DE3904563A1 - Verzoegerungsschaltung zur verwendung in elektrischen sprengsystemen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verzögerungsschaltung zur Verwendung in einem elektrischen Sprengsystem, insbesondere eine Verzögerungsschaltung zur Verwendung in einem elektrischen Detonator und in einem Zünder mit Zeitverzögerung, welche vorzugsweise bei einer Mehrstufenexplosion verwendet werden, bei der eine Anzahl von Sprengstoffen zu unterschiedlichen Zeitpunkten gezündet wird.

Ein bekannter elektrischer Detonator mit Zeitverzögerung weist einen zwischen die Zuleitungsdrähte und einen Brückendraht einzuschaltenden elektrischen Zündabschnitt, d.h., einen Zündwiderstand, auf dem ein Zündsprengstoff angebracht ist, sowie einen Verzögerungssprengstoff und einen Hauptsprengstoff auf, wobei der Verzögerungssprengstoff zwischen dem Zündsprengstoff und dem Hauptsprengstoff angeordnet ist. In diesem Falle wird der Hauptsprengstoff in der Weise zur Explosion gebracht, daß der im Zündabschnitt untergebrachte Zündsprengstoff zuerst gezündet wird, derart, daß der Zündabschnitt leitend gemacht wird, worauf der Verzögerungssprengstoff, und, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode, der Hauptsprengstoff zur Explosion gebracht wird. Da aber der Verzögerungssprengstoff nicht gleichmäßig explodiert, ist es schwierig, die Explosionszeit des Verzögerungssprengstoffes genau zu steuern, so daß die Genauigkeit zur Steuerung der Verzögerungszeit beschränkt ist und die Verzögerungszeit Fehler von 5% aufweist. Da weiter die Explosionsdauer des Verzögerungssprengstoffes in Abhängigkeit von der Dauerveränderung an sich des Sprengstoffes und von der Temperatur variiert, wenn der elektrische Detonator benutzt wird, ist es schwierig, den elektrischen Detonator bei einer gleichmäßig ablaufenden Sprengexplosion einzusetzen, was aber erforderlich ist, um die Explosionsdauer des Verzögerungssprengstoffes genau einzustellen. Weiter muß in dem Falle, daß die Explosionen in einer Stadt oder in einem Vorort ausgeführt werden, die Verzögerungszeit des Verzögerungssprengstoffes in jeder Stufe der Mehrstufenexplosion präzise eingestellt werden, um die durch die Explosion ausgelöste Erschütterung und den Lärm gering zu halten. In einem solchen Falle ist es nötig, die Explosionszeitpunkte der Verzögerungssprengstoffe für jede Stufe der Mehrstufenexplosion genauer als sonst zu bestimmen. Beim konventionellen elektrischen Detonator weisen die Explosionszeitpunkte der Verzögerungssprengstoffe in jeder Stufe große Unterschied auf, so daß die Gefahr besteht, daß Sprengstoffe, die nacheinander zur Explosion gebracht werden sollen, zur gleichen Zeit oder in umgekehrter Reihenfolge explodieren.

Um die vorerwähnten Nachteile zu verringern, ist vorgeschlagen worden, einen elektrischen verzögerungslosen Detonator mit einer elektrischen Verzögerungsschaltung zu kombinieren, bei dem Impulse, die von einem elektrischen Schießapparat erzeugt werden, elektrisch mit Hilfe einer Drosselspule oder eines Kondensators in der Verzögerungsschaltung verzögert werden. Es sind zwei Arten von Verzögerungssystemen mit elektrischer Verzögerungsschaltung vorgeschlagen worden, von denen eines ein Analogverzögerungssystem ist, das beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Kokoku Sho 56-26 228, in der japanischen Offenlegungsveröffentlichung Nrn. Kokai Sho 54-43 454 und Kokai Sho 62-91 799 offenbart ist, und von denen das andere ein Digitalverzögerungssystem ist, das beispielsweise in der japanischen Offenlegungsveröffentlichung Nrn. Kokai Sho 57-1 42 498 und Kokai Sho 58-83 200 offenbart ist.

Beim elektrischen Analogdetonator mit Zeitverzögerung wird eine Verzögerungsschaltung mit einem Widerstand und einem Kondensator verwendet, wobei die Genauigkeit zur Einstellung des Explosionszeitpunktes der Verzögerungsschaltung von der Genauigkeit der die Verzögerungsschaltung bildenden elektronischen Komponenten abhängt. Elektronische Komponenten weisen aber Nominalfehler auf, die sich auf einige % bis mehrere 10% belaufen, und deshalb reicht es nicht aus, elektrische Detonatoren mit Zeitverzögerung für gleichmäßig ablaufende Explosionen oder für Explosionen in einer Stadt einzusetzen.

