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Diese
Erfindung bezieht sich auf eingekapselte, elektronische Schaltungen
und, insbesondere, auf stoßbeständige, elektronische
Schaltungsanordnungen, die Anwendung in Spreng-Komponenten finden.
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Elektronische
Zeitabstimmungsschaltungen zum Zünden
von Sprengzündern
nach einer vorbestimmten elektronisch gesteuerten Verzögerungsperiode
sind bekannt. Die Verzögerungsperiode
wird von dem Empfang eines Zündsignals
an gemessen, das Energie für
die Zeitabstimmungsschaltung liefern kann. Demzufolge offenbart
das US-Patent 5,133,257 für
Jonsson, herausgegeben am 28. Juli 1992, ein Zündsystem, das einen piezoelektrischen Wandler
aufweist, der nahe zu einer Zündschnurverzweigungsleitung
angeordnet sein kann. Wenn die Zündschnur
zündet,
wird eine Schockwelle auf den piezoelektrischen Wandler aufgebracht,
der dann einen elektrischen Impuls erzeugt. Die elektrische Energie
von dem Wandler wird in einem Kondensator gespeichert, der Energie
für einen
Zeitgeber bereitstellt. Nach einer vorbestimmten Verzögerung ermöglicht der
Zeitgeber, dass die verbleibende, gespeicherte Energie in dem Kondensator
einen Zündkopf
in dem Sprengzünder
zündet.
Der Zündkopf zündet explosives
Material, was demzufolge den explosiven Ausgang für den Sprengzünder bereitstellt. Elektronische
Verzögerungsschaltungen
können auch
dazu verwendet werden, Brückenelemente,
wie beispielsweise eine Halbleiterbrücke, zu zünden, wie sie, zum Beispiel,
in dem US-Patent 4,708,060 für
Bickes, Jr., et al, herausgegeben am 24. November 1987, beschrieben
ist, oder eine Wolframbrücke,
wie sie, zum Beispiel, in dem US-Patent 4,976,200 für Benson
et al, herausgegeben am 11. Dezember 1990, beschrieben ist. Andere
elektronische Verzögerungsschaltungen
sind in dem US-Patent 5,173,569 für Pallanck et al, herausgegeben
am 22. Dezember 1992; in dem US-Patent 5,377,592 für Rode et
al, herausgegeben am 3. Januar 1995; und in der
US 5,435,248 für Rode et al, herausgegeben am
25. Juli 1995, zu sehen. Diese Patente schlagen allgemein vor, dass
der elektronische Schaltkreis innerhalb einer geeigneten Kunststoffverpackung,
einem Gehäuse
oder einer "Potting
Compound", eingeformt
ist. Siehe z.B. das Jonsson Patent in Spalte 2, Zeilen 42–50; das
Pallanck et al Patent in Spalte 3, Zeilen 32–35; das Rode et al Patent
(
US 5,377,592 ) in Spalte
9, Zeilen 30–33,
und das Rode et al Patent (
US
5,435,248 ) in Spalte 7, Zeile 9-13. Der angegebene Zweck
für solche
Umhüllungen
ist derjenige, die elektronischen Bauteile zu schützen und
die Chancen einer Sprengzündung
oder Beschädigung
durch einen mechanischen Aufschlag zu minimieren. Kein besonderer
Aufbau oder kein besonderes Material für solche Gehäuse ist
in diesen Patenten offenbart.
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Das
US-Patent 4,869,170 für
Dahmberg et al, herausgegeben am 26. September 1989, offenbart einen
Sprengzünder,
der eine Schaltung, eingehüllt
in einer Einkapselung bzw. einem Gehäuse (70) innerhalb
einer lang gestreckten Umhüllung,
aufweist. Die Einkapselung erstreckt sich entlang nur eines Teils
der Länge
der Umhüllung,
allerdings erscheint sie dort, wo das Gehäuse übereinstimmend mit der Umhüllung ist,
einen vollständigen
Kontakt mit der Längsinnenfläche der
Umhüllung
vorzunehmen, d.h. dort sind keine Zwischenräume zwischen dem Gehäuse und
der Umhüllung
vorhanden.
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Das
US-Patent 4,118,861 für
Palmisano, herausgegeben am 10. Oktober 1978, offenbart die Verwendung
einer Vielzahl von losen Pellets, die als Verpackungsmaterial für eine Schaltungsleiterplatte
in einer Umhüllung
verwendet sind.
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Das
US-Patent 4,712,477 für
Aikou et al, herausgegeben am 15. Dezember 1987, offenbart einen
elektronischen Verzögerungs-Sprengzünder, in dem
eine Verzögerungsschaltung
in einem Kunststoffgehäuse
durch einen Kunststoffstopfen aufgehängt ist. Die Verwendung eines
Kunststoffgehäuses und
das Nichtvorhandensein eines Gehäuses
um die Verzögerungsschaltung
herum zeigt, dass der offenbarte Sprengzünder in Bezug auf geringere äußere Kräfte anfällig ist
als solche, denen mit einem herkömmlichen
Sprengzünder,
der ein Metallgehäuse besitzt,
standgehalten werden könnte.
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Das
US-Patent 5,589,657 für
Gessel et al, herausgegeben am 31. Dezember 1996, offenbart eine
Sprengzündvorrichtung,
die einen herkömmlichen,
elektronischen Verzögerungssprengzünder (1),
angeordnet in einem Glas-Dewar-Gefäß (3), aufweist. Das
Dewar-Gefäß ist innerhalb
einer Kapsel (4) durch elastomere Stopfen (5, 10)
an jedem Ende befestigt. Die Stopfen erstrecken sich über die
Enden des Dewar-Gefäßes hinaus.
Kein Teil irgendeines Stopfens ist zwischen dem Sprengzünder und
der zylindrischen, inneren Längsfläche der
Kapsel angeordnet. Die vorstehende Offenbarung stellt die Basis für den Oberbegriff
des Anspruchs 1 dar.
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Das
US-Patent 4,656,442 für
Hayakawa, herausgegeben am 7. April 1987, offenbart eine Verpackung
für eine
integrierte Schaltung, die verschiedene diskrete Schal tungselemente,
eingehüllt
in ein Gehäuse,
mit nur Eingangs- und Ausgangsanschlüssen, die von dem Gehäuse vorstehen,
aufweist.
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Das
US-Patent 4,400,858 für
Goiffon et al, herausgegeben am 30. August 1983, offenbart einen elektrischen
Downhole-Stopfen, der eine Schaltungsleiterplatte aufweist, die
in einem Rohr aufgehängt
ist, das die Umhüllung
für die
Schaltung bildet. Die Schaltung auf der Schaltungsleiterplatte gibt
Signale als Teil eines Funktelemetriesystems ab. Die Schaltungsleiterplatte
ist durch metallische Federklammern, befestigt periodisch entlang
der Platte, aufgehängt.
Die Schaltung erzeugt Wärme
während Ihres
Betriebs und die Federklammern dienen als Wärmesenken. Dort ist kein Gehäuse um die
Schaltungsleiterplatte zwischen der Schaltungsleiterplatte und der
Umhüllung
herum vorhanden, wobei keine der Klammern die Schaltung einhüllt und
jede Klammer im Wesentlichen einen vollen, umfangsmäßigen Kontakt
in den Bereichen vornimmt, wo die Klammer axial mit dem umgebenden
Rohr übereinstimmend ist.
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Die
Europäische
Patentanmeldung
EP
0 935 734 A3 für
Marshall et al, veröffentlicht
am 18. August 1999, offenbart eine stoßbeständige, elektronische Schaltungsanordnung,
in der eine elektronische Schaltung in einem Gehäuse eingehüllt ist, die in eine umgebende
Umhüllung
in einem einen Stoß verteilenden
Kontakt damit eingreift. Das Gehäuse
kann eine Vielzahl von Kanten, Rippen oder Naben aufweisen, die
sich gegen die Umhüllung
anlegen. Die Einkapselung kann ein stoßabsorbierendes Material, das
gegen die Umhüllung
angeordnet ist, um die Schaltung gegen eine Vibration zu schützen, und
ein strukturelles Tragematerial, um die Schaltung gegen Spannung
zu schützen,
umfassen. Die Schaltungsanordnung kann einen Kondensator zum Speichern eines
elektrischen Signals und eine Zeitabstimmungsschaltung zum Freigeben
der gespeicherten Energie nach einer vorbestimmten Verzögerung enthalten.
Die Schaltungsanordnung kann ein Teil einer Wandlerschaltungsanordnung
sein, die ein Wandlermodul zum Umwandeln von Schockwellenenergie
in elektrische Energie für
die elektronische Schaltung umfasst, und die freigesetzte Energie
kann in ein Sprengzündsignal
umgewandelt werden. Die Anordnung kann Teil eines Sprengzünders sein,
der ein nicht elektrisches Zündsignal
aufnimmt und der Verzögerung,
bestimmt durch die elektronische Schaltung, folgend, zündet. Das
Gehäuse
des Sprengzünders
oder eine optionale Hülse
bildet eine Umhüllung für die Anordnung.
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Aus
der WO 98/22774 A ist eine stoßbeständige, elektronische
Schaltungsanordnung bekannt, bei der eine elektronische Schaltung
in einem Gehäuse
eingehüllt
ist, das in eine umgebende Umhüllung
in einem stoßverteilenden
Kontakt damit eingreift. In diesem Dokument ist vorgeschlagen, das Gehäuse mit
einer Vielzahl von Kanten, Rippen oder Naben zu versehen, die sich
gegen die Umhüllung anlegen,
und ein stoßabsorbierendes
Material einzuschließen,
um die Schaltung gegen mechanische Spannung zu schützen.
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Das
Problem, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist dasjenige,
eine eingehüllte, elektronische
Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der die elektronischen Bauteile
gegen elektromagnetische und mechanische Beanspruchung geschützt sind,
und die unter geringen Herstellkosten und Montagezeit hergestellt
werden können.
