DE4427296A1 - Nichtelektrischer Sprengzünder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen nichtelektrischen Sprengzünder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Sprengtechnik ist es üblich, die auf eine Vielzahl von Bohrlöchern verteilte Sprengstoffmenge nicht zeitgleich durch Momentzünder zu initiieren, sondern auf verschiedene Zeitstufen zu verteilen. Man erreicht auf diese Weise eine Minimierung der mit der Sprengung verbundenen Erschütterungen und eine gezielte Zerkleinerung des Haufwerkes. Das Abtun der Sprengung erfolgt heutzutage hauptsächlich mit konventionellen elektrischen oder nichtelektrischen Zündsystemen, denen ein pyrotechnisches Verzögerungsprinzip zugrunde liegt. Die Intervalle zwischen den einzelnen Zeitstufen betragen typischerweise 20 bis 500 ms, während die Anzahl der Zeitstufen je pyrotechnischem System etwa bei 20 liegt.

Bei konventionellen nichtelektrischen Sprengzündern mit Anzündung über einen Anzündschlauch wird ein Verzögerungssatz im Sprengzünder gezündet. Nach Durchbrennen des Verzögerungssatzes wird eine Primärladung gezündet. Diese Primärladung kann aus einem Initialsprengstoff (vorzugsweise Bleiazid) oder einer DDT-fähigen Ladung bestehen. Die detonative Wirkung der Primärladung initiiert die Unterladung, die ihrerseits die Umsetzung des den Zünder umgebenden Sprengstoffes einleitet. Die Verzögerungszeiten bei konventionellen pyrotechnischen Verzögerungssystemen können u. a. durch die Satzzu­ sammenstellung, die Satzdichte und die Länge der Satzsäule eingestellt werden.

Die bisherigen konventionellen pyrotechnischen Sprengzünder zeigen in ihren Verzögerungszeiten verfahrensbedingt eine statistische Streuung, die Abstand und Anzahl der Zeitstufen begrenzt. Pyrotechnische Sätze neigen bei langer Lagerung zur Veränderung ihres Durchbrennverhaltens, so daß die gleichzeitige Verwendung von neuen und länger gelagerten Sprengzündern zu Problemen führen kann. Die Produktion qualitativ hochwertiger Verzögerungszünder ist mit hohem Aufwand verbunden und die Qualität durch die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Verzögerungssatzsysteme grundsätzlich begrenzt.

Aus der DE-A1-42 18 881 ist ein gattungsgemäßer Zünder mit digitaler Verzögerung bekannt. Dieser Zünder besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse, das einen Verzögerungszünder umgibt, und das an einem Ende geschlossen ist und am anderen Ende mit einem Stoßwellenrohr (Anzündschlauch) verbunden ist. Der Energieausgang des Anzündschlauches betätigt eine Initialzündladung, deren Energieausgang auf einen piezokeramischen Wandler gerichtet ist, um einen elektrischen Energieausgang zu erzeugen. Dieser elektrische Energieausgang wird an eine Verzögerungsschaltung gelegt, wobei diese zum Steuern eines Zündsignals dient, das an ein Zündelement nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeitverzögerung angelegt wird.

Ein ähnlicher Zünder ist in der WO 89/01601 offenbart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nichtelektrischen Sprengzünder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu verbessern, daß er in Bezug auf die Energiequelle für die Verzögerungsschaltung zuverlässiger und sicherer ist und dabei dennoch kostengünstig zu fertigen ist. Außerdem soll der Sprengzünder längere Verzögerungszeiten und damit höhere Zeitstufenzahlen ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die Energiequelle eine elektrolytische Stromquelle ist, welche nicht detonativ aktiviert bzw. in Gang gesetzt wird.

Unter dem Begriff Anzündschlauch werden alle nichtelektrischen Signal- und Energieübertragungseinrichtungen wie beispielsweise Sprengschnur, Zünd­ schnur, Sprengschnur mit schwacher Energie etc. verstanden. Der Anzünd­ schlauch dient jedoch lediglich zur Schaltung.

Die Verzögerungszeit wird werkseitig in der elektronischen Verzögerungsschaltung eingestellt. Ihre Auslösung erfolgt über den Anzündschlauch, welcher eine Energiequelle im Zeitverzögerungsschaltkreis aktiviert bzw. in Gang setzt, wodurch die Verzögerungsschaltung startet.

Erfindungsgemäß sind zwei bevorzugte Ausführungsformen zum Starten der Verzögerungsschaltung vorgesehen. Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam daß der Anzündschlauch zur Energiebereitstellung keine nachgeschaltete zusätzliche Aufladung (zur Umwandlung der Detonationsenergie in elektrische Energie) benötigt, da die Energiequelle erfindungsgemäß eine elektrolytische Stromquelle ist. Der Anzündschlauch mit geringer detonativer Wirkung dient lediglich zum "Anschalten" bzw. "Auslösen". Hierin unterscheidet sich die Erfindung grundlegend vom Stand der Technik, wo ein Piezoelement als Stromquelle verwendet wird und eine vorgeschaltete detonative Aufladung erforderlich ist.

Bei der ersten bevorzugten Variante sind im Verzögerungszündelement eine aktive Batterie und ein die Verzögerungsschaltung in Gang setzender Schalter angeordnet, wobei der Schalter durch die Zündung des Anzündschlauches betätigt wird. Als Batterie kann z. B. eine handelsübliche Knopfzelle des Typs Lithium-Mangan-Dioxid verwendet werden. Als Schalter werden bevorzugt mechanische oder optoelektronische Schalter, Thermoschalter oder Ionenstromschalter verwendet. Als mechanische Schalter, die durch den vom Anzündschlauch erzeugten Druck betätigt werden, eignen sich bevorzugt Kolbenschalter oder Membranschalter. Optoelektronische Schalter werden durch das vom Anzündschlauch erzeugte Licht betätigt. Ausgeführt werden sie, z. B. als selbsthaltende Fototransistorschaltung Thermoschalter werden durch die vom Anzündschlauch erzeugte Wärme betätigt, z. B. durch Schmelzen einer Isolierschicht zwischen zwei Kontakten. Ionenstromschalter nutzen die ionisierende Eigenschaft der Stoßwelle des Anzündschlauches aus. Bei Vorhandensein eines ionisierenden Gases stellt der Ionenstromschalter einen Kontakt zwischen zwei Polen her. Vorzugsweise wird eine serielle Kombination aus den vorgenannten Prinzipien angewendet.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist im Verzögerungszündelement eine durch die Zündung des Anzündschlauches aktivierbare Batterie oder Thermobatterie angeordnet, die nach Aktivierung die Verzögerungsschaltung in Gang setzt. Aktivierbare Batterien und Thermobatterien haben den Vorteil der langen Lagerfähigkeit. Außerdem ist kein zusätzlicher Schalter erforderlich.

Es ist in einigen Fällen zweckmäßig, im Verzögerungszündelement einen Kondensator anzuordnen, der z. B. von der Batterie aufgeladen wird.

Das Verzögerungszündelement besteht, wie schon ausgeführt, aus einer Verzögerungsschaltung - Zeitglied bzw. Timer - mit einer Endstufe und einer aktivierbaren bzw. in Gang setzbaren Energiequelle. Das sekundäre Anzündelement ist daran angeschlossen.

Die Verzögerungsschaltung ist z. B. eine analoge RC-Kombination, wobei die Zeitverzögerung durch die Zeitkonstante R·C gegeben ist, oder ein digitaler Zähler und ein extern beschaltbarer Oszillator. Die Zeitverzögerung wird durch die externen Elemente R und C definiert. Der Oszillator ist ein handelsüblicher Baustein. Ferner sind auch einstellbare digitale Zähler mit integriertem Oszillator zweckmäßig. Die Zeitverzögerung wird durch externe Einstellung eines Zählers durch z. B. Bondung realisiert. Dieser Baustein ist handelsüblich und wird z. B. in der Uhrenindustrie verwendet.

Die Endstufe dient als elektrischer Schalter zwischen der Energieversorgung und dem sekundären Anzündelement. Sie wird durch den Impuls des Timers angesteuert. Technisch ist die Endstufe durch einen Transistor oder Thyristor oder Darlington Schaltung realisierbar.

Das sekundäre Anzündelement dient zur Initiierung der Wirkladung des Zünders, vorzugsweise über eine Primärladung aus Bleiazid, jedoch auch primärstofffrei z. B. als DDT-Ladung. Das sekundäre Anzündelement ist z. B. eine 20 Ohm Zündpille (der Batterieleistung angepaßt), ein Detonator oder ein Metallschichtelement.

Vorteile der Erfindung liegen in:

• a) dem höheren Energieinhalt zur Versorgung der Elektronik aufgrund der Verwendung von Batterien und damit
• b) längere Verzögerungszeiten als bei den bisher bekannten Sprengzündern und damit
• c) höhere Zeitstufenzahlen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, die nachfolgend eingehend erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Sprengzünder und

Fig. 2 schematisiert Blockschaltbilder zweier Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sprengzünders.

