DE651288C - Druckfester Sicherheitssprengpatronenkoerper - Google Patents

Description

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AUSGEGEBEN AM 11. OKTOBER 1937

Die Erfindung bezieht sich auf Sprengpatronen, die einen druckfesten Sicherheitssprengpatronenkörper besitzen, aus dem die entwickelten Sprenggase erst bei einem hohen Innendruck austreten können, und deren Ladung aus einer exothermisch zersetzbaren gasentwickelnden Verbindung, z. B. Ammoniumnitrat, gegebenenfalls in Mischung mit anderen Ammonsalzen, und aus einem Heizmittel, ζ. Β. Schwarzpulver, besteht.

Druckfeste Sprengpatrohenkörper an sich sowie auch mit einer Ladung aus festem Ammonsalpeter und einem Heizmittel, ζ. Β. Schwarzpulver, sind bekannt, aber sie weisen erhebliche Mängel auf. Beim Zünden des Heizelementes steigen in dessen Nachbarschaft die Temperatur und der Druck plötzlich, und infolgedessen wird die Ladung aus hitzzersetzbarem Salz am Austrittsende der

so Patrone verdichtet. Dadurch vergrößert sich eier Widerstand gegen das öffnen der Patrone, und es können Versager eintreten, bei denen die Patrone undicht wird. Ferner begünstigt das Verdichten der Ladung ein Auswerfen unvollständig zersetzter Ladungsanteile. Schließlich kann bei Ammonsalpeter infolge des großen Wärmeüberschusses in der Umgebung des Heizelementes der am Austrittsende der Patrone befindliche Ladungsteil überhitzt werden, so daß eine Detonation eintritt. Der Sicherheitsgrad derartiger Patronen mit fester Ladung befriedigt also nicht.

Es ist nun vorgeschlagen worden, gewöhnliche Patronenkörper mit einem Wassermantel zu versehen, um durch das Wasser zwecks Erhöhung der Sicherheit eine Löschwirkung zu erreichen. Bei einer Sprengladung aus .Wasser unterliegt jedoch die Heizladung der Verbrennung in einem verhältnismäßig kleinen Räume, und der entstehende Druck wird rasch hydraulisch (d. h. durch das unnachgiebige Wasser) auf den Patronenverschluß übertragen. Sobald dieser sich öffnet, wird eine Wassersäule geschoßartig aus der Patrone herausgeschleudert. Der Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsprodukten und dem Wasser dauert nur ganz kurze Zeit und ist deshalb äußerst gering. Infolge der hohen latenten Wärme und' hohen kritischen Temperatur des Wassers entsteht nur sehr wenig Wasserdampf, so daß das Wasser praktisch keine andere Wirkung hat als die, in dem kurzen Augenblick, während es herausgeschleudert wird, die Verbrennungsprodukte abzuschirmen.

Während andere druckfeste Sprengpatronenkörper, die flüssiges Kohlendioxyd enthalten, in der Praxis Beachtung gefunden haben, bedient man sich der Patronen mit Wasser als Ladung nicht. Wenn auch das Laden mit Wasser einfacher, bequemer und

billiger ist als das Laden mit Kohlensäure, zeigen nämlich die Kohlensäurepatronen hinsichtlich der Schlagwettersicherheit so große Überlegenheit, daß man diese vorgezogen hat, obgleich sie wesentlich teurer sind und ihre Behandlung beim Laden und Lagern unbequemer ist. Das flüssige Kohlendioxyd läßt sich viel leichter verflüchtigen oder vergasen, und eine hydraulische Wirkung tritt ίο in bedeutend geringerem Maße ein. Zwischen den heißen Verbrennungsprodukten und dem Kohlendioxyd vollzieht sich ein wesentlich größerer Wärmeaustausch als bei Wasserpatronen, ehe der Patronenkörper sich öffnet. t5 Infolgedessen ergibt sich eine erheblich stärkere Löschwirkung und damit ein besserer Sicherheitsgrad.

Allen bekannten Sprengpatronen mit druckfestem Patronenkörper gegenüber soll nun gemäß der Erfindung dadurch ein überlegener Erfolg erreicht werden, daß die exotherrmsch zersetzbare gasentwickelnde Verbindung oder Mischung, aus der die eigentliche Sprengladung besteht, in einer wässerigen Lösung, die den Innenraum des Patronenkörpers nur teilweise ausfüllt, Anwendung findet. Dabei Avurde gefunden, daß anstatt von Ammoniumnitrat auch die Nitrate der Alkalien oder Ammoniumnitrit oder Alkalinitrite im Gemisch mit anderen Ammonsalzen verwendet werden können und daß Harnstoff mit oder ohne andere Ammonsalze als Zusatzstoff Anwendung finden kann.