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Dieses
Problem wird durch eine eingehüllte elektronische
Schaltungsanordnung gelöst,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist, die eine elektronische Schaltung
umfasst, die in einem Gehäuse
eingeschlossen ist und in einer länglichen Umhüllung angeordnet
ist, die eine Sprengzünderkapsel
umfasst, wobei die Kapsel eine in Längsrichtung verlaufende Innenfläche hat
und das Gehäuse
so bemessen und gestaltet ist, dass begrenzter axialer Kontakt mit
der in Längsrichtung
verlaufenden Innenfläche
besteht, und wobei das Gehäuse
eine Verkleidung, die die Schaltung einschließt, und wenigstens einen Ring
umfasst, der mit der Längsinnenfläche der
Umhüllung
in Kontakt kommt und weniger als fünfzig Prozent der axialen Länge der
Verkleidung einnimmt.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst die Umhüllung eine Metallhülse.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung kann die Schaltung Eingangs- und Ausgangsanschlüsse umfassen,
die von dem Gehäuse
vorstehen, und die Anordnung kann weiterhin ein Übertragungselement an einem
Ende der Umhüllung
aufweisen. Das Gehäuse
kann optional eine Umhüllung
aufweisen, die die Schaltung einhüllt, und mindestens eine Buchse
bzw. einen Ring, der die Längsinnenfläche der
Umhüllung
berührt
und der weniger als fünfzig
Prozent der axialen Länge
der Umhüllung
belegt. Das Gehäuse
kann optional zwei oder mehr Buchsen bzw. Ringe aufweisen. In einer
besonderen Ausführungsform
kann der Ring einen O-Ring umfassen. Die Schaltungsanordnung kann
ein Eingangsende und ein Ausgangsende haben und ein Ring kann nahe
zu dem Eingangsende angeordnet sein und ein anderer Ring kann nahe
zu dem Ausgangsende angeordnet sein.
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In
einer besonderen Ausführungsform
kann das Gehäuse
so aufgebaut sein, um eine Vielzahl von radial vorstehenden Buckeln
bzw. Naben, gebildet integral damit, zu definieren.
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Die
vorliegende Erfindung schafft auch, in einer Ausführungsform,
eine Sprengkapselanordnung, die eine lang gestreckte, offen endende
Umhüllung, die
eine längliche
Innenfläche
besitzt, und ein Zündmodul,
das eine Schaltungsanordnung mit einer Zündausgangskappe, die daran
befestigt ist, besitzt, aufweist. Die Zündausgangskappe weist ein elektrisches
Zündelement
und eine Sprengladung in der Kappe, die an der Schaltungsanordnung
befestigt ist, auf. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin eine Schaltung,
eingehüllt
innerhalb eines Gehäuses,
die innerhalb der Umhüllung
angeordnet ist, wobei die Schaltung Eingangsanschlüsse besitzt,
die von dem Gehäuse
zum Aufnehmen eines elektrischen Zündsignals vorstehen und Ausgangsanschlüsse, die
mit dem elektrischen Zündelement
in der Zünd-
bzw. Sprengkapsel verbunden sind, auf. Die Schaltung ist so aufgebaut,
um die Zündausgangskappe
auf ein elektrisches Zündsignal
hin, aufgenommen an den Eingangsanschlüssen, zu zünden. Das Gehäuse weist
mindestens einen elektrischen Ring auf, der weniger als die Hälfte der
axialen Länge
des Gehäuses
belegt, wobei der Ring so positioniert und aufgebaut ist, um die
Innenfläche
der Umhüllung
zu berühren
und einen Umfang zu haben, der sich über das axiale Profil des Rests
des Sprengmoduls so erstreckt, dass das Schaltungsgehäuse einen
nicht übereinstimmenden
Aufbau relativ zu der Innenfläche
der Umhüllung
besitzt.
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Optional
kann die Sprengzünderanordnung ein Übertragungselement
aufweisen, das einen Gehäusebereich
und Übertragungsleitungen
zum Zuführen
eines Zündsignals
durch den Körperbereich zu
den Übertragungsleitungen
aufweist, wobei das Übertragungselement
an der Umhüllung
mit der Übertragungsleitung,
die sich darin erstreckt, verbunden ist und mit den Schaltungseingangsanschlüssen verbunden
ist, wobei der Ring und die Übertragungsleitungen
so zusammenarbeiten, um die Schaltungsanordnung in der Hülse ohne
Kontakt zwischen dem Schaltungsgehäuse und der inneren Hülsenoberfläche zu positionieren.
Die Buchse kann weniger als ein Viertel der axialen Länge der
Schaltungsanordnung belegen.
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Optional
kann das Gehäuse
zwei oder mehr Buchsen bzw. Ringe aufweisen, z.B. zwei oder mehr O-Ringe,
die weniger als die Hälfte
der axialen Länge des
Gehäuses
belegen. Gemäß einem
besonderen Aspekt der Erfindung kann das Zündmodul ein erstes Ende haben,
von dem die Eingangsanschlüsse
vorstehen, und ein zweites Ende an der Zündkappe, und einen oder mehre
Ring(e) können
vollständig
zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Zündmoduls
vorhanden sein. Optional kann die Schaltungsanordnung ein erstes
Ende und ein zweites Ende und einen oder mehrere Ring(e), die vollständig zwischen
dem ersten und dem zweiten Ende der Schaltungsanordnung vorhanden
sind, aufweisen.
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In
verschiedenen, besonderen Ausführungsformen
kann das Übertragungselement
einen Wandler aufweisen, der einen physikalischen Impuls in ein elektrisches
Signal an den Übertragungsanschlüssen umwandelt,
wobei die Hülse
eine Metallhülse aufweisen
kann und/oder eine Buchse, die einen O-Ring aufweisen kann. Das
Zündmodul
kann optional einen oder mehrere Halsbereiche definieren, wo einer
oder mehrere O-Ring(e) angeordnet sind. In einer bestimmten Ausführungsform
kann ein O-Ring ein Polymer-Material
aufweisen, das ein Durometer in dem Bereich von ungefähr 40 bis
70 besitzt. Vorzugsweise weist die Hülse eine Metallhülse auf
und ist so aufgebaut, um einem seitlichen Druck von mindestens 10.000
Pounds pro Quadratinch (psi), (6,89·10–7 Pa)
standzuhalten.
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In
einer besonderen Ausführungsform
kann diese Erfindung eine umhüllte
Zünd anordnung schaffen,
die eine offen endende, gehärtete
Stahlhülse,
die eine Innenhülsenfläche und
eine Hülsenachse
darin besitzt, ein Wandlerelement, das einen Wandlerkörper und Übertragungsanschlüsse zum Aufnehmen
eines physikalischen Impulses und zum Erzeugen eines elektrischen
Signals an die Übertragungsanschlüsse umfasst,
aufweisen, wobei das Wandlerelement mit einem Ende der Hülse mit
den Übertragungsanschlüssen, die
sich in die Hülse
hinein erstrecken, verbunden ist. Diese Initiator- bzw. Zündanordnung
weist weiterhin ein Zündmodul
auf, das eine Schaltungsanordnung mit einer Zündausgangskappe daran gesichert
besitzt, wobei die Zündausgangskappe
ein elektrisches Zündelement
und eine Zündladung
in einer Kappe, die an der Schaltungsanordnung gesichert ist, aufweist.
Die Schaltungsanordnung kann eine Schaltung in einem Gehäuse aufweisen,
das ein Schaltungsgehäuse
und mindestens einen elastischen O-Ring, gebildet aus einem polymeren
Material, aufgebaut für
einen Kontakt mit der Innenhülsenfläche, besitzt,
so dass die Buchse und die Übertragungsanschlüsse so zusammenwirken,
um die Schaltungsanordnung zentral in der Hülse ohne einen Kontakt durch
das Schaltungsgehäuse
mit der Innenhülsenfläche zu positionieren. Die
Schaltung kann ein Speicherelement und eine zeitabgestimmte, schaltende
Schaltung aufweisen und Eingangsanschlüsse besitzen, die von dem Gehäuse zum
Verbinden mit den Übertragungsanschlüssen zum
Weiterleiten eines elektrischen Zündsignals von den Übertragungsanschlüssen zu
der Schaltung vorstehen und kann weiterhin Ausgangsanschlüsse aufweisen,
mit denen das elektrische Zündelement
verbunden ist.
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In
einer anderen besonderen Ausführungsform
dieser Erfindung kann eine stoßbeständige, elektronische
Schaltungsanordnung eine elektrische Schaltung aufweisen, die in
einer Umhüllung
bzw. einem Gehäuse
eingehüllt
ist, das so dimensioniert und aufgebaut ist, um eine Vielzahl von
Naben integral dazu zu definieren, die von einer ansonsten zylindrischen
Außenfläche vorstehen.