Beim elektrischen Digitalzünder mit Zeitverzögerung erfolgt die Einstellung des Explosionszeitpunktes durch Abzählen von Taktimpulsen mit Hilfe eines Zählers, wobei die Impulse durch eine Oszillatorschaltung in der Verzögerungsschaltung erzeugt werden. Somit kann die Genauigkeit der Explosionszeitpunktseinstellung im Vergleich zum elektrischen Analogzünder verbessert werden.

Wenn aber die Oszillatorschaltung aus einem R-C-Oszillator mit Widerstand und Kondensator besteht, hängt die Frequenz der Taktimpulse von der Genauigkeit des Widerstandes und des Kondensators ab, so daß die Frequenzgenauigkeit der durch die R-C-Oszillatorschaltung erzeugten Taktimpulse nicht sehr groß und im allgemeinen schlechter ist als die einer Oszillatorschaltung, die einen Schwingquarz oder einen keramischen Schwinger besitzt. Eine solche Oszillatorschaltung mit einem Schwingquarz oder einem keramischen Schwinger wird allgemein bei Digitaluhren verwendet, bei denen der Taktimpuls mit sehr hoher Genauigkeit erzeugt werden muß. Wenn der elektrische Detonator mit Zeitverzögerung durch eine solche Oszillatorschaltung mit einem Schwingquarz oder einem keramischen Schwinger in Kombination mit einem Zähler gebildet wird, kann die Genauigkeit der Explosionszeitpunktseinstellung der Verzögerungsexplosion voraussichtlich vergrößert werden. Bei einer Oszillatorschaltung mit Schwingquarz oder keramischem Schwinger vergehen nach Anlegen der elektrischen Spannung 200 bis 300 ms, bis die Oszillatorschaltung in den stabilen Zustand übergeht und Taktimpulse mit der gewünschten Frequenz erzeugt. Wenn also der elektrische Detonator mit Zeitverzögerung durch eine solche Verzögerungsschaltung in Kombination mit dem verzögerungslos explodierenden elektrischen Detonator gebildet wird, führt die Zeit, die vergeht, um den Oszillator in den stabilen Zustand zu bringen und Taktsignale mit der gewünschten Frequenz zu erzeugen, zu einem Fehler in der Einstellung des Explosionszeitpunktes. Deshalb konnte die R-C-Oszillatorschaltung nur in elektrischen Digitaldetonatoren mit Zeitverzögerung eingesetzt werden.

Neben dem elektrischen Detonator mit Zeitverzögerung leidet auch der elektrische Zünder mit Zeitverzögerung an dem gleichen Problem wie die oben erwähnten.

Um das erläuterte Problem zu lösen, haben die hier genannten Erfinder in der europäischen Patentpublikation Nr. EP 87 3081281.2 entsprechend der schwebenden U.S.-Anmeldung, Serial Number 97 834, eine Verzögerungsschaltung für das elektrische Sprengen offenbart, bei der der Schwingquarz oder der keramische Schwinger in die Oszillatorschaltung eingebaut sind, so daß die Einstellung des Explosionszeitpunktes einer Verzögerungsexplosion mit hoher Präzision erfolgen kann.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung der vorerwähnten Verzögerungsschaltung für elektrisches Sprengen. Die Verzögerungsschaltung 1 umfaßt: einen Kondensator 2 zur Speicherung elektrischer Energie aus einer Energieversorgungsquelle; eine Betätigungsschaltung 3 zur Erfassung des Endes der elektrischen Energieversorgung aus der Versorgungsquelle an den Kondensator 2 und zur Auslösung eines Betätigungssignals; eine Taktimpulserzeugungsschaltung 4 mit einem Schwingquarz oder einem keramischen Schwinger, der durch die im Kondensator 2 gespeicherten elektrischen Energie zur Erzeugung von Taktimpulsen erregt wird; eine Zählschaltung 5 zur Auslösung der Zählung der Taktimpulse als Antwort auf das Betätigungssignal und zur Erzeugung eines Zündsignals, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Taktimpulsen gezählt worden ist, und einen Schaltkreis 6 zur Entladung der im Kondensator 2 gespeicherten elektrischen Ladung an eine Zündschaltung als Reaktion auf das genannte Zündsignal. Die Verzögerungsschaltung 1 ist an einen Zündwiderstand 7 angeschlossen, auf dem ein Zündsprengstoff 7 a angebracht ist.

