DE3412798C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnung geht aus der DE-PS 21 10 268 hervor.

Derartige Schaltungsanordnungen 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.

Das gilt auch für die Schaltungsanordnung nach der US-PS 37 50 586, bei welcher zwischen einem Zündimpulsgeber und dem Zünder metallische Leiter liegen. Die Stromquelle zum Aufladen eines Kondensators, durch dessen Entladung ein Zünder gezündet wird, befindet sich bei dieser Schaltungsanordnung am Anfang der Übertragungsstrecke, also im Bereich des Zündimpulsgebers. Der Strom für den Kondensator wird unter Zwischenschaltung einer Kupplung über die metallischen Leiter übertragen. Der Zündkreis ist bereits dann scharf, wenn ein am Anfang der Übertragungsstrecke liegender Schalter geschlossen und der Kondensator ausreichend aufgeladen sind. Das kann ganz schnell auch bei einem versehentlichen Schließen des Schalters oder bei einem anderen Schließen des Stromkreises geschehen. Die Zündung des Zünders kann nach Angaben dieser Druckschrift in drei Fällen erfolgen, und zwar wenn ein zur Schaltungsanordnung gehörender Zerstörungsmelder zerstört wird oder wenn die Kupplung kurzgeschlossen oder geöffnet wird oder wenn ein zur Auslösung einer Sprengung am Anfang der Übertragungsstrecke vorhandener Schalter geschlossen wird. Dabei sind zumindest die beiden ersten Möglichkeiten völlig unkontrolliert, so daß eine große Gefahr besteht, daß Sprengungen versehentlich ausgelöst werden.

Bei der Schaltungsanordnung nach der eingangs erwähnten DE-PS 21 10 268 ist dieser Nachteil nicht vorhanden. Die Verbindungsleitung besteht bei dieser bekannten Schaltungsanordnung aus einem Lichtleitfaserbündel, das gegenüber Störstrahlung unempfindlich ist. Auch bei dieser Schaltungsanordnung 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 hier aber auch dann, wenn das Lichtfaserbündel, wie aus der Patentschrift entnehmbar, in einen Metallmantel eingebettet ist, der wieder als Antenne wirkt.

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.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit dieser Schaltungsanordnung ist ein versehentliches Auslösen des Initialzünders - im folgenden kurz "Zündpille" genannt - nicht mehr möglich. Sowohl das Aufladen als auch das Entladen des Kondensators werden durch den Mikroprozessor gesteuert, und zwar mit getrennten Signalen. So wird der Zündkreis mittels des Mikroprozessors erst durch Aufladen des Kondensators "scharf" gemacht, wozu der erste elektronische Schalter geschlossen wird, der zwischen der Stromquelle und dem Kondensator liegt. Aber auch ein versehentliches Aufladen des Kondensators aus der Stromquelle bleibt ohne Bedeutung, da der Kondensator erst durch ein gezieltes Signal des Mikroprozessors durch Schließen des zweiten elektronischen Schalters entladen wird.

Der Mikroprozessor bietet den weiteren Vorteil, daß durch Rückmeldung über den Lichtleiter zur Zentrale die Funktionsfähigkeit aller Bauteile der Schaltungsanordnung jederzeit überprüft werden kann. Das ist beispielsweise von Bedeutung, wenn geprüft werden soll, ob der Kondensator ausreichend aufgeladen ist. Für diese Überprüfungen kann ein Meßgerät verwendet werden, das vom Mikroprozessor angesteuert wird und das mit allen Bauteilen der Schaltungsanordnung verbunden ist. Die Meßwerte dieses Meßgeräts können über einen zweiten elektro/optischen Wandler dem Lichtleiter zugeführt und zur Zentrale übertragen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Überansprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung in einfachster Ausführungsform,

Fig. 2 bis 5 sinnvolle Ergänzungen der Schaltungsanordnung.

Mit 1 ist ein Lichtleiter bezeichnet, der eine beliebige Länge hat und in eine lichtdurchlässige Umhüllung eingebettet ist. 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 angedeutete Zentrale 2 zum Auslösen einer Zündung angeordnet, wobei in dem Kästchen alle erforderlichen Bauteile für das Auslösen der Zündung, wie beispielsweise ein Zündimpulsgeber, und die Steuerung der Schaltungsanordnung untergebracht sind. Diese Bauteile sind bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Es wird daher nicht näher darauf eingegegangen.

