekannt geworden,
wie sie eingangs beschrieben ist, bei welcher dieser Nachteil nicht vorhanden ist.
Die Verbindungsleitung besteht bei dieser bekannten Vorrichtung aus einem Lichtleitfaserbündel,
das gegenüber Störstrahlung unempfindlich ist. Auch bei dieser Vorrichtung kann
jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß der Zündvorgang unbeabsichtigt ausgelöst
wird, wenn versehentlich ein Lichtimpuls übertragen wird oder wenn der Zündmechanismus
beispielsweise durch Feinschluß versehentlich geladen wird. Die Gefahr der unbeabsichtigten
Auslösung der Zündung besteht bei dieser Anordnung aber auch dann, wenn das Lichtfaserbündel,
wie aus der Patentschrift entnehmbar, in einen Metallmantel eingebettet ist, der
wieder als Antenne wirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zum Auslösen einer Sprengladung anzugeben, die bei einfachem Aufbau besonders betriebssicher
ist und mit der garantiert ist, daß der Zündvorgang erst im Bedarfsfall ausgelöst
wird.
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Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung der eingangs geschilderten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, - daß an dem Zünderende des Lichtleiters
neben dem Initialzünder ein opto/elektrischer Wandler sowie zwei elektronisch Schalter,
eine Batterie, ein Koppelelement, das nur bei spezifischen Wechselstromsignalen
Energie überträgt, und ein Kondensator angeschlossen sind, - daß der erste elektronische
Schalter über einen ersten Strom pfad mit dem Wandler verbunden ist und gemeinsam
mit der Batterie und der einen Seite des Koppelelementsin einem ersten Stromkreis
liegt, - daß der zweite elektronische Schalter über einen zweiten Strompfad ebenfalls
mit dem Wandler verbunden ist und gemeinsam mit dem Initialzünder und der anderen
Seite des Koppelelements in einem zweiten Stromkreis liegt, - daß der Kondensator
parallel zum Ausgang des Koppelelements bzw. zum Initialzünder angeschlossen ist
und
- daß der in dem die Batterie aufweisenden ersten Stromkreis
liegende erste elektronische Schalter mittels über den Lichtleiter geführter Signale
mit hoher Frequenz ein- und ausschaltbar ist.
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In dieser Schaltungsanordnung sind die Spannungsquelle, nämlich die
Batterie, und der Initialzünder in zwei getrennten Stromkreisen angeordnet, die
so speziell miteinander'gekoppelt sind, daß der Initialzünder durch die Batterie
direkt nicht ausgelöst werden kann. Erst durch Betätigung des ersten elektronischen
Schalters und unter Vermittlung des Koppelelements wird der Zündkreis durch Aufladen
des Kondensators "scharf gemacht".
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Dieser Vorgang läuft gezielt erst dann ab, wenn er gewünscht wird
und wenn vom fernen Ende her entsprechende Signale mit bestimmten Frequenzen gesendet
werden, die den ersten elektronischen Schalter beeinflussen und dadurch das Koppelelement
wirksam werden lassen. Ein unerwünschtes Aufladen des Kondensators ist wegen des
Koppelelements auch dann nicht möglich, wenn der erste elektronische Schalter durch
einen Defekt geschlossen wird. Die Aufladung des Kondensators erfolgt nur dann,
wenn das Koppelelement durch Übertragung der spezifischen, vorgegebenen Wechselstromsignale
aktiviert wird und Energie übertragen kann.
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Falls nach Aufladen des Kondensators die Zündung nicht ausgelöst wird
bzw. werden soll, wird der Kondensator durch einen parallel geschalteten ohmschen
Widerstand innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer wieder entladen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung
nach der Erfindung.
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Fig. 2 und 3 Ausschnitte aus der Schaltungsanordnung mit einer Abwandlung
bzw. Ergänzung der Schaltungsanordnung.
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In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung der Einfachheit halber
am Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erläutert, in welcher das Koppelelement als Übertrager
dargestellt ist.
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Prinzipiell kann jedoch jedes geeignete Koppelelement verwendet werden,
das nur durch vorgegebene Wechselstromsignale aktiviert werden kann.
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Mit 1 ist ein Lichtleiter bezeichnet, der eine beliebige Länge hat
und in eine lichtundurchlässige Umhüllung eingebettet ist.
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Der Aufbau dieses Lichtleiters ist beliebig. Er kann aus einer Faser,
jedoch auch aus einem Bündel von Fasern bestehen. Am einen Ende des Lichtleiters
l-ist eine durch ein Kästchen 2 angedeutete Vorrichtung zum Auslösen einer Zündung
angeordnet, wobei in dem Kästchen alle erforderlichen Bauteile für das Auslösen
der Zündung und die Steuerung der Schaltungsanordnung untergebracht sind. Diese
Bauteile sind bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Es wird daher nicht näher
darauf eingeganges Am anderen Ende des Lichtleiters 1 ist ein opto/elektrischer
Wandler 3 angeordnet, in welchem die über den Lichtleiter 1 übertragenen optischen
Signale in elektrische Impulse umgesetzt werden. Über einen ersten Strompfad a ist
an den Wandler 3 ein erster elektronischer Schalter 4 angeschlossen. Ein zweiter
elektronischer Schalter 5 ist über einen zweiten Strompfad b mit dem Wandler 3 verbunden.
