DE60113103T2 - Doppeltes redundantes system für elektronischen zünder - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sprengzünder und betrifft im Spezielleren elektrische und elektronische Sprengzünder, solche Sprengzünder aufweisende Auslösesysteme sowie auf ein Verfahren zum Herstellen des Sprengzünders und/oder des Systems.
  • EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
  • Im Stand der Technik sind Sprengzünderanordnungen bekannt, die einen elektrischen oder elektronischen Sprengzünder aufweisen, der über Leitungsdrähte mit einem Kabelbaum verbunden ist. Im Gebrauch wird eine Mehrzahl solcher Anordnungen über den Kabelbaum mit einer Sprengsteuerung verbunden und in jeweiligen Sprenglöchern an einem Sprengort angeordnet. Die Sprengsteuerung wird zum Steuern der Sprengzünder verwendet und ferner dazu verwendet, diese in einer bestimmten Sequenz und einem bestimmten Muster zur Detonation zu bringen, um ein gewünschtes, mehrere Detonationen beinhaltendes Sprengmuster hervorzurufen.
  • Aufgrund bestimmter Zuverlässigkeitsprobleme bei den Sprengzünderanordnungen besteht in einigen Ländern die Praxis darin, in jedem Sprengloch eine erste Detonatoranordnung sowie auch eine zweite, parallele oder unterstützende Detonatoranordnung zu platzieren. Es ist zu erkennen, dass das Anordnen und Verbinden einer separaten, parallelen, unterstützenden Detonatoranordnung nicht nur unnötige Zeit erforderlich macht sondern auch mühsam ist, wobei ferner Fehler bei der Verbindung der unterstützenden Anordnung auftreten können.
  • Die DE 37 17 149 A1 offenbart ein Sprengzünder-Auslösesystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Die US 3,227,083 offenbart einen elektrischen Sprengzünder mit zwei Überbrückungsdrähten, um die Zuverlässigkeit der Explosion oder des Energietrans fers zwischen dem Überbrückungsdraht und einem großen gemeinsamen Körper einer explosiven Zündladung zu verbessern. Die US 2,998,776 offenbart eine Batterie-Stromversorgung für die Aktivierung von Sprengzündern, wobei die Stromversorgung eine Mehrzahl von parallel miteinander verbundenen Batterien aufweist. Die WO 92/08932 offenbart ein elektronisches Steuersystem für Sprengstoffe, wobei das System dazu ausgebildet ist, seinen Dienst sicher zu versagen, wenn sowohl ein ARM-Signal als auch ein FIRE-Signal nicht innerhalb eines vorbestimmten zeitlichen Rahmens empfangen werden.
  • ZIELSETZUNG DER ERFINDUNG
  • Somit besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Sprengzünderanordnung, eines Auslösesystems sowie eines Verfahrens zum Herstellen der Sprengzünderanordnung und des Systems, mit der bzw. dem sich die vorstehend genannten Nachteile in den Augen des Anmelders zumindest abschwächen lassen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Zielsetzungen der Erfindung werden durch ein Sprengzünder-Auslösesystem nach Anspruch 1, einen elektronischen Sprengzünder nach Anspruch 14 sowie eine Sprengsteuerung nach Anspruch 15 erreicht.
  • Es wird ein Sprengzünder geschaffen, der ein Gehäuse, eine Hauptschaltung, die eine in dem Gehäuse vorgesehene, elektrisch betätigbare Sicherung besitzt, sowie mindestens eine erste Redundanzschaltung aufweist, wobei zumindest ein Element der Hauptschaltung doppelt vorgesehen ist und ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet ist.
  • Bei dem Sprengzünder kann es sich um einen elektrischen Sprengzünder oder alternativ um einen elektronischen Sprengzünder handeln.
