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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 sowie auf ein Verfahren
unter Verwendung einer solchen 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 I,eiter
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 am Zünderende des Lichtleiters ein
Licht in elektrischen Strom umsetzendes Fotoelementarray angeordnet ist, an welches
ein Stromkreis mit dem Initialzünder, einem elektronischen Schalter und einem parallel
zum Ausgang des Fotoelementarrays bzw. zum Initialzünder liegendem Kondensator angeschlossen
ist und - daß der Schalter über einen gesonderten Strompfad mit dem Fotoelementarray
verbunden ist.
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Bei diesem Verfahren wird am Zünderende des Lichtleiters keine Spannungsquelle
eingesetzt, sondern das Fotoelementarray dient
erst bei seiner gezielten
Aktivierung als SpannungsçuelEe rm Aufladen des Kondensators. Ein ungewolltes Auslösen
der Zündung kann somit nicht mehr eintreten, zumal der Kondensator, bei dessen Entladung
der Initialzünder - im folgenden kurz "Zündpille" genannt - ausgelöst wird, durch
einen einfachen Lichtimpuls bzw. durch einen kurzen Lichtstrahl nicht ausreichend
aufgeladen werden kann. Der Zündkreis wird vielmehr erst dann gezielt scharf gemacht",
wenn vom fernen Ende her genügend lange Licht über den Lichtleiter auf die Fotoelemente
de Arrays übertragen wird. Nach Aufladung des Kondensators wird der Stromkreis der
Zündpille außerdem erst durch den zusätzlich zu übertragenden Lichtimpuls wirksam,
durch welchen der Schalter geschlossen wird.
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Um zu verhindern, daß beispielsweise bei dauernd auf das Fotoelementarray
fallendem Sonnenlicht der Kondensator versehentlich aufgeladen wird, kann zwischen
dem Fotoelementarray und dem Kondensator ein Koppelelement angeordnet werden, das
nur bei spezifischen Wechselstromsignalen Energie überträgt. Über den Lichtleiter
müßten dann Lichtimpulse mit vorgegebener, spezifischer Frequenz übertragen werden,
so daß am Fotoelementarray eine Wechselspannung abgegriffen werden kann.
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Falls nach Aufladen des Kondensators die Zündung nicht ausgelöst wird
bzw. werden soll, kann der Kondensator durch einen parallel geschalteten ohmschen
Widerstand innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer wieder entladen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
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Fig. 2 bis 4 Ausschnitte aus der Schaltungsanordnung mit drei Ergänzungen
derselben.
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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
1 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 eingegangen.
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Am anderen Ende des Lichtleiters 1 ist ein Fotoelementarray 3 - im
folgenden kurz "Array" genannt - angebracht, durch welches einfallendes Licht in
elektrischen Strom umgesetzt wird. Im Array 3 ist eine große Anzahl von Fotoelementen
4 angebracht, die optisch parallel und elektrisch in Reihe liegen. An den Anschlüssen
5 und 6 kann je nach Intensität des über den Lichtleiter 1 einfallenden Lichts eine
mehr oder weniger große elektrische Spannung abgegriffen werden.
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An das Array 3 ist ein Stromkreis mit der Zündpille 7 und einem elektronischen
Schalter 8 angeschlossen, der vorzugsweise als Transistor ausgebildet ist. Dieser
Transistor ist über den Strompfad 9 mit seiner Basis mit dem Array 3 verbunden,
während seine Emitter-Kollektor-Strecke im geschilderten Stromkreis liegt. Parallel
zur Zündpille 7 bzw. zum Array 3 liegt ein Kondensator 10, zu dem ein ohmscher Widerstand
11 parallel angeschlossen ist.