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1A zeigt
eine schematische, axonometrische Ansicht einer eingekapselten Schaltung
oder eines "eingekapselten
Moduls" in einer
umgebenden Umhüllung,
dargestellt in einer unterbrochenen Umrisslinie gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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1B zeigt
eine Ansicht ähnlich
zu 1A eines Zündmoduls
und einer Umhüllung
gemäß einer unterschiedlichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A zeigt
eine schematische Aufrissansicht eines Zündmoduls gemäß einer
noch anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2B zeigt
eine Ansicht des Zündmoduls der 2A,
gesehen entlang von Linien 2B-2B;
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2C zeigt
eine schematische Teil-Querschnittsansicht des Zündmoduls der 2A und 2B,
angeordnet innerhalb einer Hülse;
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3A zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Zündmoduls gemäß einer
noch anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3B zeigt
eine schematische Querschnittsansicht des Zündmoduls der 3A und
einer Umhüllung,
die vorstehende Naben darstellend, die in die Umhüllung eingreifen;
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4 zeigt
eine perspektivische Teil-Querschnittsansicht einer eingehüllten Zündanordnung, die
ein Zündmodul
und eine Hülse
der 2C, zusammen mit einem Wandlermodul, aufweist;
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5A zeigt
eine Ansicht ähnlich
zu 4 einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
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5B zeigt
eine Teil-Querschnittsansicht der eingehüllten Zündanordnung der 5A,
vorgenommen entlang einer Linie 5B-5B der 5A;
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5C zeigt
eine Teil-Querschnittsdraufsicht einer noch anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5D zeigt
eine Ansicht ähnlich
zu 5C einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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6A zeigt
eine schematische Teil-Querschnittsansicht, die einen Verzögerungssprengzünder darstellt,
der eine eingekapselte, elektronische Schaltung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist; und
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6B zeigt
eine Ansicht, vergrößert relativ zu 6A,
der Isolationskappe und von Treibladungskomponenten des Sprengzünders der 6A.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schutzgehäuse für elektronische Schaltungen,
um in festen, umgebenden Umhüllungen,
wie beispielsweise Hülsen
oder Gehäuse,
eingeschlossen zu werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein Teil oder kann die ganze Einkapselung als eine
integrale Struktur, geformt um die Schaltung herum, bevor die Schaltung
in der Umhüllung
positioniert wird, aufgebaut sein. Vorzugsweise umgibt das Gehäuse die Schaltung,
um die Schaltung gegen eine äußere Beschädigung zu
schützen,
was einen äußeren Zugang nur
für Eingangs-/Ausgangsanschlüsse belässt, z.B. zum
Programmieren, zum Testen und zur Benutzung der Schaltung. Demzufolge
schützt
das bevorzugte Gehäuse
die Schaltungselemente gegen Luftkontaminierungsbestandteile zu
jedem Zeitpunkt. Sie schützt
auch die Schaltung, nachdem sie in der Umhüllung angeordnet ist, durch
Dämpfen
von Schockwellen, die durch die Umhüllung aufgenommen werden, die
ansonsten eine Spannung verursachen könnten, die eine Beschädigung insbesondere
an der Schaltung hervorrufen, wobei angenommen wird, insbesondere
an Verbindungen bzw. Übergängen zwischen
den Schaltungsstrukturen und den Schnittstellen von Materialien
unterschiedlicher Dichte. Das Gehäuse schützt auch die Schaltung, indem
verhindert wird, dass die Schaltung gegen die Umhüllung stößt.
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Ein
Gehäuse
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein Material aufweisen, das Schockwellen, aufgenommen
durch die Umhüllung,
aufweisen, und/oder kann physikalisch so relativ zu der Umhüllung so
aufgebaut sein, um Schockwellen zu dämpfen. Zum Beispiel kann das
Gehäuse
physikalisch so aufgebaut sein, das, wenn es in der Umhüllung angeordnet
ist, ein begrenzter Kontakt zwischen dem Gehäuse und der Umhüllung vorhanden
ist. In einer typischen Ausführungsform
besitzt die Umhüllung
eine lang gestreckte Anordnung, die eine zentrale Längsachse
besitzt und eine Längsinnenfläche besitzt,
die sich axial entlang deren Länge
erstreckt und die allgemein nach innen weist, und zwar zu der zentralen Achse
hin. Das Schaltungsgehäuse
kann deshalb so aufgebaut sein, dass ein Kontakt zwischen dem Gehäuse und
der Längsinnenfläche der
Umhüllung
in den axialen Bereichen vorhanden ist, wo das Gehäuse axial
mit der Umhüllung übereinstimmend
ist, aber auch so, dass dort ein Zwischenraum dazwischen vorhanden
ist. Vorzugsweise steht weniger als 50 Prozent der Innenfläche in diesem
Bereich in Kontakt mit dem Gehäuse.
Ein Gehäuse,
das auf diese Art und Weise aufgebaut ist, wird manchmal hier dahingehend
beschrieben, dass es einen "nicht übereinstimmenden" Aufbau relativ zu
der Umhüllung
besitzt, und/oder auch dahingehend, dass es einen "begrenzten axialen
Kontakt" mit der
Umhüllung
bildet.
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Die
Kontaktbereiche zwischen der Umhüllung
und einem nicht übereinstimmenden
Gehäuse darin
verhindert, dass die Schaltung die Längsinnenfläche der Umhüllung als Folge von Vibrationen
oder kurzzeitigen Beschleunigungen berührt. Zusätzlich werden Schockwellen,
die von der Umhüllung
aufgenommen werden, gedämpft,
bevor sie die Schaltung darin erreichen, da die Schockwellen nur
die Schaltung über
die Kontaktbereiche mit der Umhüllung
erreichen können.
Der Rest des Gehäuses
verteilt die Schockwelle und schützt
so die Schaltung darin.
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Optional
kann das Gehäuse
ein stoßminderndes
(oder "eine Vibration
entkoppelndes")
Material aufweisen, das die Übertragung
von Schockwellen und Vibrationen von der Umhüllung ungeachtet des Grads
eines Kontakts zwischen dem Gehäuse und
der Umhüllung,
d.h. ungeachtet des Aufbaus der Umhüllung, verhindert. Demzufolge
kann diese Erfindung die Benutzung eines Gehäuses umfassen, das so aufgebaut
ist, um einen vollständigen
Kontakt mit der Längsinnenfläche der
Umhüllung
in dem Bereich vorzunehmen, in dem sie axial übereinstimmend vorliegt (eine
Anordnung, die hier als eine "übereinstimmende
Anordnung" relativ
zu der Umhüllung, und/oder
als einen "vollen
axialen Kontakt" mit
der Umhüllung
vornehmend, bezeichnet wird), vorausgesetzt, dass sie ein entkoppelndes
Material aufweist. Vorzugsweise steht das die Vibration entkoppelnde Material
in direktem Kontakt mit der Längsinnenfläche der
Umhüllung.
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Optional
kann ein Gehäuse
gemäß der vorliegenden
Erfindung beide der vorstehend beschriebenen Merkmale haben, d.h.
es kann physikalisch für einen
begrenzten, axialen Kontakt mit einer Umhüllung aufgebaut sein und kann
auch ein Vibrationsentkopplungs-Material aufweisen.
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In
besonderen Ausführungsformen
der Erfindung kann das Gehäuse
ausreichend steif sein, um die Schaltung gegen eine Beschädigung aufgrund
einer unbeabsichtigten Biegung zu schützen, die ansonsten während der
Herstellung einer Vorrichtung auftreten könnte, die die Schaltung aufweist
oder als eine Folge einer durch einen Stoß induzierten Beschleunigung
der Schaltung innerhalb einer Umhüllung in einer Richtung, die
nicht parallel zu der Achse der Umhüllung liegt. Mit anderen Worten
kann das Gehäuse
einen strukturellen Träger
für die
Schaltung bereitstellen. Ein strukturelles Tragematerial kann nicht
sehr gut für
ein Vibrationsentkopplungsmaterial sein. Gemäß dieser Erfindung kann deshalb
ein Gehäuse,
das ein strukturelles Tragematerial aufweist, entweder einen nicht übereinstimmenden
Aufbau relativ zu der Umhüllung
haben oder kann ein Vibrationsentkopplungsmaterial zusätzlich zu
dem strukturellen Tragematerial haben. Die Dichte, und vorzugsweise
die Härte,
eines entkoppelnden Materials ist typischerweise geringer als die
Dichten und die Härte des
strukturellen Tragematerials und der Umhüllung, in die durch das Gehäuse eingegriffen
wird. Die Dichte des entkoppelnden Materials ist vorzugsweise mindesten
20 Prozent geringer als die Dichte des strukturellen Tragematerials
und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 20 bis 60 Prozent geringer,
obwohl in einigen Fällen
Entkopplungsmaterialien mit sogar geringeren, relativen Dichten
verwendet werden können.
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Die
Erfindung findet Anwendung beim Schützen irgendeiner Schaltung,
die in einer lang gestreckten, festen Umhüllung angeordnet ist, die physikalischen
Vibrationen oder Schockwellen unterworfen werden kann, allerdings
vorzugsweise dazu verwendet wird, die elektronische Schaltung eines
elektronisch gesteuerten Sprengzünders,
angeordnet in einem Sprengstellen-Bohrloch, um eine Bohrlochladung
zu zünden,
zu schützen.
Sprengzünder,
aufgebaut mit eingekapselten, elektronischen Schaltungsanordnungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung, sind weniger wahrscheinlich, dass sie durch Vibrationen
von der vorherigen Detonation von benachbarten Ladungen oder durch
Felsbrocken, die durch andere Vorrichtungen zerbrochen sind, beschädigt werden,
und werden deshalb übereinstimmender
zu den geeigneten Zeiten als Sprengzünder nach dem Stand der Technik
detonieren.
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Die
Umhüllung,
vorgesehen für
einen typischen Sprengzünder,
weist ein lang gestrecktes zylindrisches Gehäuse oder eine Umhüllung auf,
die eine zylindrische, sich axial erstreckende, längliche Innenfläche besitzt.
Sprengzünder-Umhüllungn sind typischerweise
aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium oder Stahl, gebildet.
Ein nicht übereinstimmendes
Gehäuse
für eine
solche Umhüllung, d.h.
ein solches, das physikalisch für
einen begrenzten, axialen Kontakt mit einer im Wesentlichen zylindrischen
Innenfläche
der Umhüllung
aufgebaut ist, besitzt das, was hier auch als ein "nichtzylindrischer" Aufbau bezeichnet
wird.
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Typischerweise
weist eine elektronische Sprengzünder-Zeitsteuerschaltung
verschiedene integrierte und diskrete Schaltungselemente auf, umfassend
eine Speichereinrichtung, wie beispielsweise einen Kondensator,
der ein elektrisches Zündsignal
aufnimmt und speichert. Die Verzögerungsschaltung
umfasst allgemein eine elektronische Umschaltschaltung, die, unter
Empfang eines Zündsignals
von einer Zeitgeberschaltung, den Kondensator zu einem Ausgangsanschluss
hin entlädt,
mit dem ein elektrisches Zündelement,
wie beispielsweise ein Kurzschlussdraht, ein Überbrückungsdraht oder eine Halbleiterbrücke, mit
der Schaltung verbunden werden kann, typischerweise von außerhalb
des Gehäuses
oder der Umhüllung.