  • Die Hauptschaltung kann die Sicherung, eine Ladungsspeichervorrichtung und eine Steuerung aufweisen. Bei der Ladungsspeichervorrichtung kann es sich um einen Kondensator handeln, und die Steuerung kann auf Mikroprozessorbasis arbeiten und ferner eine zugehörige Speicher-Schaltungseinrichtung, Verzöge rungszeitbestimmungs-Schaltungseinrichtung und Datenübertragungs-Schaltungseinrichtung aufweisen.
  • Bei der Redundanzschaltung kann es sich um eine Schaltung mit vollständiger Redundanz handeln, die eine Sicherung, eine Ladungsspeichervorrichtung und eine lokale Steuerung aufweist. Bei anderen Ausführungsformen können weitere Ebenen mit vollständiger oder partieller Redundanz vorgesehen sein.
  • Die Hauptschaltung und die Redundanzschaltung können auf einer einzigen gedruckten Schaltungsplatte vorgesehen sein. Die Hauptschaltung und die Redundanzschaltung können auf einer Oberfläche der Platte vorgesehen sein, wobei sie bei anderen Ausführungsformen auch auf beiden Oberflächen vorgesehen sein können, und in noch weiteren Ausführungsformen kann die Hauptschaltung auf der einen Oberfläche vorgesehen sein, während die Redundanzschaltung auf der anderen Oberfläche vorgesehen sein kann. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die Hauptschaltung auf einer ersten gedruckten Schaltungsplatte vorgesehen sein, und die Redundanzschaltung kann auf einer zweiten gedruckten Schaltungsplatte vorgesehen sein, wobei beide gedruckte Schaltungsplatten in dem Gehäuse angeordnet sind.
  • Ferner kann eine Sprengzünderanordnung geschaffen werden, die einen Sprengzünder der vorstehend definierten Art, einen Verbinder sowie ein Verbindungskabel aufweist, das sich zwischen dem Verbinder und dem Sprengzünder erstreckt.
  • Der Verbinder und/oder das Verbindungskabel können auch zumindest eine erste Redundanzebene aufweisen. Zum Beispiel kann das Verbindungskabel eine Hauptleiteranordnung und eine erste Redundanzleiteranordnung aufweisen, die sich zwischen dem Sprengzünder und dem Verbinder erstrecken. In ähnlicher Weise kann der Verbinder einen Hauptsatz von Kontakten sowie einen ersten Satz von Redundanzkontakten aufweisen, die beide mit der ersten Leiteranordnung verbunden sind oder mit einer jeweiligen Leiteranordnung oder aber beiden Leiteranordnungen verbunden sind.
  • Ferner kann eine Sprengsteuerung geschaffen werden, die ein Gehäuse, eine Hauptschaltung, die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit einem Ausgang ver bindbar ist, um mit an den Ausgang angeschlossenen Sprengzündern in Verbindung zu treten und diese zu steuern, sowie eine erste Redundanzschaltung aufweist, bei der zumindest ein Teil der Hauptschaltung dupliziert ist und die ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet ist und mit dem Ausgang verbindbar ist.
  • Die erste Redundanzschaltung kann eine vollständige Duplizierung von allen Elementen der Hauptschaltung aufweisen, so dass sie eine vollständige Redundanzschaltung bildet. Die Hauptschaltung und die erste Redundanzschaltung können jeweils eine Schaltungsstatus-Überwachungseinrichtung aufweisen, die mit einer zentralen Steuerung verbunden ist, wobei die zentrale Steuerung betriebsmäßig auf Signale von den Schaltungsstatus-Überwachungseinrichtungen anspricht, um entweder die Hauptschaltung oder die erste Redundanzschaltung mit dem Ausgang der Sprengsteuerung zu verbinden.
  • Darüber hinaus kann auch ein Auslösesystem geschaffen werden, das eine Sprengsteuerung der vorstehend definierten Art sowie eine Mehrzahl von Sprengzünderanordnungen ebenfalls der vorstehend definierten Art aufweist, wobei die Anordnungen mit einem Kabelbaum verbunden sind, der mit dem Ausgang der Sprengsteuerung verbunden ist.
  • Der Kabelbaum kann ebenfalls eine erste Redundanzebene aufweisen. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Kabelbaum, der zumindest eine erste Redundanzebene aufweist.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente (wie z.B. eines Sprengzünders, einer Sprengsteuerung, usw.) eines elektrisch steuerbaren Sprengzünder-Auslösesystems beinhaltet folgende Schritte:
    • – Bereitstellen eines Gehäuses für die Komponente;
    • – Bereitstellen einer Hauptschaltung der Komponente in dem Gehäuse; und
    • – Bereitstellen einer ersten Redundanzschaltung in dem Gehäuse, wobei die erste Redundanzschaltung mindestens ein Element der Hauptschaltung aufweist, das in der Redundanzschaltung dupliziert ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER BEGLEITZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird im Folgenden lediglich anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlicher beschrieben; darin zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm einer elektronischen Sprengzünderanordnung gemäß der Erfindung; und
  • 2 ein Blockdiagramm eines Auslösesystems mit einer Sprengsteuerung, die beide erfindungsgemäß ausgebildet sind.
  • BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS DER ERFINDUNG
  • Eine erfindungsgemäße Sprengzünderanordnung ist in 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
  • Die Sprengzünderanordnung weist ein Gehäuse 12 für eine gedruckte Schaltungsplatte 14 auf. Auf der gedruckten Schaltungsplatte ist eine Hauptschaltung 11 vorgesehen, die eine Sprengzünder-Brückeneinrichtung oder Sicherung 16 aufweist. Eine erste Redundanzschaltung 13, die eine zweite Brückeneinrichtung 18. aufweist, ist ebenfalls auf der Schaltungsplatte vorgesehen. Die Brückeneinrichtung 16 und die Brückeneinrichtung 18 können auf derselben Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte oder alternativ auf entgegengesetzten Oberflächen von dieser vorgesehen sein. In ähnlicher Weise können auch die Schaltung 11 und die Schaltung 13 auf der gleichen Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte oder alternativ auf entgegengesetzten Oberflächen von dieser vorgesehen sein.
  • Die Hauptschaltung 11 weist einen Ladungsspeicherkondensator 20 auf. Der Kondensator 20 und die Brückeneinrchtung 16 werden in bekannter Weise geladen bzw. gesteuert, und zwar mittels einer Steuerung, die in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Hauptschaltung (ASIC) 23 ausgeführt ist. Die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 23 weist eine elektronische Schaltungseinrichtung auf, die eine auf Mikroprozessorbasis arbeitende Steuerung (nicht gezeigt) zugehörige Speicheranordnungen (nicht gezeigt), digitale Verzögerungszeit-Bestimmungseinrichtungen (nicht gezeigt) sowie eine digitale Schaltungseinrichtung (ebenfalls nicht gezeigt) aufweist, die digitale Datenübertragungen zwischen der Steuerung und einer externen Vorrichtung, wie z.B. einer Sprengsteuerung 24, wie sie in 2 gezeigt ist, ermöglichen und vereinfachen.
  • Der Kondensator 22 und die Brückeneinrichtung 18 der Redundanzschaltungseinrichtung 13 werden durch eine ähnliche erste anwendungsspezifische integrierte Redundanzschaltung geladen bzw. gesteuert.
  • Eingangswiderstände 28 und 30 für die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 23 bzw. die anwendungsspezifische integrierte Redundanzschaltung 26 sind ebenfalls auf der gedruckten Schaltungsplatte 14 vorgesehen.
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann die Redundanzschaltung 13, die die Brückeneinrichtung 18, den Kondensator 22, die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 26 sowie die Eingangswiderstände 30 aufweist, auf einer zweiten und separaten gedruckten Schaltungsplatte (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die sich jedoch in dem gleichen Gehäuse 12 befindet.
