DE3904563C2 - - Google Patents
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- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42D—BLASTING
- F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
- F42D1/04—Arrangements for ignition
- F42D1/045—Arrangements for electric ignition
- F42D1/05—Electric circuits for blasting
- F42D1/055—Electric circuits for blasting specially adapted for firing multiple charges with a time delay
Description
Die 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.
Aus der DE-PS 29 16 994 ist ein Verfahren zur aufeinanderfolgenden
Auslösung einer Reihe von Sprengungen in
einer vorgegebenen Zündreihenfolge mit vorgegebenen Zeitintervallen
zwischen aufeinanderfolgenden Zündungen bekannt,
bei dem eine Reihe von jeweils einen Zweirichtungs-Zähler
aufweisenden Zündeinheiten über zwei Leitungen
mit einer eine Reihe von Steuerimpulsen erzeugenden
zentralen Auslöseeinrichtung verbunden werden, wobei
die Steuerimpulse von den Zählern der Zündeinheiten derart
gezählt werden, daß die Zähler aufeinanderfolgender
Zündeinheiten aufeinanderfolgend zu zählen beginnen und
nach Erreichen eines bestimmten Zählers rückwärts zählen,
um nach Erreichen eines vorgegebenen Zählwertes aufeinanderfolgend
eine Reihe von Zündauslösern zum Zünden von
Zündladungen zu aktivieren. Das wesentliche dieses bekannten
Verfahrens besteht darin, daß jede Zündeinheit
mit einer veränderlichen Steuerimpedanz versehen ist, daß
unveränderliche Steuerimpedanzen vorhanden sind, die mittels
der einen der beiden Leitungen in Reihe geschaltet
sind, daß ferner die Zündeinheiten mit den Verbindungspunkten
zwischen den unveränderlichen Steuerimpedanzen
verbunden werden und jede veränderliche Steuerimpedanz
bis zum Hindurchfließen eines Stroms vom vorgegebenen
Betrag einen niedrigen und danach einen hohen Impedanzwert
aufweist. Jeder aufeinanderfolgende Steuerimpuls
bewirkt durch gestaffelte Impedanzwerte der unveränderlichen
Steuerimpedanzen, daß ein Strom von zumindest
diesem vorgegebenen Betrag durch aufeinanderfolgende
veränderliche Steuerimpedanzen der Zündeinheiten fließt,
so daß diese aufeinanderfolgend eine Zustandsänderung
erfahren, wobei lediglich die Zähler derjenigen Zündeinheiten,
deren Steuerimpedanzen eine Zustandsänderung
erfahren haben, zur Erhöhung ihres Zählwertes in Vorwärts-Zählrichtung
durch jeden weiteren Steuerimpuls
angesteuert werden. Dieses bekannte Verfahren kann mit
Hilfe eines relativ geringen schaltungstechnischen Aufwandes
durchgeführt werden und ermöglicht eine zeitlich
exakte Zündung.
Ein bereits verwendeter 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
Unterschiede 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 US-PS 48 25 765
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 elektrische 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 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.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
eine Verzögerungsschaltung zur Verwendung in einem elektrischen
Sprengsystem zu schaffen, mit der 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 freischwebende
Kapazität zwischen den Eingangsklemmen besteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch
1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2
bis 5.
In der Verzögerungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung
ist ein Element mit einer gegebenen Schwellenspannung
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.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Hinsicht auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltung, die die bekannte
Verzögerungsschaltung zur Verwendung in
elektrischen Sprengsystemen zeigt;
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Beziehung
zwischen der Eingangsklemmenspannung der
Verzögerungsschaltung und der
Betriebsverzögerungszeit;
Fig. 3 eine Schaltung, die eine
Ausführungsform der Verzögerungsschaltung mit Merkmalen nach,
der Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 4 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
mit Merkmalen nach 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, die 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 dem Widerstand 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 P 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, indem eine Diode
33 a in Reihe mit der Zenerdiode 33 geschaltet wird.
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 mit Merkmalen nach
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 die
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 Klemmenspannung 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
Reihenschaltung, 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.
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