Das Zündsignal
wird durch eine Zeitgeberschaltung bereitgestellt, einem vorbestimmten
Verzögerungsintervall
folgend, gemessen von dem Empfang des elektrischen Zündsignals
an. Allgemein ist zumindest die Zeitgeberschaltung als eine integrierte
Schaltung hergestellt, und die Zeitgeberschaltung wird in Verbindung
mit bestimmten anderen, diskreten Schaltungselementen verwendet. Die
elektronische Schaltung ist typischerweise durch Anordnen der Schaltungselemente
auf einem kleinen Bereich einer gedruckten Schaltungsleiterplatte
aufgebaut, die die notwendigen, elektrischen Verbindungen dazwischen
bereitstellt, unter Verwendung einer so genannten Oberflächenbefestigungstechnologie. Alternativ
können
die Schaltungselemente auf einem gitterähnlichen Leiterrahmen montiert
sein, der einige der Verbindungen dazwischen trägt. Das Gehäuse ist um die zusammengebaute
Schaltung mit Ausnahme von Eingangs-Ausgangs-Testleitungen und einem elektrischen
Zündelement,
herum geformt und hüllt
diese ein, hüllt
aber ansonsten vorzugsweise alle Schaltungselemente der Sprengzünderschaltung ein.
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Dabei
ist in 1A eine eingekapselte, elektronische
Schaltungsanordnung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt, in der das Gehäuse für einen
begrenzten, axialen Kontakt mit einer umgebenden lang gestreckten
Umhüllung
dimensioniert und aufgebaut ist. Die Schaltungsanordnung 10 (manchmal
hier als ein "Zündmodul" bezeichnet) weist
elektronische Schaltungselemente (nicht dargestellt), montiert auf
einem Träger 12 (z.B.
einer gedruckten Schaltungsleiterplatte, einem Leiterrahmen, oder
dergleichen), auf, was in unterbrochener Umrisslinie angegeben ist.
Die Schaltungsanordnung 10 weist auch ein lang gestrecktes, im
Wesentlichen rechtwinkliges Gehäuse 14 auf,
innerhalb dem die Schaltungselemente und ein Träger angeordnet sind. Aufgrund
seiner polygonalen, d.h. rechtwinkligen, Querschnittsanordnung (betrachtet senkrecht
zu der Längsachse)
besitzt das Gehäuse 14 einen
nicht übereinstimmenden
Aufbau relativ zu der rohrförmigen
Umhüllung 18,
innerhalb der es angeordnet ist. Genauer gesagt definiert das Gehäuse 14 eine
Vielzahl von sich längs
erstreckenden Kanten 16, die sich gegen die zylindrische,
sich längs
erstreckende Innenfläche
der umgebenden Umhüllung 18 anlegen,
dargestellt in unterbrochener Umrisslinie. Zwischen den Kanten 16 sind
die flachen Oberflächen
des Gehäuses
im Wesentlichen von der Umhüllung
beabstandet, was dort sich axial erstreckende Zwischenräume dazwischen
bildet, wo die zwei axial übereinstimmend
sind. Aufgrund des begrenzten koaxialen Kontakts zwischen dem Gehäuse 14 und
der Innenfläche 18a der
Umhüllung,
der sich von dem nicht übereinstimmenden
Aufbau des Gehäuses
ergibt, kann eine Schockwelle, aufgenommen durch die Umhüllung 18,
nur auf die elektronischen Schaltungselemente auftreffen, nachdem
sie durch das Gehäuse
von dem Punkt eines Kontakts, z.B. von der Kante 16, abgeführt ist,
wie dies durch die Abführwellenlinien 20 angedeutet
ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse 14 so
aufgebaut, dass die Kontaktpunkte, durch die die Schockwellen aufgenommen
werden können,
die Schockwellen unter einem schrägen Winkel relativ zu dem Träger 12 oder
zu den Befestigungsflächen
eines Leiterrahmens in dem Gehäuse propagieren.
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In
einer alternativen, nicht übereinstimmenden
Anordnung, dargestellt in 1B, ist
eine Schaltungsanordnung 10a gemäß der vorliegenden Erfindung
innerhalb einer Umhüllung
angeordnet, die eine offen endende Hülse 22 aufweist. Ein
Träger 12 der Schaltungsanordnung 10a ist
in einem im Wesentlichen rechtwinkligen Gehäuse 14' angeordnet, allerdings sind nur
die Kanten der Bereiche 14a, 14b an gegenüberliegenden
Enden des Gehäuses 14' so dimensioniert
und aufgebaut, um in die Innenfläche
der Hülse 22 einzugreifen.
Demzufolge wird ein im Wesentlichen toroidaler Zwischenraum zwischen
dem Gehäuse
und der Innenfläche
der Hülse 22 eingerichtet
und die Schaltungsanord nung 10 ist zentral innerhalb der
Hülse 22,
durch Tragen von Strukturen an den gegenüberliegenden Enden davon, angeordnet.
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Eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in den 2A und 2B zu
sehen, die zeigen, dass diese Schaltungsanordnung 10b ein
Gehäuse 14c aufweist,
das so aufgebaut ist, dass es eine Vielzahl von sich längs erstreckenden Kontaktkissen
oder Rippen 24 besitzt, die sich über den ansonsten kreisförmigen Umfang
des Gehäuses 14c hinaus
erstrecken. Wie in 2B zu sehen ist, ist die Umhüllung 14c auch
so aufgebaut, um Bogenkanten 25 darin zu haben. Wie weiter
nachfolgend erläutert
werden wird, ermöglichen
die Bogenkanten 25, dass elektrische Testkontakte oder "Leitungen" für die elektronischen
Schaltungen oder Chips innerhalb des Gehäuses 14c freigelegt
werden, während zugelassen
wird, dass die Kontakte innerhalb des Profils des Gehäuses verbleiben.
Auf diese Art und Weise sind die elektrischen Kontakte zugänglich,
behindern allerdings nicht ein Positionieren oder ein Aufhängen der
eingekapselten Schaltung innerhalb der umgebenden Struktur. Die
Schaltungsanordnung 10b ist so ausgelegt, dass Ausgangsanschlüsse 57 (4)
und Zündeingangsanschlüsse 56 (3A) axial
von jeweiligen gegenüberliegenden
Enden des Gehäuses 14c für eine Verbindung
mit anderen Vorrichtungen vorstehen, wie dies nachfolgend beschrieben
ist.
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2C zeigt
eine Ansicht, die darstellt, wie das Gehäuse 14c einen nicht übereinstimmenden Aufbau
relativ zu einer umgebenden Umhüllungsstruktur
besitzt, die eine zylindrische Innenfläche besitzt, wie beispielsweise
eine Hülse 22.
Rippen bzw. Rippen 24 erzeugen einen Zwischenraum 48 zwischen
einem wesentlichen Bereich des Gehäuses 14c und dem axial übereinstimmenden
Bereich der sich axial erstreckenden Längsinnenfläche der Hülse 22, um so einen
begrenzten, axialen Kontakt damit einzurichten. Der Zwischenraum 48 erstreckt
sich axial zwischen axialen Bereichen des Kontakts der Rippen 24 mit
der Hülse 22.
Verlustwellen 20 zeigen, wie Rippen 24 Schockwellen,
aufgenommen von der Hülse 22,
ableiten. Ein Bereich des Gehäuses 14c ist in 2c weggelassen,
so dass die verschiedenen elektrischen Bauteile 26 und
der Träger 12 der
Schaltung darin gesehen werden können.
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Eine
noch andere Ausführungsform
mit einem begrenzten Kontakt einer eingekapselten elektronischen
Schaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den 3A und 3B dargestellt,
wo zu sehen ist, dass die Schaltungsanordnung 10c ein Gehäuse 14d aufweist,
das so dimensioniert und aufgebaut ist, um Wulstvorsprünge 70 zu
haben, die radial von der ansonsten zylindrischen Außenfläche des
Gehäuses 14d vorstehen
und die integral damit gebildet sind, im Gegensatz dazu, dass sie
getrennte Strukturen aufweisen. Das Gehäuse 14d besitzt deshalb
einen nicht übereinstimmenden
Aufbau relativ zu der Umhüllung,
die eine zylindrische Innenfläche besitzt.
Die Wulste 70 berühren
die Innenfläche
der Umhüllung,
und dort ist ein Zwischenraum zwischen dem größten Teil, wenn nicht dem ganzen
Teil, des Rests des Gehäuses 14d und
der Innenfläche
der Umhüllung
vorhanden, was so einen begrenzten, axialen Kontakt dazwischen einrichtet.
Die Schaltungsanordnung 10b weist Eingangsanschlüsse 56 (3A)
auf, die axial von dem Gehäuse 14d an dem
Eingangsende der Schaltungsanordnung 10b vorstehen, um
zu ermöglichen,
dass die elektrischen Bauteile darin betriebsmäßig mit äußeren, elektrischen Bauteilen
verbunden werden können.
Wie in 3A zu sehen ist, definiert das
Gehäuse 14d rinnenförmige Ausnehmungen 50,
um einen Zugang zu Anschlüssen 52 zu
ermöglichen,
ohne dass erforderlich ist, dass die Anschlüsse über das Oberflächenprofil
des Gehäuses 14d vorstehen,
wie dies bei der Ausführungsform
der 2A, 2B und 2C der
Fall ist. 3b zeigt, dass sich die Wulste 70 gegen
die Innenfläche
einer zylindrischen Umhüllung, wie
beispielsweise einer Hülse 22,
anlegen, was einen Zwischenraum zwischen dem Rest der Innenfläche der
Hülse 22 und
dem Rest des Gehäuses
belässt,
was dem Gehäuse
einen nicht übereinstimmenden
Aufbau relativ zu der Hülse
verleiht. Wie durch Schockwellen-Abführlinien 72 angezeigt
ist, verteilen die Wulste 70 Schockwellen, angegeben bei 74,
die auf die Umhüllung
auftreffen, d.h. die Hülse 22,
und diese werden auf das Gehäuse 14d übertragen.