  • Die Eingangswiderstände 28 und 30 sind über eine Hauptleitung und eine erste Unterstützungsleitung in Form von verdrillten Paaren 32 und 34 mit einem Verbinder 36 verbunden. Bei weiteren Ausführungsformen können auch Schutzanordnungen (nicht gezeigt) zwischen den anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen und den Leitern 32 und 34 vorgesehen sein.
  • Der Verbinder 36 weist einen Hauptsatz von Kontakten 36.1 für das verdrillte Paar 32 sowie einen ersten Satz von Redundanzkontakten 36.2 für das verdrillte Paar 34 auf.
  • Die Sprengsteuerung 24 ist in 2 dargestellt. Im Gebrauch ist sie entfernt von der Sprengseite 37 sowie Sprenglöchern 38.1 bis 38.n positioniert.
  • In jedem Loch wird eine Sprengzünderanordnung 10 der vorstehend beschriebenen Art, die wenigstens eine Ebene einer partiellen oder vollständigen Redundanz-Schaltungseinrichtung der vorstehend beschriebenen Art aufweist, in bekannter Weise angeordnet. In 2 sind eine Sprengzünderanordnung 10.1 für das erste Loch 38.1 und eine Sprengzünderanordnung 10.2 für das nte Loch 38.n dargestellt.
  • Die Sprengzünderanordnungen 10.1 bis 10.n sind mit der Sprengsteuerung 24 durch mindestens eine erste Ebene eines Redundanz-Kabelbaums 40 verbunden, der Kabel 40.1 und 40.2 sowie jeweilige Kontakte 36.1 und 36.2 aufweist, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
  • Gemäß der Erfindung kann die Sprengsteuerung 24 auch mit einem beliebigen gewünschten Ausmaß an Redundanzebenen versehen sein, um die Zuverlässigkeit des Auslösesystems 42 auf ein gewünschtes Niveau einzustellen. In 2 ist eine Sprengsteuerung 24 mit einer ersten Redundanzebene lediglich als Beispiel dargestellt.
  • Die Sprengsteuerung 24 besitzt eine Batterie, eine Batterie-Managementeinrichtung 46, eine Hauptstromversorgungseinheit 48 für die Sprengsteuerung 24 sowie eine Unterstützungs-Stromversorgungseinheit 50 für die Sprengsteuerung 24.
  • Die Sprengsteuerung 24 weist ferner eine auf Mikroprozessorbasis arbeitende Steuerung 52 auf, die betriebsmäßig zum Steuern eines Hauptzweiges 54 und eines ersten Unterstützungs- oder Redundanzzweiges 56 ausgebildet ist.
  • Der Hauptzweig beinhaltet einen Modulator/Demodulator 58 für Datensignale (vorzugsweise digital), die zu den Sprengzünderanordnungen 10.1 bis 10.n zu übertragen sowie von diesen zu empfangen sind. Ein Leistungsverstärker 60 verstärkt die betreffenden Signale. Eine Zweigstatus-Überwachungsschaltung 62, die mit dem Prozessor 52 verbunden ist, überwacht den Status des Hauptzweiges 54. Der Hauptzweig 54 und der Unterstützungszweig sind mit einer Umschalt-Schaltung 64 verbunden, die z.B. in Form eines zweipoligen Umschalt-Relais ausgebildet ist, um gesteuert durch die Steuerung 52 sowie in Abhängigkeit von dem Status der Zweige den einen Zweig 54 oder den anderen Zweig 56 über einen Ausgang 72 mit dem Kabelbaum 40 zu verbinden.
  • Der andere Zweig 56 ist dem Hauptzweig 54 ähnlich ausgebildet, und ein Rückkopplungskreis 66 ist zwischen den Zweigstatus-Überwachungsschaltungen 62, 68 und der Steuerung 52 vorgesehen. Die Steuerung 52 steuert die Umschalt- Schaltung 64 über die Leitung 70 ansprechend auf Statussignale, die sie von den Status-Überwachungsschaltungen 62 und 68 empfängt. Sollte in dem Zweig 54 ein Fehler oder ein Defekt vorliegen, veranlasst die Steuerung die Umschalt-Schaltung 64 automatisch zu einem Umschalten des Unterstützungszweiges 65 derart, dass dieser über den Ausgang mit dem Kabelbaum 40 verbunden wird, um auf diese Weise mit den Sprengzünderanordnungen 10.1 bis 10.n in Verbindung zu treten und diese zu steuern.
  • Die Erfindung schafft eine einzige Sprengzünderanordnung 10, die eine erste Redundanzebene oder eine höhere Anzahl von Redundanzebenen mit vollständiger oder partieller Redundanz aufweist. Ferner weist die Sprengsteuerung 24 parallele Zweige 54 und 56 auf, von denen einer von der Steuerung automatisch ausgewählt werden kann, um eine Unterstützungs- bzw. Sicherheitsfunktion zu schaffen und auf diese Weise die Zuverlässigkeit zu verbessern.
  • Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen von Sprengzünderanordnungen 10 sowie einer Sprengsteuerung 24, die zumindest eine erste Redundanzebene mit vollständiger oder partieller Redundanz aufweist, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Dies bedeutet, dass zumindest wesentliche Teile einer Hauptschaltung in einer parallelen Unterstützungs- oder Redundanzschaltung dupliziert sind.
  • Es versteht, dass viele Variationen in den Details der Sprengzünderanordnung, des Kabelbaums, des Auslösesystems, der Sprengsteuerung sowie in dem Herstellungsverfahren, wie diese vorstehend beschrieben worden sind, im Umfang der beigefügten Ansprüche möglich sind.

Claims (15)

  1. Sprengzünder-Auslösesystem (42) mit einer Sprengsteuerung (24) und mindestens einem elektronischen Sprengzünder (10.1 bis 10.n), der mit der Sprengsteuerung verbindbar ist, wobei der mindestens eine Sprengzünder ein Gehäuse (12), eine elektrisch betätigbare Sicherung (16) und eine elektronische Hauptschaltung (11) zum Betätigen der in dem Gehäuse vorgesehenen Sicherung aufweist, gekennzeichnet durch mindestens eine erste Redundanzebene (13, 18), bei der die Sicherung (16) und/oder ein Teil der elektronischen Hauptschaltung (11) doppelt vorgesehen ist und die ebenfalls in dem Gehäuse (12) angeordnet ist.
  2. Sprengzünder-Auslösesystem nach Anspruch 1, wobei die elektronische Hauptschaltung eine Ladungsspeichervorrichtung (20) aufweist, die mit der Sicherung und einer lokalen Steuerung (23) verbindbar ist.
  3. Sprengzünder-Auslösesystem nach Anspruch 2, wobei die Ladungsspeichervorrichtung einen Kondensator aufweist und die Steuerung auf Mikroprozessorbasis arbeitet und ferner eine zugehörige Speicher-Schaltungseinrichtung und eine zugehörige Datenübertragungs-Schaltungseinrichtung aufweist.
  4. Sprengzünder-Auslösesystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die erste Redundanzebene eine erste Redundanzschaltung aufweist, die eine vollständige zweite Ausführung der elektronischen Hauptschaltung und der Sicherung aufweist.
  5. Sprengzünder-Auslösesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens eine Sprengzünder durch einen Verbinder und ein Verbindungskabel (32, 34), das sich zwischen dem Verbinder und dem Sprengzünder erstreckt, mit einem Kabelbaum (40) verbindbar ist.
  6. Sprengzünder-Auslösesystem nach Anspruch 5, wobei das Verbindungskabel (32, 34) eine Hauptleiteranordnung (32) und eine erste Redundanzleiteranordnung (34) aufweist.