Bei einem derartigen Aufbau der Verzögerungsschaltung für das oben erwähnte elektrisches Sprengen ist die Betätigungsschaltung 3 so gestaltet, daß er das Betätigungssignal dann erzeugt, wenn die Betätigungsschaltung den Zeitpunkt erfaßt hat, zu dem die Energieversorgung aus der Versorgungsquelle gestoppt ist, und bis zu der in die Schaltung eingebaute Schwingquarz oder keramische Schwinger in den stabilen Zustand übergegangen ist, so daß das oben erwähnte Problem entfällt. Zu diesem Zweck umfaßt die Betätigungsschaltung 3 zur Erfassung des Endes der Zufuhr elektrischer Energie aus der Versorgungsquelle: einen Strombegrenzungswiderstand 9 und eine Diode 10 in Reihe mit einer Hauptzuleitung 8 a; Potentiometerwiderstände 13, 15 parallel zu den Hauptzuleitungen 8 a und 8 b; einen ersten Transistor 14, dessen Basis an den Anschlußpunkt zwischen den Widerständen 11 und 12, dessen Kollektor über einen Widerstand 13 an die Hauptzuleitung 8 a, und dessen Emitter an die Hauptzuleitung 8 b angeschlossen ist; und einen zweiten Transistor 16, dessen Basis an den Kollektor des ersten Transistors, dessen Kollektor über einen Widerstand 15 an den Hauptleiter 8 a, und dessen Emitter an die Hauptzuleitung 8 b angeschlossen ist. Wird eine Spannung zwischen die Eingangsklemmen P 1, P 2 angelegt, fließt ein Strom durch die Widerstände 11 und 12, und das Basispotential des ersten Transistors 14 steigt über das Emitterpotential hinaus, so daß der erste Transistor 14 leitend wird. Damit erreicht das Basispotential des zweiten Transistors 16 im wesentlichen das Emitterpotential, so daß der zweite Transistor nicht leitend wird. Auf diese Weise erreicht das Potential an einem Ausgabepunkt Q der Betätigungsschaltung 3 im wesentlichen das positive Potential der Hauptzuleitung 8 a.

Parallel zu den Hauptzuleitungen 8 a und 8 b ist der Kondensator 2, die Taktimpulserzeugungsschaltung 4 und die Zählschaltung 5 geschaltet. Die Taktimpulserzeugungsschaltung 4 und die Zählschaltung 5 gehen in Betrieb, wenn die Spannung am Kondensator 2 die Betriebsspannung überschreitet, so daß die Taktimpulserzeugungsschaltung 4 beginnt, Taktimpulse zu erzeugen.

Bei dieser Betätigungsschaltung 3 kann der Detonator präzise betätigt werden, wenn die an die Betätigungsschaltung 3 angelegte Spannung Null wird, sobald die Zufuhr elektrischer Energie aus der Versorgungsquelle gestoppt wird. Mit anderen Worten, falls die an die Schaltung angelegte Spannung innerhalb von 0,1 ms nach Beendigung der elektrischen Energieversorgung auf Null geht, kann die Explosion sehr präzise eingestellt werden.

Bei der praktisch ausgeführten Schaltung tritt aber manchmal ein Zeitverzug auf, ehe die angelegte Spannung auf die Abschaltspannung (0,56 V) des ersten Transistors 16 gesunken ist.

Nach sorgfältiger Untersuchung haben die Erfinder folgende Gründe für die betriebliche Zeitverzögerung nachgewiesen. Einer der Gründe ist die Existenz einer anschlußfreien Kapazität zwischen den Eingangsklemmen P 1, P 2 der Verzögerungsschaltung. Wenn z.B. die Busdrähte zum Sprenggerät oder das Paar von Abzweigungsdrähten des Zünders zu lang sind, entsteht eine frei schwebende Kapazität zwischen den Eingangsklemmen der Verzögerungsschaltung. In einem solchen Falle ist die Rückflanke der Spannungswellenform beim Stoppen der Zufuhr elektrischer Energie durch das Sprenggerät nicht rechteckig, sondern wird sägezahnförmig. Dadurch tritt die betriebliche Zeitverzögerung auf, so daß der Detonator nicht zu einem genau festgesetzten Zeitpunkt zur Explosion gebracht werden kann.

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der an die Eingangsklemmen P 1, P 2 der Verzögerungsschaltung 1 angelegten Spannung und die Betriebsverzögerungsschaltung. Wie aus der geraden Linie a in Fig. 2 abgelesen werden kann, vergehen ungefähr 35 ms, bis die zu einem bestimmten Zeitpunkt an den Eingangsklemmen auftretende Spannung von 3,1 V kleiner als die Abschaltspannung von 0,56 V des ersten Transistors 14 wird, selbst wenn die in der Verzögerungsschaltung bestehende frei schwebende Kapazität klein ist. Wenn die frei schwebende Kapazität groß ist, dauert es 5,207 ms, wie aus der geraden Linie b in Fig. 2 hervorgeht.

Es ist ferner nachgewiesen worden, daß der andere Grund für die betriebliche Zeitverzögerung im unzureichenden Isolationszustand zwischen den Eingangsklemmen der Verzögerungsschaltung besteht. Mit anderen Worten, wenn sich Feuchtigkeit an der Isolation zwischen den Eingangsklemmen P 1, P 2 bildet, sind die Eingangsklemmen nicht mehr genügend gegeneinander isoliert, so daß durch die vom Sprenggerät zugeführte Spannung eine Elektrolyse verursacht wird. Als Ergebnis wird manchmal eine elektromotorische Kraft von etwa 0,8 V zwischen den Eingangsklemmen erzeugt. In diesem Falle bleibt die Spannung von 0,8 V auch dann erhalten, wenn die Zufuhr elektrischer Energie durch das Sprenggerät beendet wird, so daß das Betätigungssignal solange nicht erzeugt wird, bis die zwischen den Eingangsklemmen anliegende Spannung kleiner wird als die niedrigste Spannung, beispielsweise 0,6 V, bei der die Betätigungsschaltung das Betätigungssignal erzeugt. Somit tritt eine betriebliche Zeitverzögerung auf.

Allgemein wird verlangt, daß die Einstellung des Explosionszeitpunktes präzise mit einem zulässigen Fehler von etwa einigen 10 bis einigen 100 ms erfolgen kann. Die oben erwähnte betriebliche Zeitverzögerung ist also vom praktischen Standpunkt aus ein bedeutendes Problem.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue und wirksame elektrische Verzögerungsschaltung zur Verwendung in elektrischen Sprengsystem zu schaffen, mit dem der Explosionszeitpunkt auf genaue und stabile Weise durch Korrigieren oder Kompensieren der betrieblichen Zeitverzögerung eingestellt werden kann, die ihrerseits durch die zwischen den Eingangsklemmen verbleibende Spannung aufgrund der Tatsache verursacht wird, daß die Eingangsklemmen nicht ausreichend isoliert sind und eine frei schwebende Kapazität zwischen den Eingangsklemmen besteht.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Verzögerungsschaltung zur Verwendung in elektrischen Sprengsystemen:

• - einen Kondensator zur Speicherung einer elektrischen Energie, die aus einer Energieversorgungsquelle geliefert wird;
• - eine Betätigungsschaltung, welche ein Schwellenspannungselement aufweist, das abgeschaltet wird, wenn die an die Betätigungsschaltung angelegte Schwellenspannung kleiner wird als eine gegebene Schwellenspannung, und welche ein Betätigungssignal erzeugt, wenn die Klemmenspannung bis auf die Schwellenspannung absinkt;
• - eine Taktimpulseerzeugungsschaltung, die mit der im Kondensator gespeicherten Energie erregt wird, und die Taktimpulse erzeugt;
• - eine Zählschaltung zur Einleitung des Zählens der Taktimpulse als Reaktion auf das genannte Betätigungssignal und zur Erzeugung eines Zündsignals, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Taktimpulsen gezählt wurde; und
• - einen Schaltkreis zur Entladung der im Kondensator gespeicherten elektrischen Energie als Reaktion auf das genannte Zündsignal.

In der Verzögerungsschaltung gemäß der Erfindung ist ein Element mit einer gegebenen Schwellenspannung (im folgenden "Schwellenspannungselement" genannt) vorgesehen, das ausgeschaltet wird, wenn die Klemmenspannung kleiner als die gegebene Schwellenspannung wird, so daß, wenn die Zufuhr elektrischer Energie aus der Energieversorgungsquelle gestoppt wird und die Spannung an der Betätigungsschaltung kleiner als die Schwellenspannung wird, das Betätigungssignal immer zum richtigen Zeitpunkt erzeugt wird. Damit können die durch die unzureichende Isolierung und die frei schwebende Kapazität verursachten Betriebszeitunterschiede der elektrischen Detonatoren korrigiert werden.