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Wie
vorstehend angegeben ist, weist, in bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die Schaltung, die durch das Gehäuse eingehüllt ist,
eine Steuerschaltung, zur Verwendung in einem Sprengzünder, auf,
der mit entweder elektrischen oder nicht elektrischen Zündsignalmitteln
betrieben werden kann. Zum Beispiel kann eine elektrische Zündsignalleitung
mit den Eingangsanschlüssen 56 (3A)
von einer entfernten Quelle, gesteuert durch einen Benutzer, verbunden
sein, um ein Zündsignal
in einer geeignet aufgebauten Schaltungsanordnung zuzuführen. Alternativ
kann die Schaltungsanordnung in Verbindung mit einem nicht elektrischen
Zündsignalmittel
verwendet werden, z.B. zur Verwendung in Verbindung mit einer Zündschnur,
einem Schockrohr, usw., vorausgesetzt, dass dort mindestens ein
Wandler vorhanden ist, um das nicht elektrische Zündsignal
in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das dazu verwendet werden kann,
die Schaltungsanordnung zu zünden.
Der Ausdruck Zündsignalleitungen,
wie er hier und in den Ansprüchen
verwendet ist, bedeutet, dass er elektrische Zündsignalübertragungsleitungen ebenso
wie nicht elektrische Zündsignalübertragungsleitungen
und deren zugeordnete Wandler zum Zuführen eines elektrischen Zündsignals
zu den Eingangsanschlüssen
der Schaltungsanordnung dieser Erfindung umfassen kann.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer eingehüllten Zündanordnung 55 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Zündanordnung 55 weist ein
Zündmodul 54 und
ein Übertragungselement 58 auf.
Das Zündmodul 54 weist
eine Schaltungsanordnung 10b und eine Zündausgangskappe 46,
die daran befestigt ist, auf. Die Schaltungsanordnung 10b weist
eine Schaltung, eingehüllt
in einem Gehäuse 14c,
auf, wobei die Schaltung verschiedene Schaltungskomponenten aufweist,
wie beispielsweise eine integrierte Zeitgeberschaltung 28,
einen Zeitgeberwiderstand 30, eine integrierte Umschaltschaltung 32, einen
Speicherkondensator 34 und einen Ableit-Widerstand 36,
befestigt an gitterähnlichen
Bereichen eines Trägers,
einen Leiterrahmen 40 aufweisend. Die Schaltungsanordnung 10b ist
innerhalb einer lang gestreckten Umhüllung angeordnet, die eine Hülse 22 aufweist,
die eine sich axial erstreckende Innenfläche besitzt. Die Hülse 22 ist
für eine
teleskopartige Passung innerhalb einer standardmäßigen Sprengzünderhülle eingepasst
befestigt. Eingangsanschlüsse 56 stehen
von dem Gehäuse 14c an
dem Eingangsende der Schaltungsanordnung 10b so vor, dass
sie an Anschlüssen 42 eines Übertragungselements 58 angeschweißt oder
angelötet
werden können,
und Ausgangsanschlüsse 57 stehen
von dem Gehäuse 14c an
dem Ausgangsende der Schaltungsanordnung 10b vor. Die axiale
Länge der
Schaltungsanordnung 10b ist der Abstand von dem Eingangsende
zu dem Ausgangsende.
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Die
Zündausgangskappe 46 des
Zündmoduls 54 weist
ein elektrisches Zündelement,
wie beispielsweise eine Halbleiterbrücke ("SCB") 38,
auf, oder weist, alternativ, einen Heißdraht, einen explodierenden
Brückendraht,
eine Dünnfilmbrücke, usw., verbunden
mit Ausgangsanschlüssen 57,
eine Zündladung 46a,
die vorzugsweise ein sekundäres
explosives Material oder ein geeignetes Substitut dafür, wie beispielsweise
Tetraamincis-bis (5-nitro-2H-trazolato-N2)
Kobalt (III) Perchlorat ("BNCP") aufweist, bestimmte
primäre
explosive Mittel oder energetische Mischungen, wie beispielsweise
Zirkon-Kalium-Perchlorat,
und eine Zündhülle 46b,
die an dem Halsbereich 44 festgeklemmt ist und die die
Zündladung 46a in
einer energieübertragenen
Beziehung zu der Halbleiterbrücke 38 hält, auf.
Das Explosionsausgangszündsignal,
geliefert durch die Zündausgangskappe 46,
kann, z.B., dazu verwendet werden, die Grundladung oder die "Ausgangs" Ladung eines Sprengzünders, innerhalb
dem die Anordnung 55 angeordnet ist, zu zünden, und
kann einen Teil der Ausgangseinrichtung für den Sprengzünder aufweisen, wie
dies nachfolgend unter Bezugnahme auf 6A beschrieben
ist. Der Schaltkreis in der Schaltungsanordnung 10b liefert
eine Verzögerung
zwischen der Aufnahme eines Impulses an dem Übertragungselement 48 und
der Zündung
der SCB 38. Das Signalübertragungselement 58 kann
einfach einen Stopfen mit elektrischen Leitungsdrähten, die
dort hindurch führen,
um die Übertragung
eines elektrischen Zündsignals
durch den Stopfen von einer elektrischen Signalübertragungsleitung zu ermöglichen,
aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform weist allerdings das
Zündsignalübertragungselement
einen Wandler auf, z.B. einen piezoelektrischen Wandler 60,
um ein physikalisches Impulssignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Demzufolge wird, wenn ein Zündsignal
in der Form eines physikalischen Impulses an dem Signalübertragungselement 58 empfangen
wird, dieses in ein elektrisches Signal umgewandelt und über Überführungsleitungen 62 zu
Eingangsleitungen 56 der Schaltungsanordnung 10b befördert. Das flache
Ende der Zündhülle 46b befindet
sich an dem Ausgangsende des Zündmoduls 54,
während
das Eingangsende des Zündmoduls 54 mit
dem Eingangsende der Schaltungsanordnung 10b übereinstimmt.
Die axiale Länge
des Zündmoduls 54 erstreckt
sich von dem Eingangsende zu dem Ausgangsende davon.
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Das
Gehäuse 14c ist
so aufgebaut, wie dies in den 2A und 2B dargestellt
ist, und besitzt Rippen 24 (die nicht in 4 sichtbar
sind, allerdings zum Beispiel in den 2A, 2B und 2C zu sehen
sind), die sich gegen eine Hülse 22 anlehnen und
einen Zwischenraum 48 (4) zwischen
axial übereinstimmenden
Bereichen des Gehäuses 14c und
der Hülse 22 zwischen
der Zündausgangskappe 46 und
dem Übertragungselement 58 einrichten.
Wie vorstehend angegeben ist, definiert das Gehäuse 14c rinnenförmige Vertiefungen 50,
wo Test- oder Programmleitungen 52 durch das Gehäuse 14c so zugänglich sein
können,
dass die Schaltung darin programmiert und/oder getestet werden kann,
bevor der Sprengzünder
montiert wird. Die rinnenartigen Vertiefungen 50 ermöglichen
vorzugsweise, dass die Leitungen innerhalb des Oberflächenprofils
des Gehäuses 14c verbleiben,
d.h. die Leitungen erstrecken sich vorzugsweise nicht in den Zwischenraum 48 hinein.
Die rinnenartigen Vertiefungen 50 können weggelassen werden, voraus gesetzt,
dass die Testleitung nicht von dem Gehäuse 14c weiter als
die Rippen vorsteht, so dass sie sich nicht über den Zwischenraum 48 hinaus
erstreckt, um die umgebende Umhüllung
zu berühren.
Demzufolge kann das Zündmodul 54 in
die Hülse 22 eingesetzt
werden und die Leitungen 52 werden nicht die Hülse 22 berühren.
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Unter
Empfang eines Impulses erzeugt der Wandler 60 einen elektrischen
Impuls, der zu Eingangsanschlüssen 56 der
Schaltungsanordnung 10b über Übertragungsleitungen 62 zugeführt wird.
Die Wandlerbuchse 64 ist so dimensioniert und aufgebaut,
um in die Hülse 22 so
einzugreifen, dass das Übertragungselement 58 an
dem Ende der Hülse 22 mit
den Leitungen 62 in Kontakt mit Eingangsanschlüssen 56 befestigt
werden kann. Das Zündmodul 54,
die Hülse 22 und
das Übertragungselement 58 sind
so dimensioniert und aufgebaut, dass dann, wenn sie so zusammengebaut
sind, wie dies in 4 dargestellt ist, ein Luftspalt,
angegeben bei 66, zwischen dem Zündmodul 54 und dem Übertragungselement 58 eingerichtet
wird. Auf diese Art und Weise wird das Zündmodul 54 zumindest
teilweise gegen die Schockwelle abgeschirmt, was bewirkt, dass der piezoelektrische
Wandler 60 den elektrischen Impuls für die Schaltungsanordnung erzeugt.
Der Druck, der durch die Schockwelle aufgebracht wird, wird über das Übertragungselement 58 auf
die Hülse 22 übertragen,
wie dies durch Kraftpfeile 68 angezeigt ist, im Gegensatz
dazu, dass sie auf das Zündmodul 54 übertragen
wird.
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Die 5A und 5B stellen
eine eingehüllte
Zündanordnung 55a gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der Erfindung dar, in der das Gehäuse für die elektronische Schaltung
nicht für
einen begrenzten Kontakt mit der Umhüllung aufgebaut ist. In dieser
Ausführungsform
weist das Gehäuse
ein Gehäuse
für elektronische
Bauteile und den Träger auf.
Das Gehäuse 14e weist
ein strukturelles Tragematerial und ein entkoppelndes Material 14f,
dargestellt nur in 5B, auf. Allgemein sollte das
strukturelle Tragematerial des Gehäuses 14e ein Young'sches Modul von mindestens
ungefähr
5 × 105
psi (3,45 × 109 Pa) haben, und besitzt vorzugsweise ein
Young'sches Modul
in dem Bereich von ungefähr
1·106 psi (6,89 × 109 Pa)
bis ungefähr
40·106 psi (2,76·1011 Pa).