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Das Verfahren nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Wenn die Zündpille
7 gezündet werden soll, dann wird von der Kommandozentrale (Kästchen 2) her solange
Licht über den Lichtleiter 1 zum Array 3 übertragen, bis der Kondensator 10 seine
für das Zünden erforderliche Ladespannung erreicht hat. Danach wird über einen vom
Kästchen 2 ausgehenden Lichtimpuls über
cien Lichtleiter 1, das
Array 3 und den Strompfad 9 bei -Schalter 8 geschaossen, d. h., der Transistor wird
stromdurchlässig gemacht. Hierdurch wird der Kondensator 10 schlagartig entladen
und die Zündpille 7 wird ausgelöst.
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Wenn nach Aufladung des Kondensators 10 aus irgendwelchen Gründen
die Zündung nicht ausgelöst werden soll, wäre der Stromkreis ständig "scharf" und
der Zündvorgang könnte theoretisch zu jedem beliebigen Zeitpunkt, auch unbeabsichtigt,
ausgelöst werden. Um dies zu vermeiden, ist der ohmsche Widerstand 11 vorgesehen,
über welchen der Kondensator 10 in vorgegebener Zeit, beispielsweise innerhalb von
drei Minuten, wieder entladen wird.
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Das Array 3 könnte bei unsachgemäßer Anordnung oder auch versehentlich
einer anderen Lichtquelle ausgesetzt sein, beispielsweise der Sonne. Um zu verhindern,
daß der Kondensator 10 dann ungewollt aufgeladen wird, kann zwischen Array 3 und
Kondensator 10 ein Bauteil eingeschaltet werden, das nur bei spezifischen Wechselstromsignalen
Energie überträgt.
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Ein solches Bauteil kann entsprechend Fig. 2 beispielsweise ein gestrichelt
umrandeter Übertrager 12 sein. Die Primärwicklung 13 des Übertragers 12 ist mit
den Anschlüssen 5 und 6 des Arrays 3 verbunden und seine Sekundärwicklung 14 liegt
im Stromkreis der Zündpille 7. Der Kondensator 10 wird über den Gleichrichter 15
aufgeladen, wenn der Übertrager 12 mit spezifischen, vorgegebeneneWechselstromimpulsen
versorgt wird.
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Hierzu werden über den Lichtleiter 1 vom Kästchen 2 aus Lichtimpulse
mit geeigneter Frequenz übertragen, so daß an den Anschlüssen 5 und 6 eine Wechselspannung
abgenommen werden kann.
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Der Übertrager 12 hat vorzugsweise ein von "1" abweichendes Übersetzungsverhältnis,
so daß auf der Sekundärseite eine höhere Spannung zur Verfügung steht.
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Statt des Übertragers 12 kann entsprechend Fig. 3 auch eine kondensatorgekoppelte
Vervielfacher- oder Inverterschaltung
(Delon-Schaltung) eingesetzt
werden, die durch die strichpunktierte Linie 16 angedeutet ist. Auch hier wird der
Kondensator 10, der Teil der Schaltung ist, nur bei einer bestimmten, vorgegebenen
Frequenz aufgeladen und damit der Zündkreis scharf gemacht.
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Der Schalter 8 kann beispielsweise dadurch geschlossen werden, daß
über den Lichtleiter 1 ein Signal mit einer anderen Wellenlänge übertragen wird,
als sie für die Aktivierung des Arrays 3 eingesetzt wird. Die beiden unterschiedlichen
Signale für das Array 3 einerseits und den Schalter 8 andererseits könnten aber
auch über zwei unterschiedliche Fasern im Lichtleiter 1 übertragen werden.
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Eine dritte Möglichkeit besteht entsprechend Fig. 4 darin, das Signal
für den Schalter 8 mit einer anderen Frequenz als das Signal für das Array 3 zu
senden, beispielsweise mit 20 kHz.
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In diesem Fall ist in den Strompfad 9 ein frequenzselektiver Filter
17 eingeschaltet, mit einem nachfolgenden Bauteil 18, das ebenso wie der Übertrager
12 Energie nur bei einer bestimmten Frequenz überträgt. Das Bauteil 18 kann also
auch ein Übertrager (Fig. 2) oder eine Delon-Schaltung (Fig. 3) sein.
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