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. An den Wandler 3 ist ein Mikroprozessor 4 angeschlossen. Eine Stromquelle 5 liegt mit einem ersten elektronischen Schalter 6, der hier als Transistor ausgeführt ist, und einem Kondensator 7 in einem Stromkreis. Parallel zum Kondensator 7 liegen eine Zündpille 8 (Initialzünder) und ein ohmscher Widerstand 9. In dem Strompfad zwischen Kondensator 7 und Zündpille 8 ist weiterhin ein zweiter elektronischer Schalter 10 angeordnet, der wieder als Transistor ausgebildet ist. Beide elektronischen Schalter 6 und 10 sind mit dem Mikroprozessor 4 verbunden.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Über den Lichtleiter 1 wird von der Zentrale 2 aus Licht übertragen, so daß der Mikroprozessor 4 mit Strom versorgt wird und arbeiten kann. Durch einen von der Zentrale 2 veranlaßten Befehl des Mikroprozessors 4 wird der Schalter 6 geschlossen, wodurch der Kondensator 7 aus der Stromquelle 5 aufgeladen wird. Der Zündkreis mit der Zündpille 8 ist damit "scharf" gemacht. Zum Zünden der Zündpille 8 wird - gesteuert von der Zentrale 2 - ein weiterer Befehl vom Mikroprozessor 4 vom Schal­ ter 10 gegeben, der geschlossen wird und dadurch den Kondensator 7 schlagartig entlädt.

Für den Fall, daß nach Aufladung des Kondensators 7 die Zündung nicht ausgelöst werden soll, wird der Kondensator 7 über den ohmschen Wider­ stand 9 nach kurzer Zeit wieder entladen.

Der Mikroprozessor 4 dient nicht nur zur Betätigung der Schalter 6 und 10, sondern er kann auch zur Überwachung der Funktionsfähigkeit aller Teile der Schaltungsanordnung mit Rückmeldung an die Zentrale verwendet werden. Dazu kann gemäß der vereinfachten Darstellung in Fig. 2 ein Meßgerät 11 verwendet werden, das an den Mikroprozessor 4 angeschlossen ist. Das Meßgerät 11 ist mit dem Kondensator 7 und der Zündpille 8 sowie selbstverständlich mit allen anderen Bauteilen der Schaltungsanordnung einerseits und mit einem elektro/optischen Wand­ ler 12 andererseits verbunden. Der Wandler 12 ist seinerseits über den Lichtleiter 1 mit der Zentrale 2 verbunden. Durch den Mikroprozessor 4 ist auf diese Weise ein Dialog mit der Zentrale 2 möglich, die jederzeit die Funktionsfähigkeit aller Bauteile der Schaltungsanordnung abfragen kann.

Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit gegen ungewolltes Auslösen der Zündpille 8 kann die Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 3 oder 4 erweitert werden.

Gemäß Fig. 3 ist statt des Wandlers 3 ein Fotoelementarray 13 - im folgenden kurz "Array" genannt - am Ende des Lichtleiters 1 angeordnet. Durch das Array 13 wird vom Lichtleiter 1 zugeführtes Licht in elektri­ schen Strom umgesetzt. Im Array 13 ist eine große Anzahl von Fotoelemen­ ten 14 angebracht, die optisch parallel und elektrisch in Reihe liegen. Der Mikroprozessor 4 ist an das Array 13 angeschlossen und der Konden­ sator 7 wird aus dem Array 13 aufgeladen, wenn der Schalter 6 durch den Mikroprozessor 4 geschlossen ist. Die sonstige Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist die gleiche wie schon für Fig. 1 geschildert.

Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit gegen unerwünschtes Auslösen der Zündpille 8 kann nach Fig. 4 zwischen die Stromquelle 5 und den Konden­ sator 7 ein Koppelelement eingeschaltet werden, das Energie nur bei spezifischen Wechselstromsignalen überträgt. Das Koppelelement ist hier als Überträger 15 ausgeführt. Der Schalter 6 liegt zusammen mit der Stromquelle 5 und der Primärwicklung 16 des Übertragers 15 in einem Stromkreis. Der Schalter 10 liegt in einem zweiten Stromkreis, zusammen mit der Zündpille 8, der Sekundärwicklung 17 des Übertragers 15 und einem Gleichrichter 18. Parallel zur Sekundärwicklung 17 und damit auch parallel zur Zündpille 8 ist der Kondensator 7 angeschlossen. Parallel zu dem Kondensator 7 liegt der ohmsche Widerstand 9.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 arbeitet prinzipiell genauso, wie die nach Fig. 1 und 3. Es muß nur der Übertrager 15 aktiviert werden. Hierzu werden vom Mikroprozessor 4 nach entsprechendem Befehl von der Zentrale 2 Impulse geliefert, durch welche der Schalter 6 mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet wird. Die Impulse haben beispielsweise eine Frequenz von 30 kHz, so daß der Schalter 6 pro Sekunde 30 000mal geöffnet und geschlossen wird. Hierdurch wird die von der Stromquelle 5 gelieferte Gleichspannung in eine Art Wechselspannung überführt, so daß der Übertrager 15 wirksam werden kann. Der Übertrager 15 hat vorzugs­ weise ein von "1" abweichendes Übersetzungsverhältnis, so daß auf der Sekundärseite eine höhere Spannung abgenommen werden kann, welche über den Gleichrichter 18 zur Aufladung des Kondensators 7 führt. Wenn der Kondensator 7 die vorgegebene Ladespannung erreicht hat, kann die Zündpille 8, wie schon für Fig. 1 geschildert, gezündet werden.

Statt des Übertragers 15 kann entsprechend Fig. 5 als Koppelelement auch eine kondensatorgekoppelte Vervielfacher- und Inverterschaltung (Delon-Schaltung) eingesetzt werden, die durch die strichpunktierte Linie 19 angedeutet ist. Auch hier wird der Kondensator 7, der Teil der Schaltung ist, nur bei einer bestimmten, vorgegebenen Frequenz aufgela­ den und damit der Zündkreis scharf gemacht.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zum Auslösen einer Sprengladung unter Verwendung eines Initialzünders, der durch schlagartige Stromzufuhr zündbar ist, bei welcher zwischen einem Zünd­ impulsgeber und dem Initialzünder mindestens ein Licht­ leiter angeordnet ist, an dessen im Bereich des Initial­ zünders liegendem Zünderende mindestens ein opto/elek­ trischer Wandler angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,

• -daß am Zünderende des Lichtleiters (1) eine den Strom für die Zündung des Initialzünders (8) liefernde Stromquelle (5) angeordnet ist, in deren Stromkreis ein Kondensator (7) und ein erster elektronischer Schalter (6) liegen,
• - daß der Initialzünder (8) parallel zu dem Kondensator (7) angeschlossen ist,
• - daß zwischen Kondensator (7) und Initialzünder (8) ein zweiter elektronischer Schalter (10) eingeschaltet ist und
• - daß die beiden elektronischen Schalter (6, 10) mit einem an den Wandler (3) angeschlossenen Mikroprozessor (4) verbunden und durch Signale desselben betätigbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Speisung des Mikroprozessors (4) und die Auf­ ladung des Kondensators (7) die gleiche Stromquelle ver­ wendet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Wandler ein gleichzeitig als Stromquelle dienendes Fotoelementarray (13) am Zünderende des Licht­ leiters (1) angeschlossen ist.

4. Schaltungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stromquelle (5) und erstem elektronischen Schalter (6) einerseits sowie Konden­ sator (7) andererseits ein Koppelelement eingeschaltet ist, das nur bei spezifischen, vom Mikroprozessor (4) kommenden Wechselstromsignalen Energie überträgt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelelement ein Über­ trager (15) verwendet ist, dessen Primärwicklung (16) im ersten Stromkreis mit der Stromquelle (5) liegt, während die Sekundärwicklung (17) sich im Stromkreis des Konden­ sators (7) befindet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelelement eine konden­ satorgekoppelte Vervielfacher- oder Inverterschaltung (19) zwischen den beiden Stromkreisen eingeschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Schalter (6, 10) Transistoren eingesetzt sind, deren Basis jeweils mit dem Mikroprozessor (4) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Mikroprozessor (4) ein Meßgerät (11) angeschlossen ist, das einerseits mit allen Bauteilen der Schaltungsanordnung und andererseits über einen elektro/optischen Wandler (12) mit dem Licht­ leiter (1) verbunden ist.

9. Verfahren zum Auslösen einer Sprengladung mit einer Schaltungs­ anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, unter Verwendung eines Initialzünders, der durch schlagartige Stromzufuhr zündbar ist, und eines zwischen einem Zündimpulsgeber und dem Initialzünder angeordneten Lichtleiters, an dessen im Bereich des Initialzünders liegenden Zünderende mindestens ein opto/elektrischer Wandler angeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß am Zünderende des Lichtleiters (1) eine den Strom für die Zündung des Initialzünders (8) liefernde Strom­ quelle (5) angeordnet wird, in deren Stromkreis ein Kondensator (7) und ein erster elektronischer Schalter (6) liegen,
• - daß der Initialzünder (8) parallel zu dem Kondensator (7) angeschlossen wird,
• - daß zwischen Kondensator (7) und Initialzünder (8) ein zweiter elektronischer Schalter (10) eingeschaltet wird,
• - daß die beiden elektronischen Schalter (6, 10) mit einem an den Wandler (3) angeschlossenen Mikroprozessor (4) verbunden werden,
• - daß der erste elektronische Schalter (6) zum Aufladen des Kondensators (7) durch ein Signal des Mikroprozessors (4) geschlossen wird und
• - daß zur Zündung des Initialzünders (8) der zweite elek­ tronische Schalter (10) durch ein anderes Signal des Mikroprozessors (4) geschlossen wird.