Vorzugsweise besitzt das strukturelle Tragematerial eine Festigkeit
von mindestens ungefähr
5000 psi (3,45 × 107 Pa) und einen thermischen Expansionskoeffizienten,
der denjenigen der integrierten Schaltungskomponenten darin anpasst. Das
Gehäuse 14e kann,
z.B., ein mit Glas gefülltes Epoxidharzgehäuse 14e aufweisen,
das, wenn es gehärtet
ist, eine Dichte von mindestens ungefähr 1 Gramm pro Kubikzentimeter
(g/cc) (1000 kg/m3) und ein Young'sches Modul von 1·106 psi (6,89·109 Pa) besitzt.
Ein solches Epoxidharzmaterial ist von Sumitomo Corporation unter
der Bezeichnung Resin No. 6300 erhältlich und es ist angegeben,
dass es mit 60 Prozent Glas gefüllt
ist. Das Gehäuse 14e ist
ausreichend fest, wenn es gehärtet
ist, um einen strukturellen Träger
für die
Schaltung bereitzustellen und dabei zu helfen, eine Beschädigung der
Schaltung bei einem unbeabsichtigten Biegen zu verhindern. Wie in 5A zu
sehen ist, ist das Gehäuse 14e allgemein rechtwinklig
in seinem Aufbau und ist so aufgebaut, um im Wesentlichen glatte
Seiten 27 zu haben, von denen die Anschlüsse 52 vorstehen.
Um zu verhindern, dass sich die Anschlüsse 52 gegen die elektrisch
leitfähige
Hülse 22 anlegt
und demzufolge möglicherweise
die elektronische Schaltung darin kurzschließt, ist das Gehäuse 14e so
aufgebaut, um Abstandsteile 71 zu definieren, die von den
Seiten 27 des Gehäuses 14e weiter
als die Anschlüsse 52 vorstehen.
Demzufolge werden, sollte das Gehäuse 14e in Kontakt
mit der Hülse 22 während der
Montage kommen, die Abstandsteile 71 verhindern, dass die Anschlüsse 72 in
die Innenfläche
der Hülse 22 eingreifen.
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Das
Gehäuse 14e kann
für einen
begrenzten Längskontakt
mit der Innenfläche
der Hülse 22 dimensioniert
und aufgebaut sein, wie dies vorstehend z.B. in Bezug auf die 1A und 1B beschrieben
ist, allerdings ist das Gehäuse 14e vorzugsweise so
dimensioniert und aufgebaut, wie dies in 5B gezeigt
ist, so dass dann, wenn es innerhalb der Hülse 22 zentriert ist,
keinen direkten Kontakt mit der Innenfläche davon eingeht. In der dargestellten
Ausführungsform
ist der Raum zwischen dem Gehäuse 14e und
der Hülse 22 im
Wesentlichen vollständig
mit einem stoßabsorbierenden,
entkoppelnden Material 14f des Gehäuses gefüllt. In einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung besitzt das entkoppelnde Material 14f eine
Dichte von nur 0,8 g/cc (800 kg/m3) und
ein Young'sches
Modul von 5000 psi (3,45·104 Pa) und unterscheidet sich demzufolge wesentlich von
dem mit Glas gefüllten
Epoxidharz des Gehäuses 14e.
Das entkoppelnde Material kann ein elastisches polymeres Material
aufweisen, z.B. ein Silikon, und es kann optional als Schaum geformt
sein. Ein entkoppelndes Material, das einen Abschnitt aus einem
Schaumkissen aufweist, kann an dem Gehäuse 14e angeklebt
sein, um in die Innenfläche
der Hülse einzugreifen.
Allerdings wird erwartet, dass ein geeigneteres Verfahren zum Anordnen
eines entkoppelnden Materials des Gehäuses zwischen einem strukturellen
Tragematerial und der Umhüllung
ein Einspritzen von geschäumtem,
polymerem entkoppelndem Material in den Raum dazwischen aufweisen
wird, z.B. in den Raum zwischen dem Epoxidharzgehäuse 14e und
der Hülse 22.
Das entkoppelnde Material zwischen der Hülse und der Schaltung innerhalb
des Gehäuses
dient dazu, die Kraft von Schockwellen zu dämpfen, die von der Umgebung der
Schaltung übertragen
werden können,
und schützt
so die Schaltung. Dieser schützende
Effekt wird ohne das Erfordernis erreicht, einen Kontakt zwischen
dem entkoppelnden Material 14f und dem Innenraum der Umhüllung zu
begrenzen, allerdings wird der Schutzeffekt dann erhöht, wenn
das entkoppelnde Material physikalisch für einen begrenzten Kontakt
mit der Umhüllung
aufgebaut ist, wie dies vorstehend unter Bezugnahme auf die 1A bis 3B beschrieben
ist. Die Schutzfunktion des Gehäuses
wird weiterhin erhöht,
da, wie vorstehend vorgeschlagen ist, das Gehäuse 14e so dimensioniert und
aufgebaut ist, dass es einen nicht gleichförmigen Versatz zu der zylindrischen
Innenfläche
der Hülse 22 definiert.
Ein solcher Aufbau des strukturellen Tragegehäusematerials wird durch den
Ausdruck "nicht übereinstimmender
Aufbau" eingeschlossen.
Genauer gesagt ist das Gehäuse 14e im
Wesentlichen rechtwinklig, und ist deshalb zylindrisch hervortretend,
sogar obwohl es nicht direkt in die Innenfläche der Hülse 22 eingreift.
Demzufolge ist der Abstand zwischen einer Kante des Gehäuses 14e und
der Innenfläche
der Hülse 22,
dargestellt als ein Versatz S1, wesentlich
kürzer
als der Abstand zwischen einem Punkt an der Seite des Gehäuses 14e und
der Innenfläche
der Hülse 22,
dargestellt als S2. Irgendwelche Reste einer
Schockwelle, aufgenommen durch das Gehäuse 14e, werden durch
seinen unregelmäßigen Aufbau
relativ zu der Hülse 22 abgeführt, bevor
sie auf die Schaltung darin auftrifft. Andere zylindrisch vorstehende
Anordnungen für
das Gehäuse 14e werden
in ähnlicher
Weise die Schutzfunktion des Gehäuses
erhöhen.
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5C stellt
eine noch andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, die eine eingehüllte Zündanordnung 55' aufweist, die
eine Schaltungsanordnung 10b' und
ein Übertragungselement 58 aufweist.
Die Schaltungsanordnung 10b' weist dieselbe
innere Schaltung auf, wie sie vorstehend in Bezug auf die Schaltungsanordnung 10b der 4 beschrieben
ist. Die Schaltungsanordnung 10b' besitzt eine Zündkappe 46, die daran
befestigt ist, und ist mit einem Übertragungselement 58 in
derselben Art und Weise wie die Schaltungsanordnung 10b der 4 verbunden.
Das Gehäuse
der Schaltungsanordnung 10b' weist
das auf einem Epoxidharz basierende Gehäusematerial 14e, beschrieben
vorstehend in Verbindung mit 5B, auf,
und, entsprechend der Ausführungsform
der 5B, ist das Gehäuse 14e so dimensioniert
und aufgebaut, dass es innerhalb der Hül se 22' zentriert werden kann, ohne mit
der Innenstruktur davon in Kontakt zu treten. Allerdings weist,
anstelle eines entkoppelnden Materials, das axial mit dem Gehäuse 14e übereinstimmend
ist und das den axialen Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 14e und
der umgebenden Umhüllung
füllt,
das Gehäuse
der Schaltungsanordnung 10b' eine
Buchse 14g auf, die um das Gehäuse 14e herum in dem
Raum zwischen dem Gehäuse 14e und
der Hülse 22' angeordnet
ist. Typischerweise wird die Buchse weniger als 50 Prozent der axialen Länge der
Schaltungsanordnung 10b' entlang
der Achse der Hülse 22' belegen, noch
typischer weniger als 25 Prozent der axialen Länge der Schaltungsanordnung 10b'. Vorzugsweise
ist die Buchse näher
zu dem Ende der Schaltungsanordnung 10b' gegenüberliegend von den Eingangsanschlüssen 56 angeordnet,
als dies für
die Anschlüsse 56 der
Fall ist, z.B. liegt sie näher
zu den Ausgangsanschlüssen 57 als zu
den Eingangsanschlüssen 56.
Da die Zündausgangskappe 46 typischerweise
an dem gegenüberliegenden
Ende der Schaltungsanordnung 10b' von den Eingangsanschlüssen aus
liegt, kann gesagt werden, dass die Buchse typischerweise näher zu der
Zündausgangskappe 46 als
zu den Eingangsanschlüssen
liegt. Einfacher ausgedrückt
ist die Buchse proximal zu dem Ausgangsende der Schaltungsanordnung 10b' im Gegensatz
zu proximal zu dem Eingangsende angeordnet. Die Buchse und das Gehäuse 14e sind
so dimensioniert und aufgebaut, dass die äußere Umfangsfläche der
Buchse das axiale Profil des Gehäuses 14e und
der Zündausgangskappe 46 übersteigt.
Als eine Folge ist die Buchse nur ein Bereich des Gehäuses, der
sich gegen die Längsinnenfläche der
Hülse 22' anlegt, wenn
die Anordnung 10b' zentral
in der Hülse 22' angeordnet
ist. Das Gehäuse
der Schaltung besitzt demzufolge einen nicht übereinstimmenden Aufbau relativ
zu der Hülsen-Umhüllung.