Der in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Sprengzünder 1 weist ein langgestrecktes Gehäuse 2 in Form einer zylindrischen rohrförmigen Hülse auf, die aus Metall, z. B. aus Kupfer, besteht. Die Hülse ist am vorderen Ende 15 geschlossen und weist an ihrem rückwärtigen Ende eine Öffnung 16 auf, durch die über einen Stopfen (nicht gezeigt) ein Anzündschlauch 26 von außen in das Hülseninnere hineinführt. Der Anzündschlauch 26 besteht aus einer schlauchförmigen Hülle, mit einem auf die innere Wandung aufgebrachten Sprengstoff 27.

Vor dem Anzündschlauch 26 ist ein elektronisches Verzögerungszündelement (electronic delay element - EDE) 20 angeordnet. Dieses Verzögerungszünd­ element 20 beinhaltet eine Verzögerungsschaltung 7 mit einer Endstufe für ein sekundäres Zündelement 5 (Anzündpille), welches hinter dem Verzögerungs­ zündelement 20 angeordnet ist.

Das Verzögerungszündelement 20 weist ferner je nach Ausführungsform noch eine aktive oder aktivierbare Batterie und einen Schalter auf. Genauer wird dies noch anhand von Fig. 2 beschrieben.

Im vorderen Ende des Gehäuses 2 bzw. im Hülsenkopf ist eine Primärladung 3 (z. B. Bleiazid) und eine Sekundärladung 4 (Sprengstoff wie z. B. PETN oder RDX) angeordnet. Die Primärladung 3 ist zum Schutz gegen Schlagbelastung in einem Metallkörper 22 - einem sogenannten NME-Körper (Nicht-Massen- Explosionsgefährlich) - untergebracht. Anstelle der Primärladung kann auch eine DDT-Ladung verwendet werden.

Fig. 2 zeigt zwei Ausführungsformen Fig. 2a, Fig. 2b des Verzögerungszünd­ elementes 20. Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der erfindungs­ gemäße Sprengzünder einen Anzündschlauch 26 aufweist. Bei der Zündung des Anzündschlauches 26 wird das Verzögerungszündelement 20 gestartet. Nach der in der Verzögerungsschaltung 7 eingestellten Verzögerungszeit wird das sekundäre Zündelement 5 über die Endstufe gezündet, worauf die Ladungen 3, 4 detonieren.

Fig. 2a zeigt eine Ausführungsform, bei der im Verzögerungszündelement 20 eine durch die Zündung des Anzündschlauches 26 aktivierbare Batterie 12 oder Thermobatterie als Energiequelle angeordnet ist. Diese Batterie 12 liefert den Strom für die Verzögerungsschaltung 7 und die Zündung des sekundären Zündelementes 5. Die Batterie 12 wird durch die Wirkung des Anzündschlauchs 26 aktiviert.

In der in Fig. 2b gezeigten Ausführungsform ist im Verzögerungszündelement 20 ein Schalter 11 und eine aktive Batterie 10 angeordnet. Der Schalter 11 wird durch die Wirkung des Anzündschlauches 26 betätigt und startet die Verzögerungsschaltung 7.

Ggf. wird zur Zwischenspeicherung ein Kondensator im Verzögerungszünd­ element 20 integriert.

Claims (5)

1. Nichtelektrischer Sprengzünder (1) mit einem Gehäuse (2), einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Sprengladung (3,4), einem sekundären Anzündelement (5) zum Zünden der Sprengladung (3, 4), einer elektronischen Verzögerungsschaltung (7) mit einer Endstufe, die eine eingestellte feste Verzögerung der Zündung des sekundären Anzündelementes (5) nach Eintreffen eines Startimpulses bewirkt und einem in das Gehäuse (2) führenden Anzündschlauch (26), dessen Wirkung eine Energiequelle in einem Verzögerungszündelement (20) aktiviert bzw. in Gang setzt, wodurch die Verzögerungsschaltung (7) startet, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle eine elektrolytische Stromquelle ist, welche nicht detonativ aktiviert bzw. in Gang gesetzt wird.

2. Sprengzünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verzögerungszündelement (20) zusätzlich ein die Verzögerungsschaltung (7) in Gang setzender Schalter (11) angeordnet ist, wobei der Schalter (11) durch die Wirkung des Anzündschlauchs (26) betätigt wird und die elektrolytische Stromquelle eine aktive Batterie (10) ist.

3. Sprengzünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (11) ein mechanischer oder optoelektronischer Schalter oder ein Thermoschalter oder ein Ionenstromschalter ist.

4. Sprengzünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Stromquelle eine aktivierbare Batterie (12) oder Thermobatterie ist, die nach Aktivierung durch den Anzündschlauch (26) die Verzögerungsschaltung (7) in Gang setzt.

5. Sprengzünder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Verzögerungszündelement (20) ein Kondensator angeordnet ist.