Fig. 1 stellt eine Schaltung dar, die die bekannte Verzögerungsschaltung zur Verwendung in elektrischen Sprengsystemen zeigt;

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Eingangsklemmenspannung der Verzögerungsschaltung und der Betriebsverzögerungszeit;

Fig. 3 stellt eine Schaltung dar, die eine Ausführungsform der Verzögerungsschaltung gemäß der Erfindung veranschaulicht; und

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Ausführungsform der Verzögerungsschaltung zur Verwendung mit einer Verzögerungssicherung zeigt.

Fig. 3 stellt eine Schaltung dar, welche im einzelnen den Aufbau einer Ausführungsform der Verzögerungsschaltung 21 gemäß der Erfindung zeigt. Die vorliegende Verzögerungsschaltung ist in einem elektrischen Detonator untergebracht und bildet einen zeitverzögerten Sprengzünder D.

In dieser Ausführungsform sind vorgesehen: ein Kondensator 22 zur Speicherung der von einem elektrischen Sprenggerät 29 über Busdrähte 30 a, 30 b und ein Paar von Abzweigdrähten 31 a, 31 b gelieferten elektrischen Energie; eine Betätigungsschaltung 23, um festzustellen, daß die Zufuhr elektrischer Energie unterbrochen ist und zur darauf erfolgenden Erzeugung eines Betätigungssignals; eine Taktimpulserzeugungsschaltung 24, die durch die im Kondensator 22 gespeicherte Energie zur Erzeugung von Taktimpulsen erregt wird, wenn die Klemmenspannung des Kondensators 22 einen gegebenen Wert überschreitet; eine Zählschaltung 25 zur Zählung der von der Taktimpulserzeugungsschaltung 24 erzeugten Taktimpulse und zur Erzeugung eines Zündsignals, wenn eine gegebene Anzahl von Taktimpulsen gezählt wurde; und ein Schaltkreis 26 zur Entladung der im Kondensator 22 gespeicherten Energie als Reaktion auf das genannte Zündsignal, welches in der Zählschaltung 25 durch einen Zündwiderstand 27 erzeugt wird, auf dem ein Zündsprengstoff 27 a aufgebracht ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht die Taktimpulserzeugungsschaltung 24 aus einem Kristalloszillator 43 mit einem Schwingquarz 44, während die Zählschaltung 25 einen Zähler 45 umfaßt, an welchen eine Vielzahl von Schaltern S W ₁, SW ₂... SW _n angeschlossen sind.

Im folgenden wird die Betätigungsschaltung 23 näher erläutert. Die Betätigungsschaltung 23 umfaßt eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand 32 und einer Zenerdiode 33, der parallel an die Hauptzuleitungen 28 a und 28 b angeschlossen ist und an die Busdrähte 30 a und 30 b über ein Paar von Abzweigdrähten 31 a und 31 b angeschaltet werden kann, sowie eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 34 und einer Diode 35, die in Reihe mit der Hauptzuleitung 28 a in Vorwärtsrichtung geschaltet ist. Die Betätigungsschaltung 23 umfaßt ferner: einen PNP-Transistor 36, dessen Emitter an den Anschlußpunkt zwischen den Widerständen 32 und 34, dessen Basis an den Anschlußpunkt zwischen den Widerständen 32 und der Zenerdiode 33, und dessen Kollektor über den Widerstand 37 an die Hauptzuleitung 28 b angeschlossen ist; einen NPN-Transistor 38, dessen Basis über einen Widerstand 39 an den Anschlußpunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 36 und dem Widerstand 37, dessen Kollektor mit der Hauptzuleitung 28 a über einen Widerstand 40, und dessen Emitter direkt an die Hauptzuleitung 28 b angeschlossen ist; und einen NPN-Transistor 41, dessen Basis an den Anschlußpunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 38 und dem Widerstand 40, dessen Kollektor über einen Widerstand 42 an die Hauptzuleitung 28 a, und dessen Emitter direkt an die Hauptzuleitung 28 b angeschlossen ist.

Wenn das elektrische Sprenggerät 29 betätigt wird, wird eine konstante Spannung an die Eingangsklemmen P 1 und P 2 der Betätigungsschaltung 23 angelegt. Ist die angelegte Spannung höher als die Zenerspannung der Zenerdiode 33, wird die Zenerdiode 33 leitend gemacht und es fließt ein elektrischer Strom durch den Widerstand 32. Das Basispotential des Transistors 36 wird niedriger als das Emitterpotential, so daß der Transistor 36 leitend gemacht wird. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Zenerspannung der Zenerdiode 33 auf einen Wert größer als 1 V, vorzugsweise 2 V, festgesetzt wird. Da elektrischer Strom durch den Widerstand 37 fließt, steigert sich das Potential des Transistors 38 über den Wert des Emitterpotentials hinaus, so daß der Transistor 38 ebenfalls leitend wird. Somit werden das Basispotential und das Emitterpotential des Transistors 41 im wesentlichen gleich groß, so daß der Transistor 41 nicht leitend bleibt und das elektrische Potential an der Betätigungssignalausgabeklemme B ₅, die mit dem Kollektor des Transistors 41 verbunden ist, im wesentlichen gleich groß wie das elektrische Potential des Hauptleiters 28 a wird. Die Taktimpulserzeugungsschaltung 24 und die Zählschaltung 25 sind parallel an die Hauptzuleitung 28 a und 28 b angeschlossen.

Die Taktimpulserzeugungsschaltung 24 besteht aus dem Kristalloszillator 43 mit dem Schwingquarz 44, während die Zählschaltung 25 aus dem Zähler 45 besteht, an den eine Vielzahl von Schaltern S W ₁, SW ₂... SW _n angeschlossen ist. Durch Schließen eines gewünschten Schalters S W _i unter diesen Schaltern kann ein Zählwert des Schalters entsprechend einer gewünschten Verzögerungszeit nach Gutdünken eingestellt werden. Die Taktimpulserzeugungsschaltung 24 und die Zählschaltung 25 werden ausgelöst, wenn die Klemmenspannung des Kondensators 22 ihre Betriebsspannungen überschreitet. Die Taktimpulserzeugungsschaltung 24 erzeugt Taktimpulse, während der Zähler 25 damit beginnt, die an seiner Eingangsklemme 45 a eingehenden Taktimpulse zu zählen. Die Ausgangsklemme P ₅ der Betätigungsschaltung ist an eine Rückstellklemme 45 b des Zählers 45 angeschlossen, so daß, wenn das von der Ausgabeklemme P ₅ der Betätigungsschaltung 23 an den Zähler 45 gelieferte Betätigungssignal zu groß wird, die Zählschaltung zurückgesetzt wird.

Mit anderen Worten, wenn das Potential der Ausgangsklemme P ₅ gleich dem Potential der Hauptzuleitung 28 a wird, wird der Zählvorgang unterbunden. Deshalb läuft in diesem Falle der Zählvorgang nicht an, und darum wird der Schaltkreis 26 nicht leitend gemacht.

Als nächstes wird die an den Eingangsklemmen P 1 und P 2 anliegende Spannung kleiner als die Zenerspannung der Zenerdiode 33, sobald die Zufuhr der elektrischen Energie durch das Sprenggerät 29 an den Kondensator 22 gestoppt ist, und die Zenerdiode 33 wird gesperrt. Dadurch fließt kein elektrischer Strom mehr durch den Widerstand 37, so daß das Basispotential des Transistors 38 im wesentlichen gleich dem Emitterpotential wird, und so daß der Transistor 38 nichtleitend wird. Dadurch wird das Basispotential des Transistors 41 größer als das Emitterpotential, wodurch der Transistor 41 leitend wird. Infolgedessen wird das elektrische Potential an der Eingangsklemme P ₅ klein, d.h. es nimmt den Wert des elektrischen Potentials der Hauptzuleitung 28 b an. In diesem Falle wird die Rückstellbedingung der Zählschaltung 35 aufgehoben und der Zählvorgang gestartet. Wenn die Zählschaltung 25 eine vorbestimmte Anzahl von durch den Schalter S W _i eingestellten Taktimpulsen gezählt hat, wird das Zündsignal an den Schaltkreis 26 geliefert. Der Schaltkreis 26 umfaßt die Widerstände 46, 47, den Transistor 48 und den Thyristor 49. Wenn der von der Ausgangsklemme 45 c des Zählers 45 gelieferte Zündimpuls über den Widerstand 46 an die Basis des Transistors 48 gelangt, wird der Transistor leitend gemacht. Dadurch wird das Gatepotential des Thyristors 49 niedriger als das Anodenpotential, und der Thyristor wird eingeschaltet. Dann wird die im Kondensator 22 gespeicherte elektrische Ladung durch den Thyristor 49 entladen und der Zündwiderstand 27 an die Ausgangsklemmen der Verzögerungsschaltung 21 geschaltet. Dadurch wird die Temperatur des Zündwiderstandes 27 abrupt erhöht und der um den Zündwiderstand herum angebrachte Sprengstoff 27 a gezündet. Infolgedessen wird der Hauptsprengstoff 50 im Zünder D zur Explosion gebracht.

Bei der erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung für elektrische Detonatoren wird die Betriebsverzögerungszeit auf etwa 10 ms verringert, wenn die frei schwebende Kapazität zwischen den Eingangsklemmen P 1, P 2 klein ist, weil die Abschaltspannung des Transistors 36 1 V beträgt, mit anderen Worten, weil die Zenerspannung der Zenerdiode 33 auf 1 V eingestellt ist. Selbst wenn die frei schwebende Kapazität groß ist, kann die Verzögerungszeit auf etwa 250 ms beschränkt werden, wie durch die gestrichelte waagrechte Linie c und die durchgezogene Linie d in Fig. 2 dargestellt ist. Vorzugsweise kann die Verzögerungszeit auf weniger als 10 ms verringert werden, falls die Zenerspannung der Zenerdiode 33 auf 2 V eingestellt wird, selbst wenn die frei schwebende Kapazität groß ist, wie durch die Linie e in Fig. 2 dargestellt ist, und somit kann der Zünder mit hoher Genauigkeit betätigt werden. Die Zenerspannung muß auf weniger als den niedrigsten Wert der Schwellenspannung des Zünders festgelegt werden (z.B. 3 ∼ 30 V), unter Berücksichtigung der Zeitkonstanten des Kondensators, wenn die darin gespeicherte elektrische Energie entladen wird, und unter Berücksichtigung der gewünschten Genauigkeit der Einstellung des Explosionszeitpunktes.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann in verschiedener Hinsicht abgeändert werden. So kann z.B. in der Betätigungsschaltung 23 der oben beschriebenen Ausführungsform verhindert werden, daß Elemente, die die Verzögerungsschaltung bilden, zerstört werden, wenn versehentlich eine Spannung mit umgekehrter Polarität an die Verzögerungsschaltung angelegt wird, sofern eine Diode 33 a in Reihe mit der Zenerdiode 33 geschaltet ist.

Gemäß der Erfindung kann die Verzögerungsschaltung auch im Sprengzünder selbst untergebracht werden. In diesem Falle kann der Sprengzünder als Verzögerungszünder verwendet werden. Fig. 4 stellt ein Blockdiagramm eines Sprengzünders dar, in den die Verzögerungsschaltung gemäß der Erfindung eingebaut ist. Der Sprengzünder umfaßt: einen Kondensator 52 zur Speicherung der von dem elektrischen Sprenggerät 51 gelieferten elektrischen Energie, eine Betätigungsschaltung 53 zur Feststellung, daß die Zufuhr der elektrischen Energie gestoppt ist sowie zur Erzeugung eines Betätigungssignals; eine Taktimpulserzeugungsschaltung 54, die mit der im Kondensator 52 gespeicherten Energie erregt wird und der Taktimpulse erzeugt, wenn die Klemmenspannung des Kondensators 52 einen gegebenen Wert überschreitet, eine Zählschaltung 55 zum Zählen der Taktimpulse und zur Lieferung eines Zündsignals, wenn eine vorbestimmte Abzahl von Taktimpulsen gezählt worden ist; und einen Schaltkreis 56 zum Entladen der im Kondensator 52 gespeicherten elektrischen Energie durch einen Zündwiderstand 57, wenn das Zündsignal an den Schaltkreis angelegt ist. Diese in den Sprengzünder eingebauten Schaltungen haben den gleichen Aufbau wie die der oben beschriebenen Ausführungsform des Detonators mit Zeitverzögerung gemäß Fig. 3.

In den obigen Ausführungsformen wird die Zenerdiode als ein Schwellenspannungselement eingesetzt; doch können andere Schwellenspannungselemente verwendet werden, um das Betätigungssignal zu erzeugen, wenn die an die Betätigungsschaltung angelegte Spannung auf eine vorbestimmte Spannung abfällt.