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Ein
Ende der Schaltungsanordnung 10b' ist zentral innerhalb der Hülse 22' aufgrund der
Verbindung zwischen den Eingangsanschlüssen 56 und den Übertragungsleitungen 62 aufgehängt, was
einen im Wesentlichen ringförmigen,
radialen Zwischenraum 48 zwischen dem Gehäuse 14e und
der Hülse 22' in dem Bereich
nahe zu den Eingangsanschlüssen 56 belässt. Die
Schaltungsanordnung 10b' ist
weiterhin innerhalb der Hülse 22' durch die Buchse 14g getragen,
die einen Teil des Schaltungsgehäuses
aufweist. Optional nimmt die Buchse, die vorzugsweise elastisch
oder nachgiebig in ihrer Art ist, einen ununterbrochenen umfangsmäßigen Kontakt mit
der Innenoberfläche
der Hülse 22' innerhalb des Bereichs
der Hülse 22' vor, indem
die Buchse und die Hülse
axial übereinstimmend
sind, und die Buchse kann deshalb optional einen Aufbau haben, der
mit der Innen fläche
der Hülse 22' übereinstimmt,
im Gegensatz dazu, dass sie einen nicht übereinstimmenden Aufbau besitzt.
Gerade in diesem Fall richtet allerdings das gesamte Gehäuse noch
einen begrenzten Kontakt mit der Hülse 22' ein, da das Gehäuse 14e nicht
die Hülse 22' an irgendeinem
Punkt berührt.
Vorzugsweise weist die Buchse ein eine Vibration entkoppelndes Material
auf.
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In
einer besonderen, kommerziellen Ausführungsform weist die Buchse 14g einen
O-Ring auf. Der O-Ring kann aus einem polymeren, elastischen Material
gebildet sein, das einen Durometer in dem Bereich von 60–70 besitzt.
Ein besonderer O-Ring, der als geeignet für diesen Zweck befunden ist,
ist aus Buna-N-Gummi (ein ausreichend bekannter synthetischer Nitrile-Gummi)
gebildet und ist mit einem Finish beschichtet, das Polytetrafluoroethylen (PTFE)
aufweist. Eine Vielzahl von anderen, synthetischen Materialien (z.B.
Neopren, Butyl-Gummi, usw.) kann ebenso gut für den O-Ring verwendet werden.
In einer spezifischen Ausführungsform
ist ein O-Ring, hergestellt aus Buna-N, mit einem Durometer von
70, einem Innendurchmesser von 0,126 Inch (3,20·10–3 m)
und einer Dicke von ungefähr
0,41 Inch (0,010 m) um ein Schaltungsgehäuse herum in einem Halsbereich
angeordnet, der einen langen Querschnittsumfang mit einer Dimension
von ungefähr
0,135 Inch (3,43·10–3 m)
entlang der Hauptachse zum Einsetzen in eine zylindrische Hülse, die
einen Innendurchmesser von 0,212 Inch (5,38·10–3 m)
besitzt, hat. Vorzugsweise definiert das Gehäuse 14e einen Halsbereich 44,
wo die Buchse 14g eingesetzt werden kann, und die Befestigung
der Zündausgangskappe 46 an
dem Gehäuse 14e in
einem Klemmvorgang erleichtern kann, wie dies vorstehend beschrieben
ist. Vorzugsweise ist die Schaltung so aufgebaut, dass dort keine
Schaltungselemente (Widerstand, Kondensator, integrierte Schaltungschips, usw.),
andere als die leitfähigen
Anschlüsse
in dem axialen Bereich der Schaltungsanordnung 10b', um die herum
die Buchse 14g positioniert ist, vorhanden sind, d.h. dem
Halsbereich 44 der Ausführungsform der 4 entsprechend.
Auf diese Art und Weise werden irgendwelche Vibrationen, die nicht
durch die Buchse 14g hindurchführen, nicht direkt auf empfindliche
Schaltungselemente auftreffen. Die dargestellte, eingehüllte Zündanordnung 55' kann in einem Sprengzündergehäuse oder
einer Umhüllung,
wie sie nachfolgend in Bezug auf die 6A und 6B beschrieben
ist, installiert werden, und dient dazu, einen Zündimpuls von der Zündausgangskappe
freizugeben, die die Ausgangsladung des Sprengzünders unter Empfang des Zündsignals
von der Signalübertragungsleitung
zündet.
Die Hülse 22' ist für eine teleskopartige
Pas sung innerhalb einer standardmäßig dimensionierten Sprengzünderhülle oder
einem -gehäuse
aufgebaut. Solche Umhüllungen
sind typischerweise aus Metall hergestellt und sind für ein Brechen
unter Kräften
anfällig,
die herkömmlich
in Sprengumgebungen vorgefunden werden, z.B. als eine Folge von
zusammenbrechenden Felsformationen, der Übertragung von Schockwellen
usw., z.B. mit Kräften
von ungefähr
500 Pounds pro Quadratinch (psi) (3,45·106 Pa).
Die Hülse 22' kann aus gehärtetem Stahl
gebildet sein und ist so aufgebaut, dass dann, wenn sie innerhalb
einer solchen Sprengzünderhülle angeordnet
ist, die zwei eine ausreichende Berstbeständigkeit erzielen, um die Inhalte
darin gegen Kräfte
von mindestens ungefähr
10.000 psi (6,89·107 Pa) oder größer, vorzugsweise von ungefähr 14.000
psi (9,65·107 Pa) oder 15.000 psi (1,03·108 Pa), zu schützen.
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Optional
kann die Schaltungsanordnung mit mehr als einer Buchse ausgestattet
sein, wie dies in 5D durch die eingehüllte Zündanordnung 55'' dargestellt ist. Optional, allerdings
bevorzugt, in einem solchen Fall ist mindestens eine Buchse proximal
zu dem Eingangsende der Schaltungsanordnung angeordnet und eine
andere ist proximal zu dem Ausgangsende angeordnet, wie dies in 5D durch
die eingehüllte
Zündanordnung 55'' dargestellt ist. Die Anordnung 55'' ist allgemein in derselben Art
und Weise wie die eingehüllte
Zündanordnung 55' der 5C aufgebaut,
so dass die entsprechenden Strukturen mit entsprechenden Bezugszeichen
dargestellt sind, und die Beschreibung der Anordnung 55'' wendet sich nur den Unterschieden
in Bezug auf die Anordnung 55' der 5C zu.
Die eingehüllte Zündanordnung 55'' unterscheidet sich von der Anordnung 55' der 5C dahingehend,
dass die Schaltungsanordnung 10b'' so
aufgebaut ist, um zwei Buchsen 14g und 14g' aufzunehmen.
Zusammen belegen die Buchsen weniger als fünfzig Prozent der axialen Länge der
Schaltungsanordnung 10b'' entlang der
Achse der Hülse 22', wobei jede
bevorzugt weniger als fünfundzwanzig
Prozent der Axiallänge
der Schaltungsanordnung 10b'' belegt. Eine Buchse
(z.B. 14g')
ist in der Nähe
zu dem Ausgangsende der Schaltungsanordnung 10b'' angeordnet, während die andere Buchse 14g' proximal zu
dem Eingangsende angeordnet ist. Wie bei der Anordnung 55' der 5C sind
die Buchsen optional, allerdings bevorzugt, der einzige Bereich
des Gehäuses, der
sich gegen die Längsinnenfläche der
Hülse 22' anlegt, wenn
die Schaltungsanordnung 10b'' zentral in
der Hülse 22' angeordnet
ist. Das Gehäuse
der Schaltung besitzt demzufolge einen nicht übereinstimmenden Aufbau relativ
zu der Hülsenumhüllung, die
die Schaltungsanordnung 10b'' zentral innerhalb der
Hülse aufhängt, ohne
auf der Verbindung zwischen den Eingangsanschlüssen 56 und den Übertragungsleitungen 62 zu
beruhen. Die Buchsen können
aus denselben oder unterschiedlichen Materialien hergestellt sein
und können ähnlich oder
unterschiedlich zueinander aufgebaut sein. Gerade mit zwei Buchsen
wird das gesamte Gehäuse
noch einen begrenzten Kontakt mit der Hülse 22' einrichten, da das Gehäuse 14e nicht
die Hülse 22' an irgendeinem
Punkt berührt.
Vorzugsweise ist die Schaltung so aufgebaut, dass dort keine Schaltungselemente (Widerstand,
Kondensator, integrierte Schaltungschips, usw.) vorhanden sind,
andere als leitfähige Eingangs-
und Ausgangsanschlüsse
dem axialen Bereich der Schaltungsanordnung 10b'', über der die Buchsen positioniert
sind.
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In 6A nun
ist ein digitaler Verzögerungs-Sprengzünder dargestellt,
der eine Schaltungsanordnung, gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, aufweist. Sehr allgemein gesagt ist
der Sprengzünder 100 im
Wesentlichen ähnlich
zu Sprengzündern,
die im Stand der Technik als "Sprengzünder" oder manchmal als "Sprengzünderkappen" bekannt sind, die
typischerweise eine kleine Ladung an explosivem Material, angeordnet
in einem Metall- oder Kunststoffgehäuse 140, aufweisen.
Die Sprengzünderkappe
ist mit einer Signalübertragungsleitung,
wie beispielsweise einem Schockrohr 110, verbunden. Ein
Signal, das zu der Zündung
der explosiven Ladung in dem Gehäuse
führen
kann, kann über
die Signalübertragungsleitung
aufgenommen werden. Der Ausdruck "Sprengzünder" ist allgemein dahingehend zu verstehen,
dass er sich auf das Gehäuse
mit der explosiven Ladung darin bezieht (zusammen mit Tragestrukturen,
chemischen und/oder elektronischen Verzögerungsmitteln, Wandlern, und
dergleichen, die dazu benötigt
werden, die Zündung
des explosiven Ausgangs zu liefern und zeitlich abzustimmen), umfasst
allerdings nicht zusätzliche
Strukturen außerhalb
des Gehäuses. Zum
Beispiel enthält
das Dewar-Gefäß, das in
dem US-Patent für
Gessel, erwähnt
vorstehend, dargestellt ist, einen Sprengzünder, ist allerdings nicht
ein Teil des Sprengzünders.
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In
der dargestellten Ausführungsform
weist der Verzögerungssprengzünder 100 ein
Zündsignalmittel,
das eine nicht elektrische Signalübertragungsleitung aufweist,
die, in dem dargestellten Fall, ein Schockrohr 110 ist,
eine Adapterbuchse 114, eine Isolationskappe 118,
eine Verstärkungsladung 120 und
ein Übertragungselement 58 auf.