Da gemäß der Erfindung die exothermisch zersetzbare gasentwickelnde Verbindung mit ihren etwaigen Zusätzen im Wasser gelöst wird, entsteht eine so feine Verteilung der wirksamen Stoffe, daß die Löschwirkung des. Wassers jetzt sogar der der flüssigen Kohlensäure überlegen ist, und zugleich tritt • zwischen den Verbrennungsprodukten der Heizladung und dem Löschmittel ein nahezu vollständiger Wärmeaustausch ein. Die Heizladung selbst, z. B. Schwarzpulver, hat gemaß der Erfindung eine so geringe Menge, daß sie den Verschluß des Patronenkörpers nicht zu öffnen vermag. Sobald sie aber eine genügend hohe Temperatur erzeugt hat, ruft sie in der Sprengmittellösung eine exothermische gasbildende Zersetzung hervor, bei der die Flüssigkeit praktisch vollständig in Gas und Dampf umgewandelt wird, bevor der Verschluß des druckfesten Patronenkörpers sich öffnet.

Druckfeste Sicherheitssprengpatronenkörper mit einer Ladung aus Wasser oder flüssigem Kohlendioxyd sind vollständig mit der Flüssigkeit angefüllt. Demgegenüber füllt gemäß der Erfindung die Sprengstofflösung den Innenraum des Patronenkörpers nur teilweise aus. Einer hydraulischen Wirkung ist infolgedessen bei der neuen Sicherheitssprengpatrone besonders günstig vorgebeugt, und der Wärmeaustausch wird erleichtert.

Der technische Fortschritt besteht darin, daß die Gefahren, die bei druckfesten Patronenkörpern mit einer festen Ladung von Ammoniumnitrat vorhanden sind, jetzt vermieden werden. Zugleich vereinigt die neue Patrone die Vorzüge der beiden bekannten Flüssigkeitspatronen in sich, während sie von deren Mangeln frei ist. Bei der neuen Patrone ist die Kühlwirkung auf die heißen Verbrennungsprodnkte bedeutend größer als bei einer Wasserladung bekannter Art und auch größer als bei einer Ladung aus flüssigem Kohlendioxyd. In der praktisch vollständigen Vergasung des Pätroneninhalts liegt überdies ein für flüssige Ladungen grundsätzlich neuer Erfolg. Bei Kohlensäurepatronen muß man die Flüssigkeit unter einem sehr hohen Überdruck in den Körper einbringen, und bei der Lagerung und Handhabung ist auf diesen hohen Druck Rücksicht zu nehmen. Demgegenüber lassen die gemäß der Erfindung anzuwendenden, vollkommen gefahrlosen Lösungen sich ebenso bequem und gefahrfrei wie Wasser einfüllen, und der Patronenkörper ist keinem inneren Druck unterworfen, bevor die Ladung abgefeuert wird.

Zur Verwendung in druckfesten Sprengpatronenkörpern gemäß der Erfindung eignen sich wässerige Lösungen von solchen Salzen oder Salzgemischen, die beim Erhitzen eine gasbildende exothermische Zersetzung erleiden, ohne bei gewöhnlichem Druck zu explodieren. Hierzu gehören z. B. Ammoniumnitrat oder Ammoniumnitrit oder Gemische von Alkalimetallnitraten oder -nitriten mit einem oder mehreren Ammoniumsalzen oder Gemische eines Alkalimetallnitrits und Harnstoff mit oder ohne andere Ammoniumsalze. Gemische sauerstoffbildender Stoffe nut oxydierbaren organischen- Flüssigkeiten, beispielsweise von Wasserstoffperoxyd mit Alkohol, lassen sich gleichfalls benutzen.

Zur Herbeiführung der Zersetzung der flüssigen Ladung dient ein Heizmittel, z. B. ein elektrisches Widerstandsheizelement oder ein seine Verbrennung selbst erhaltendes Mittel oder ein nicht detonierendes Spreng-' mittel. Gegebenenfalls läßt die Ladung, z. B. eine Ammoniumnitritlösung, sich schon mittels eines stark sauren Stoffes durch Beruhrung zünden. Ein zur Herbeiführung der Zersetzung der^Flüssigkeit dienendes Sprengoder Heizmittel, z. B. Schwarzpulver, kann, wenn es in ein wasserdichtes Gehäuse eingeschlossen ist, in der flüssigen Ladung lie- ι*⁰ gen, oder es kann sich in einer besonderen Kammer des Patronenkörpers befinden, die

von der Ladung durch einen zeitweilig wirkenden Verschluß getrennt ist. Ks soll jedoch eine so geringe Menge haben, daß der von ihm erzeugte Überdruck nur die eigene Hülle, nicht aber den Verschluß des drucktesten l'atronenkörpers zu öffnen \"ermag.