Wie im einzelnen oben erläutert wurde, wird, weil das Schwellenspannungselement wie etwa die Zenerdiode in der Betätigungsschaltung vorgesehen ist, bei der vorliegenden Erfindung das Betätigungssignal dann erzeugt, wenn die Klemmenspannung der Verzögerungsschaltung kleiner wird als ein vorbestimmter Wert, indem in diesem Moment das Schwellenspannungselement nichtleitend gemacht wird. Deshalb ist es möglich, den Fehler in der Explosionsverzögerungszeit, der durch die ungenügende Isolation zwischen den Eingangsklemmen der Verzögerungsschaltung oder die frei schwebende Kapazität zwischen den Eingangsklemmen verursacht wird, zu korrigieren und somit den mit Zeitverzögerung arbeitenden elektrischen Detonator präzise zu steuern.

Claims (5)

1. Verzögerungsschaltung zur Verwendung in einem elektrischen Sprengsystem, mit:

• - einem Kondensator zur Speicherung einer elektrischen Energie, die aus einer Energieversorgungsquelle geliefert wird;
• - einer Betätigungsschaltung, welche ein Schwellenspannungselement aufweist, das abgeschaltet wird, wenn die an die Betätigungsschaltung angelegte Schwellenspannung kleiner wird als eine gegebene Schwellenspannung, und welche ein Betätigungssignal erzeugt, wenn die Klemmenspannung bis auf die Schwellenspannung absinkt;
• - einer Taktimpulseerzeugungsschaltung, die mit der im Kondensator gespeicherten Energie erregt wird, und die Taktimpulse erzeugt;
• - einer Zählschaltung zur Einleitung des Zählens der Taktimpulse als Reaktion auf das genannte Betätigungssignal und zur Erzeugung eines Zündsignals, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Taktimpulsen gezählt wurde; und
• - einem Schaltkreis zur Entladung der im Kondensator gespeicherten elektrischen Energie als Reaktion auf das genannte Zündsignal.

2. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsschaltung eine Zenerdiode als Schwellenspannungselement aufweist.

3. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulserzeugungsschaltung einen Oszillator hoher Präzision mit einem Schwingquarz oder einem keramischen Schwinger aufweist.

4. Verzögerungsschaltung zur Verwendung in einem elektrischen Sprengsystem, bei dem die Energieversorgungsquelle aus einem elektrischen Sprenggerät besteht, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung weiter umfaßt: erste und zweite Eingangsklemmen, die über Busdrähte mit dem elektrischen Zündgerät zu verbinden sind; erste und zweite Hauptzuleitungen, die jeweils mit den ersten und zweiten Eingangsklemmen verbunden sind, wobei der Kondensator, die Betätigungsschaltung, die Taktimpulserzeugungsschaltung und die Zählschaltung parallel an die erste und zweite Hauptzuleitung angeschlossen sind, und der Schaltkreis in Reihe mit der ersten Hauptzuleitung geschaltet ist; sowie erste und zweite Ausgangsklemmen, wobei die erste Ausgangsklemme an eine Ausgangsklemme des Schaltkreises und die zweite Ausgangsklemme an die zweite Hauptzuleitung angeschlossen ist.

5. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsschaltung umfaßt: eine erste Reihenschaltung, bestehend aus einem ersten Widerstand und einer Zenerdiode, die parallel an die erste und zweite Zuleitung angeschlossen ist; eine zweite Serienschaltung, bestehend aus einer Diode und einem zweiten Widerstand, die in Reihe mit der ersten Hauptzuleitung in Vorwärtsrichtung geschaltet ist; einen ersten Transistor, dessen Emitter an den Anschlußpunkt des ersten und zweiten Widerstandes, dessen Basis an den Anschlußpunkt des ersten Widerstandes und der Zenerdiode, und dessen Kollektor über einen dritten Widerstand an die zweite Hauptzuleitung angeschlossen ist; einen zweiten Transistor, dessen Basis über einen vierten Widerstand an den Anschlußpunkt des Kollektors des ersten Transistors und des dritten Widerstandes, dessen Kollektor über einen fünften Widerstand an die erste Hauptzuleitung, und dessen Emitter an die zweite Hauptzuleitung angeschlossen ist; und einen dritten Transistor, dessen Basis an den Anschlußpunkt des Kollektors des zweiten Transistors und des fünften Widerstandes, dessen Kollektor über einen sechsten Widerstand an die erste Hauptzuleitung, und dessen Emitter an die zweite Hauptzuleitung angeschlossen ist, wobei das Betätigungssignal am Anschlußpunkt zwischen dem Kollektor des dritten Transistors und des sechsten Widerstandes abgegriffen wird.