Wie es ausreichend für
Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt ist, weist das
Schockrohr ein hohles Kunststoffrohr auf, wobei die Innenwand davon
mit einem explosi ven Material beschichtet ist, so dass, unter Zündung, eine
Schockwelle niedriger Energie durch das Rohr ausgebreitet wird.
Siehe zum Beispiel Thurreson et al, US-Patent 4,607,573. (Es wird verständlich werden,
dass andere, nicht elektrische Signalübertragungsleitungen, wie beispielsweise Sprengschnur,
Sprengschnur mit niedriger Energie, Schockrohr mit niedriger Geschwindigkeit,
und dergleichen, anstelle des Schockrohrs verwendet werden können.) Das
Schockrohr 110 ist in dem offenen Ende 112a einer
Umhüllung,
aufweisend ein Gehäuse 112,
durch eine Adapterbuchse 114, um die das Gehäuse 112 herum
an Klemmstellen 116, 116a geklemmt ist, befestigt.
Die Buchse 114 unterstützt
dabei, eine die Umgebung schützende
Dichtung zwischen dem Gehäuse 112 und
der äußeren Oberfläche des
Schockrohrs 110 zu bilden. Das Gehäuse 112 ist aus einem
elektrisch leitfähigen
Material, gewöhnlich
Aluminium, hergestellt, und ist vorzugsweise von der Größe und der
Form von herkömmlichen Sprengkappen,
d.h. Sprengzündern.
Ein Segment 110a des Schockrohrs 110 innerhalb
des Gehäuses 112 endet
an dem Ende 110b in enger Nähe zu, oder in einem anstoßenden Kontakt
mit, einer antistatischen Isolationskappe 118.
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Die
Isolationskappe 118 ist, wie am besten in 6B zu
sehen ist, von einem Typ, der ausreichend im Stand der Technik bekannt
ist, und ist aus einem Halbleitermaterial, z.B. einem mit Kohlenstoff
gefüllten
polymeren Material, hergestellt, so dass sie einen Pfad zu dem Gehäuse 112 bildet,
um irgendeine statische Elektrizität, die entlang des Schockrohrs 110 läuft, abzuführen. Siehe
zum Beispiel Gladden US-Patent 3,981,240. Eine Booster-Ladung 120 mit niedriger
Energie ist angrenzend an diese Isolationskappe 118 und
in einer ein Signal übertragenden
Beziehung zu dem Ende 110b des Schockrohrs 110 positioniert.
Wie am Besten in 6B zu sehen ist und wie ausreichend
im Stand der Technik bekannt ist, weist diese Isolationskappe 118 ein
im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse auf (gewöhnlich in
der Form eines Kegelstumpfes, angeordnet mit dem größeren Durchmesser
zu dem offenen Ende 112a des Gehäuses 112 hin positioniert),
wobei der Innenraum davon durch eine dünne, zerbrechbare Membrane 118b in eine
Eintrittskammer 118a und eine Austrittskammer 118c unterteilt
ist. Das Ende 110b des Schockrohrs 110 (6A)
kann innerhalb der Eintrittskammer 118a aufgenommen werden
(das Schockrohr 110 ist nicht in 6B zur
Deutlichkeit der Darstellung gezeigt). Die Austrittskammer 118c bildet
einen Luftraum oder ein Abstandsteil zwischen dem Ende 110b des
Schockrohrs 110 und der Booster-Ladung 120. Im
Betrieb wird das Schockwel lensignal, das durch das Schockrohr 110 läuft, die
Membrane 118b brechen und das Abstandsteil, vorgesehen
durch die Austrittskammer 118c, durchqueren und auf die Booster-Ladung 120 auftreffen
und sie detonieren.
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Die
Booster-Ladung 120 weist eine kleine Menge eines explosiven
Materials 124 auf, auf dem ein erstes Kissenelement 126 angeordnet
ist. Das explosive Material 124 weist typischerweise ein
primäres,
explosives Material, wie beispielsweise Bleiazit, auf, und kann
ein geeignetes, sekundäres,
explosives Material aufweisen, z.B. BNCP. Ein erstes Kissenelement 126,
das in der Form ringförmig
ist, sicher für
eine dünne,
zentrale Membrane, ist zwischen der Isolationskappe 118 und
dem explosiven Material 124 angeordnet, um den Druck aufzunehmen,
mit dem das explosive Material 124 während der Herstellung des Sprengzünders 110 gedrückt wird,
um das explosive Material 124 gegen die direkte Aufbringung eines
Drucks zu schützen.
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Die
Isolationskappe 118, das erste Kissenelement 126 und
die Booster-Ladung 120 können passend in eine Booster-Umhüllung 132 eingepasst
befestigt werden, wie dies in 5B dargestellt
ist. Die äußere Oberfläche der
Isolationskappe 118 steht in leitendem Kontakt mit der
inneren Oberfläche
der Booster-Umhüllung 132,
die wiederum so dimensioniert und aufgebaut ist, um eine Reibungspassung mit
dem Inneren des Gehäuses 112 zu
haben, und bildet demzufolge einen Pfad einer elektrischen Leitfähigkeit
von dem Schockrohr 110 zu dem Gehäuse 112. Allgemein
ist die Booster-Umhüllung 132 in
das Gehäuse 112 eingesetzt
und das Gehäuse 112 ist
so umgebördelt,
um die Booster-Umhüllung 132 darin zurückzuhalten
ebenso wie die Inhalte des Gehäuses 102 gegen
die Umgebung hin zu schützen.
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Ein
nicht leitfähiger
Puffer 128, der typischerweise 0,015 Inch dick ist, ist
zwischen der Booster-Ladung 120 und einem Übertragungselement 58 angeordnet,
um elektrisch das Übertragungselement 58 gegen
die Booster-Ladung 120 zu isolieren. Das Übertragungselement 58 weist
einen piezoelektrischen Wandler auf, der in einer eine Kraft übertragenden
Beziehung der Booster-Ladung 120 angeordnet ist, und so
die Ausgangskraft der Booster-Ladung 120 in einen Impuls
elektrischer Energie umwandeln kann. Die Ausgangsanschlüsse des Übertragungselements 58 sind
mit dem Zündmodul 54, wie
dies in 4 dargestellt ist, verbunden.
Wie in 5 dargestellt ist, weist die
Umhüllung,
die durch den Sprengzünder 100 gebildet
ist, ein Gehäuse 112 und
eine optional offen en dende Stahlhülse 22 darin auf,
die das Zündmodul 54 umschließt und die
so aufgebaut ist, dass sie eine Reibungspassung innerhalb des Innenraums
des Gehäuses 112 besitzt.
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Der
Sprengzünder 100 weist
ein Ausgangsmittel auf, um ein Detonationsausgangssignal an dem
Ende des Verzögerungsintervalls
zu erzeugen. Wie vorstehend angegeben ist, weist ein Teil des Sprengzünder-Ausgangsmittels
die Zündausgangskappe 46 des
Zündmoduls 54 auf
(dargestellt in 4), wobei angrenzend dazu in
dem Sprengzünder 100 ein
zweites Kissenelement 142 vorhanden ist, das ähnlich zu
dem ersten Kissenelement 126 ist. Das zweite Kissenelement 142 trennt
das Ausgangszündmittel
des Zündmoduls 54 von
dem Rest des Sprengzünderausgangsmittels,
die Ausgangsladung 144 aufweisend, die an dem geschlossenen
Ende 112b des Gehäuses 112 angeordnet
ist. Die Ausgangsladung 144 weist ein optional primäres, explosives
Material 144a (gegen das ein geeignetes, sekundäres explosives
Material, z.B. BNCP, substituiert werden kann) und ein sekundäres, explosives
Material 144b auf. Das sekundäre, explosive Material 144b besitzt
eine ausreichende Schockenergie, um das Gehäuse 112 zum Bersten
zu bringen und das eingegossene, explosive Booster-Material, Dynamit, usw.,
angeordnet in eine Signalübertragungsnähe zu dem
Sprengzünder 100,
zum Detonieren zu bringen.
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In
Benutzung läuft
ein nicht elektrisches Zündsignal
in dem Zündsignalmittel
durch das Schockrohr 110 und wird an einem Ende 110b abgegeben.
Das Signal bricht die Membrane 118b der Isolationskappe 118 und
das erste Kissenelement 126, um das explosive Material 124 der
Booster-Ladung 120 zu zünden.
Das explosive Material 124 erzeugt eine Detonationsschockwelle,
die auf den piezoelektrischen Wandler in dem Übertragungselement 58 auftrifft.
Das Übertragungselement 58 erzeugt
dann einen Impuls elektrischer Energie, der durch das Zündmodul 54 aufgenommen
wird. Demzufolge liefert das nicht elektrische Zündsignalmittel ein Zündsignal
zu der Schaltungsanordnung des Zündmoduls 54.
Die Schaltungsanordnung speichert den Impuls elektrischer Energie
und, nach einer vorbestimmten Verzögerung, gibt sie die Energie
frei und befördert sie
zu dem Ausgangszündmittel,
dass die Ausgangsladung 144 zündet.
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Wie
vorstehend angegeben ist, kann, in alternativen Ausführungsformen,
die eingekapselte Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung
in Verbindung mit einer elektrischen Sprengzünder-Verzögerungsschaltung verwendet
werden, die für
eine Verwendung in Verbindung mit einem elektrischen Signalübertragungsdraht
anstelle eines Schockrohrs, oder einer anderen, nicht elektrischen
Signalübertragungsleitung,
verwendet werden kann. In einer solchen Schaltung wäre natürlich kein
Erfordernis für eine
Booster-Ladung 120 oder ein Übertragungselement 58 vorhanden.
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Es
wird verständlich
werden, dass, gerade obwohl die Umhüllung keine zylindrische Innenfläche besitzt,
die Anordnung des Schaltungsgehäuses
für einen
begrenzten Kontakt damit angepasst werden kann.