Die Schalter 4 und 5 sind vorzugsweise als Transistoren ausgebildet, deren Basis
jeweils mit dem Wandler 3 verbunden ist.
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Der erste Schalter 4 liegt zusammen mit einer Batterie 6 und der Primärwicklung
7 einesÜbertragers 8 in einem Stromkreis.
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Der zweite Schalter 5 liegt in einem zweiten Stromkreis, zusammen
mit dem Initialzünder 9 - im folgenden kurz "Zündpille" genannt -, der Sekundärwicklung
10 des Übertragers 8 und einem Gleichrichter 11. Parallel zur Sekundärwicklung 10
und damit auch parallel zur Zündpille 9 ist ein Kondensator 12 angeschlossen. Parallel
zu dem Kondensator liegt weiterhin ein ohmscher Widerstand 13.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet beispielsweise wie folgt:
Solange aus der Vorrichtung 2 kein Signal an die Schaltungsanordnung gelangt, ist
es nicht möglich, die Zündpille 9 zur Explosion zu bringen. Für den Zündvorgang
ist es vielmehr erforderlich, daß der Kondensator 12 aufgeladen wird, und zwar auf
eine Ladespannung, die so hoch ist, daß die Zündspannung der Zündpille 9 erreicht
wird. Zum Aufladen des Kondensators 12 werden über den Lichtleiter 1 Impulse übertragen,
durch welche der Schalter 4 mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet wird.
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Die Impulse werden beispielsweise mit einer Frequenz von 30 kHz übertragen,
so daß der Schalter 4 pro Sekunde 30.000 Mal geöffnet und geschlossen wird. Hierdurch
wird die von der Batterie 6 gelieferte Gleichspannung in eine Art Wechselspannung
überführt, so daß der Übertrager 8 wirksam werden kann.
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Dieser Übertrager hat vorzugsweise ein von eins abweichendes Übersetzungsverhältnis
, so daß auf der Sekundärseite eine höhere Spannung abgenommen werden kann, welche
über den Gleichrichter 11 zur Aufladung des Kondensators I2 führt.
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Sobald der Kondensator 12 eine vorgegebene Ladespannung erreicht hat,
kann die Zündpille 9 gezündet werden. Hierzu wird von der Vorrichtung 2 ein weiteres
Signal zum Schalter 5 gegeben, der den zweiten Stromkreis schließt und für die Entladung
des Kondensators 12 sorgt.
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Der Schalter 5 kann beispielsweise dadurch geschlossen werden, daß
über den Lichtleiter 1 ein Signal mit einer anderen Wellenlänge als das Signal zur
Betätigung des Schalters 4 übertragen wird. In diesem Fall wird jedoch ein zweiter
opto/elektrischer Wandler benötigt. Das gilt auch für den Fall, daß die beiden Signale
für die beiden Schalter 4 und 5 über zwei unterschiedliche Fasern im Lichtleiter
1 übertragen werden.
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Eine dritte Möglichkeit besteht entsprechend Fig. 2 darin, das Signal
für den Schalter 5 mit einer anderen Frequenz als das Signal für den Schalter 4
zu senden, beispielsweise mit
20 kHz. In diesem Fall ist in den
Strompfad b ein frequenzselektives Filter 14 eingeschaltet, mit einem nachfolgenden
Bauteil 15, das ebenso wie der Übertrager 8 Energie nur bei einer bestimmten Frequenz
durchläßt. Das Bauteil 15 kann also auch ein Übertrager sein.
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Statt des Übertragers 8 kann entsprechend Fig. 3 als Koppelelement
auch eine kondensatorgekoppelte Vervielfacher - oder Inverterschaltung (Delon-Schaltung)
eingesetzt werden, die durch die strichpunktierte Linie 16 angedeutet ist. Auch
hier wird der Kondensator 12, der Teil der Schaltung ist, nur bei einer bestimmten,
vorgegebenen Frequenz aufgeladen und damit der Zündkreis scharf gemacht Auch bei
dem Bauteil 15 kann es sich um eine Delon-Schaltung handeln.
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Wenn nach Aufladung des Kondensators 12 aus irgendwelchen Gründen
die Zündung nicht ausgelöst werden soll, wäre die Schaltungsanordnung ständig "scharf"
und der Zündvorgang könnte theoretisch zu jedem beliebigen. Zeitpunkt, auch unbeabsichtigt,
ausgelöst werden. Um dies zu vermeiden, ist der ohmsche Widerstand 13 vorgesehen,
über welchen der Kondensator 12 in vorgegebener Zeit, beispielsweise innerhalb von
drei Minuten, wieder entladen wird.
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Insgesamt ist somit eine Schaltungsanordnung angegeben, mit der sichergestellt
ist, daß die Zündpille 9 nur dann gezündet wird, wenn dies von der Kommandozentrale
aus gewünscht wird.
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Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit kann außerdem die Spannung der
Batterie 6 so gewählt werden, daß sie niedriger als die Ladespannung des Kondensators
12 ist, die für die Auslösung der Zündpille 9 benötigt wird. Die notwendige Ladespannung
wird durch das von eins abweichende Übersetzungsverhältnis des Übertragers 8 trotzdem
erreicht.
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