  7. Sprengzünder-Auslösesystem nach Anspruch 6, wobei der Verbinder (36) einen Hauptsatz von Kontakten (36.1), die mit der Hauptleiteranordnung verbunden sind, sowie einen ersten Satz von Redundanzkontakten (36.2) aufweist, die mit der ersten Redundanzleiteranordnung verbunden sind.
  8. Sprengzünder-Auslösesystem nach Anspruch 7, wobei die Hauptleiteranordnung und die erste Redundanzleiteranordnung ein erstes bzw. ein zweites verdrilltes Paar aufweisen, wobei das erste verdrillte Paar an seinem einen Ende mit dem Hauptsatz der Kontakte verbunden ist und an seinem anderen Ende mit der Hauptschaltung und der ersten Redundanzebene verbunden ist, und wobei das zweite verdrillte Paar an seinem einen Ende mit dem ersten Satz der Redundanzkontakte verbunden ist und an seinem anderen Ende mit der Hauptschaltung und der ersten Redundanzebene verbunden ist.
  9. Sprengzünder-Auslösesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sprengsteuerung ein Gehäuse, eine Hauptschaltung, die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit einem Ausgang (72) für die Verbindung mit und zum Steuern des mit dem Ausgang verbundenen mindestens einen Sprengzünders verbindbar ist, sowie eine erste Redundanzschaltung aufweist, wobei zumindest ein Teil der Hauptschaltung als Duplikat vorgesehen ist und dieser ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet ist und mit dem Ausgang verbindbar ist.
  10. Sprengzünder-Auslösevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Hauptschaltung und die erste Redundanzschaltung jeweils eine mit einer zentralen Steuerung (52) verbundene Schaltungsstatus-Überwachungseinrichtung (62, 68) aufweisen, wobei die zentrale Steuerung betriebsmäßig auf Signale von den Schaltungsstatus-Überwachungseinrichtungen anspricht, um entweder die Hauptschaltung oder die erste Redundanzschaltung mit dem Ausgang der Sprengsteuerung zu verbinden.
  11. Sprengzünder-Auslösesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Mehrzahl von Sprengzündern (10.1, 10.n) über einen mit dem Ausgang der Sprengsteuerung verbundenen Kabelbaum (40) mit der Sprengsteuerung verbindbar ist.
  12. Sprengzünder-Auslösesystem nach Anspruch 11, wobei der Kabelbaum einen Hauptweg für elektronische Signale sowie einen ersten Redundanzweg für derartige Signale aufweist.
  13. Sprengzünder-Auslösesysstem nach Anspruch 12, bei dessen Abhängigkeit von Anspruch 8, wobei der Hauptsatz der Kontakte jedes Sprengzünders mit dem Hauptweg verbunden ist und der erste Satz der Redundanzkontakte mit dem ersten Redundanzweg verbunden ist.
  14. Elektronischer Sprengzünder (10) mit einem Gehäuse (12), einer elektrisch betätigbaren Sicherung (16) und einer elektronischen Hauptschaltung (11) zum Betätigen der in dem Gehäuse angeordneten Sicherung, gekennzeichnet durch mindestens eine erste Redundanzebene (13, 18), bei der die Sicherung (18) und/oder ein Teil der elektronischen Hauptschaltung (11) doppelt vorgesehen ist und die ebenfalls in dem Gehäuse (12) angeordnet ist.
  15. Sprengsteuerung (24) für ein Sprengzünder-Auslösesystem (42), wobei die Sprengsteuerung ein Gehäuse (24), eine Hauptschaltung (54), die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit einem Ausgang der Sprengsteuerung verbindbar ist, um mit an den Ausgang angeschlossenen Sprengzündern (10.1 bis 10.n) in Datenübertragungsverbindung zu stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengsteuerung eine erste Redundanzschaltung (56) aufweist, bei der zumindest ein Teil der Hauptschaltung (54) dupliziert ist und die ebenfalls in dem Gehäuse (24) angeordnet ist und mit dem Ausgang (72) verbindbar ist.
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