Auf der Zeichnung sind in Fig. ι und 2 zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.

ίο Gemäß Fig. ι tragt das starke Stahlpatronengehäuse ι ein Kopfstück 2, das durch einen Dichtungsring 9 so gegen das Patroneninnere abgedichtet ist, daß auch bei hohem Druck von ungefähr 3940 kg/cm² kein Gas entweichen kann. Das Kopfstück 2 enthält gasdicht eingebaute Elektroden 7 und 8 mit Klemmen ι ο und 11, an welche durch eine Öffnung 1(1 einer Schutzkappe 3 die Stromzuführungsdrähte angeschlossen werden.

Ein wasserdichter Zylinder 18 enthält eine Heizladung 13 aus Schwarzpulver und einen V/j-g-Pulverzünder oder sonstigen geeigneten Zünder 12 und ist durch einen Stopfen 14 verschlossen, durch den die Stromzuführungsdrähte zu den Elektroden 7 und S gehen. Die flüssige Ladung 15, d.h. die wässerige Lösung des Gaserzeugungsmittels, füllt den Zylinder 1 nur teilweise. Ihr Abschluß in der Patrone erfolgt durch eine zerstörbare Stahlscheibe 5 mit einem Dichtungsring 6, die von einem Stopfen 4 festgehalten werden. Die Scheibe 5 wird bei einem vorher bestimmten Druck abgeschert, und der Stopfen 4 besitzt Kanäle für den Austritt der Sprenggase. - Für eine Sprengung wird die. Patrone, mit dem Stopfen 4 voraus, tief in das Bohrloch geschoben und dieses dann verschlossen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Teile 1 bis 11 und 16 dieselben wie eben, jedoch sind jetzt zwei getrennte Kammern für die flüssige Ladung und das Heizmittel hintereinander angeordnet. Mit den Elektroden 7 und 8 ist ein elektrischer Pulvcrzünder oder sonstiger Zünder 12 verbunden, und die lose "Heizladung 13, z.B. Schwarzpulver, wird in die Kammer 1 gefüllt und braucht nicht besonders umhüllt zu sein. Zwischen den Zylinderstücken 1 und 19 sitzt eine wasserfeste Dichtungsscheibe 15, die nur einem niedrigen Druck zu widerstehen braucht und vom Zylinder 19 festgehalten wi.rd, der die flüssige Ladung 17 enthält.

Beim Gebrauch können die Patronen jede beliebige Lage einnehmen.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen folgende Beispiele.

Beispiel 1

Eine Sprengpatrone von etwa f>oo ecm Fassung, die das Gas bei etwa iS'jokg/cnr Druck freigibt, enthielt eine eingekapselte ITeizpatrone aus Kaliumperchlorat und einem l'henolharz im Verhältnis 80 : 20 für eine Leistung von 57 000 Kalorien. In Gegenwart von 200 ecm Wasser machte das Heizmittel den Gasabzug der Patrone nicht frei. Statt des Wassers wurden dann als exothermisch reagierender Stoff ein Gemisch aus 50 ecm Wasser und 150 ecm gesättigter Ammoniumnitratlösung, insgesamt also 200 ecm Flüssigkeit, \-erwendet.

Beispiel 2

Die \'orrichtung und die Wärmequelle stimmten mit denen nach Beispiel 1 überein. Die Ladung bestand aus 200 ecm gesättigter Ammoniumnitratlösung und 50 ecm gesättigter Ammoniumcarbonatlösung, also insgesamt 250 ecm Flüssigkeit.

Beispiel 3

Vorrichtung und Wärmequelle wie im Beispiel j. Die Ladung bestand aus 300 ecm gesättigter Xatriumnitritlösung mit so viel Ammoniumchlorid, wie die Lösung aufnahm.

Beispiel 4

Die Patrone hatte 330 ecm Fassung und eine Abscherscheibe für 1890 kg/cm². Eine wasserfeste Heizpatrone mit 33 g Schwarzpulver und einem Yg-g-Pulverzünder wurden eingesetzt. Die Ladung wurde durch Lösen von so viel Xatriumnitrit und Harnstoff in 130 ecm gesättigter Ammoniumnitratlösung, wie in Lösung gingen, hergestellt.

Beispiel 5

Vorrichtung und Wärmequelle wie im Beispiel i. Die Ladung bestand aus 200 ecm gesättigter Ammoniumnitratlösung.

Beispiel 6

Vorrichtung und Wärmequelle wie im Beispiel i. Die Ladung bestand aus einem Gemisch von 200 ecm gesättigter Ammoniumnitratlösung und 50 ecm gesättigter Ammoniumcarbonatlösung.

Beispiel 7

Vorrichtung und Wärmequelle wie im Beispiel i. Die Ladung bestand aus 300 ecm gesättigter Xatriumnitritlösung, der so viel festes Ammoniumcarbonat zugesetzt wurde, bis dieses sich nicht mehr löste. ns

Beispiel S

Vorrichtung und Wärmequelle wie im Beispiel i. Die Ladung bestand aus 300 ecm gesättigter Xatriumnitritliisung, der so viel 12c lestes Ammoniumchlorid zugesetzt wurde, bis sich nichts mehr löste.

Beispiel 9

Vorrichtung und Wärmequelle wie im Beispiel i. Die Ladung bestand in einem Gemisch von 200 ecm (ΐοό Volumen) Wasserstoffperoxyd mit 24 ecm denaturiertem Spiritus. Das Abblasen erfolgte unter Austritt einer Flamme.

Beispiel 10

Die Vorrichtung war dieselbe wie im Beispiel i, jedoch mit einer Abscherscheibe für die Gasfreigabe bei etwa 950 kg/cm² sowie mit einem elektrischen Widerstandserhitzer, der 2¹J₂ Ampere bei 220 Volt verbrauchte und in einem isolierten Stahlrohr von etwa 20 mm Durchmesser und 300 mm Länge eingeschlossen war. Die Ladung bestand aus 200 ecm gesättigter Ammoniumnitratlösung, der so viel festes Natriumnitrit zugesetzt wurde, bis es sich nicht mehr löste, und dann so viel fester Harnstoff, bis.er sich nicht mehr löste. Das Abblasen erfolgte S Minuten nach dem Schließen des Schalters.

" Beispiel 11

Eine Patrone von ungefähr 300 ecm Fassung wurde mit demselben Heizmittel wie in Beispiel 1 versehen. Die Ladung bestand aus 100 ecm gesättigter Ammoniumnitratlösung. Das Abblasen vollzog sich unter Auswurf brennender Reste des Heizmittels.

Beispiel 12

Dieselbe Vorrichtung wie im Beispiel 11 wurde mit 30 g Schwarzpulver als Heiz-

- mittel benutzt. Die Ladung bestand aus 100 ecm gesättigten Ammoniumnitrats, dem so viel festes Ammoniumcarbonat zugesetzt wurde, bis es sich nicht mehr löste.

Beispiel 13

Dieselbe Vorrichtung wie im Beispiel 11 ■*vurde mit 33 g Schwarzpulver als Heizmittel benutzt. Die Ladung bestand aus 130 ecm gesättigter Ammoniumnitratlösung mit Zusatz von festem Natriumnitrit bis zur .Sättigung und dann von festem Harnstoff bis zur Sättigung.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckfester Sicherheitssprengpatronenkörper, aus - dem die entwickelten Sprenggase erst bei einem hohen Innendruck austreten können, mit einer Ladung aus einer axothermisch zersetzbaren gasentwickelnden Verbindung, z. B. Ammoniumnitrat, gegebenenfalls in Mischung mit anderen Ammonsalzen, und aus einem Heizmittel, z. B. Schwarzpulver, dadurch

■ gekennzeichnet, daß diese Verbindung in wässeriger Lösung, die den Innenraum des Patronenkörpers nur teilweise ausfüllt, Anwendung findet.

2. Druckfester Sicherheitssprengpatronenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt AminOniumnitrats die Nitrate der Alkalien im Gemisch mit anderen Ammoniumsalzen verwendet werden.

3. Druckfester Sicherheitssprcngpatronenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt Ammoniumnitrats Ammoniumnitrit oder Alkalinitrite, letztere im Gemisch mit anderen Ammoniumsalzen, verwendet werden.

4. Druckfester Sprengpatronenkörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Harnstoff mit oder ohne andere Ammoniumsalze als Zusatzstoff verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen