DE69630895T2

DE69630895T2 - Verfahren und vorrichtung zum einsperren und zum unterdrücken von sprengstoffdetonationen

Info

Publication number: DE69630895T2
Application number: DE69630895T
Authority: DE
Inventors: L. John Donovan
Original assignee: DONOVAN EDH AND TRACKWORK SOLUTIONS Inc; DONOVAN EDH AND TRACKWORK SOLU; Donovan EDH and Trackwork Solutions Inc Danvers
Current assignee: Donovan EDH and Trackwork Solutions Inc Danvers
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: CN1206453A; DE69630895D1; ATE255214T1; EP0883779A1; EP0883779A4; US5613453A; EP0883779B1; USRE36912E; ES2210376T3; JP3120181B2; AU5864196A; CN1124439C; JPH11506053A; AU697732B2; WO1997024558A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufnahme, zur Steuerung und zur Unterdrückung der Detonation von Sprengstoffen, insbesondere zur Explosionsbearbeitung von Metallen, und zur Entsorgung unerwünschter explosiver und giftiger Materialien.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Sprengstoffe haben viele nützliche industrielle Anwendungen, einschließlich einer Oberflächenhärtung austenitischer Manganlegierungsstähle, einer Oberflächenablagerungsbeschichtung, eines Schweißens metallischer Komponenten, einer Kompressionsformung von Komponenten aus Pulvern und körnigen Medien und der Entsorgung unerwünschter explosiver oder giftiger Materialien.
Im Stand der Technik sind zahlreiche Versuche zur Aufnahme des Explosionsprozesses zur Unterdrückung von Geräuschen, Stößen und schädlichen, umweltverschmutzenden Explosionsprodukten angegeben.
Bei Hampel 5 419 862 ist eine große Explosionskammer beschrieben, bei der ein explosives Werkstück durch eine Luftschleuse in eine Vakuumkammer eingeführt wird, wo es zur Detonation gebracht wird, wobei die Explosionsprodukte nach der Detonation in die Atmosphäre entweichen gelassen werden. Die Kammer ist durch Verankerungsstäbe mechanisch an einem Fundament befestigt.
In Gambarov u. a. 4 100 783 ist ein zylindrisches Aufnahmegefäß offenbart, das zur Trennung entlang seinem Durchmesser geteilt ist und zur Einführung großer Werkstücke, wie bspw. Schienen-Kreuzungsherzstücke, Steinmühlen-Abnutzungsteilen und dergleichen, geöffnet werden kann. Nach einem Einführen eines Werkstücks und einer Explosionsladung wird die Kammer geschlossen und verriegelt, und der Sprengstoff wird durch eine eingebaute Zündvorrichtung gezündet. Die Explosionsverbrennungsprodukte werden durch ein Luftventil an die Atmosphäre abziehen gelassen.
Deribas 4 085 883 und Minin 4 081 982 beschreiben kugelförmige Aufnahmegefäße mit einer Bodenöffnung, durch die ein Werkstück, das einen Sprengstoff enthält, durch eine Hebeeinrichtung eingeführt wird, und es werden zusammenhängende Zuleitungsdrahtelektroden verwendet, um Kontakt mit einem elektrisch ausgelösten Zünder herzustellen, wenn sich das Werkstück an seinem Ort befindet. In dem letztgenannten Patent sind auch Mittel zum Einleiten eines inneren Flüssigkeitssprays nach der Explosion offenbart, um giftige Nebenprodukte der Explosion zu neutralisieren.
Smirnov u. a. 4 079 612 beschreiben ein in etwa halbkugelförmiges Aufnahmegefäß, das mit einem stoßabsorbierenden Arbeitstisch zum Tragen des Werkstücks und des Sprengstoffmaterials, die durch elektrische Zünddrähte, die durch Öffnungen in dem Aufnahmegefäß nach außen führen, zur Detona tion gebracht werden, auf einem Betonfundament montiert ist.
Ein anderer Ansatz ist von Paton u. a. 3 910 084 beschrieben, wobei mehrere Rohre mit geschlossenen Enden radial um eine zentrale Säule angeordnet sind, in der die Explosion eingeleitet wird, wobei die Stoßwellen durch interne Prallplatten innerhalb der Rohre gedämpft werden. Zugang zu der Kammer wird durch eine entfernbare obere Abdeckplatte gewonnen.
Klein u. a. 3 611 766 beschreiben eine vertikale Explosionskammer, die einen gepolsterten Arbeitstisch zum Tragen des Werkstücks und einer Sprengstoffladung und ein intern montiertes mechanisches Stoßdämpfungsmittel aufweist, das aus einem Stahlgitter zum Absorbieren der Explosionsdruckwellen besteht. Klein 3 464 249 beschreibt ein ähnliches Aufnahmegefäß, das in diesem Fall kugelförmig ist, wobei eine Bodenabdeckung aus losem körnigem Material, wie Sand, das Werkstück und die Sprengstoffladung trägt. Die Explosionsprodukte werden durch ein senkrechtes Rohr abgeführt, das einen Geräuschdämpfer enthält, und die gesamte Anordnung wird durch stoßabsorbierende Mittel in einer verstärkten Ziegel- oder Betongrube getragen, um Stöße und Geräusche weiter zu unterdrücken.
Alle vorstehend erwähnten Vorrichtungen aus dem Stand der Technik stellen Verbesserungen gegenüber den Verfahren dar, die zuerst für die Explosionshärtung von Manganstahl-Schienenkomponenten verwendet wurden, wobei das mit Sprengstoff bedeckte Werkstück auf einem offenen Feld oder am Boden einer offenen Grube, wie bspw. einer verlassenen Kiesgrube, angeordnet wurde und die Explosion an der freien Luft ausgelöst wurde, wobei Geräusche, Staub, Störungen und eine Kontamination der Umwelt auftraten. Zusätzlich erforderte die unkontrollierte Verwendung von Sprengstoffen große Mengen an Platz, setzte Geräte und Personen erheblichen Gefahren aus und hatte die unerwünschte Wirkung, die Zündleitungen, die Werkstück-Trägerfläche und alles andere innerhalb der unmittelbaren Nähe der Explosion zu zerstören.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Aufnahme, zur Steuerung und zur Unterdrückung der Wirkungen für industrielle Zwecke verwendeter Sprengstoffdetonationen bereitzustellen. Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine Aufnahmevorrichtung bereitzustellen, die jede Explosion aufnehmen und unterdrücken kann, so daß sie keine Gefahr für umgebende Anlagen und Einrichtungen oder für die Umgebung darstellt.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung bereitzustellen, die ein schnelles und bequemes Einladen und Entfernen von Werkstücken ermöglichen, wodurch viel höhere Produktionsraten erreicht werden, als sie unter Verwendung von Vorrichtungen und Techniken aus dem Stand der Technik möglich waren. Eine verwandte Aufgabe besteht darin, ein Explosionsaufnahmegefäß bereitzustellen, das kostengünstig aus gewöhnlichen Materialien unter Verwendung herkömmlicher Schweißtechniken hergestellt werden kann, das jedoch kräftig genug ist, Monaten und Jahren einer kontinuierlichen Verwendung ohne Beeinträchtigung zu widerstehen. Eine verwandte Aufgabe besteht darin, eine solche Vorrichtung bereitzustellen, bei der kostengünstige Verbrauchsmaterialien, wie Quarzsand und Kies, als dämpfende und stoßabsorbie rende Mittel statt komplexer und kostspieliger innerer Federn, Metallgitter und dergleichen, verwendet werden.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Explosionsaufnahmekammer bereitzustellen, die sich von einem Ende leicht öffnen läßt, um das Einbringen und Entfernen von Werkstücken durch herkömmliche Mittel, wie einen Gabelstapler, und ein einfaches Eintreten und Austreten durch Wartungspersonal zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein schnelles und effizientes Entfernen gasförmiger Explosionsnebenprodukte nach der Detonation zu ermöglichen, so daß Wartungspersonal sofort in die Kammer eintreten kann, um das behandelte Werkstück zu entfernen und ein anderes für die nächste Operation anzuordnen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein internes Zündsystem bereitzustellen, bei dem die elektrischen Leitungen für das Detonationseinleitungssystem vor Explosionswirkungen geschützt sind und für eine große Anzahl von Explosionszyklen wiederverwendbar sind, statt daß sie zerstört werden und nach jedem Zyklus ersetzt werden müssen.
Eine weitere Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Mittel zum schnellen Entfernen und Behandeln der gasförmigen Explosionsnebenprodukte bereitzustellen, indem sie durch ein Aufbereitungssystem geführt werden, so daß Bedienungspersonal sofort wieder in die Kammer eintreten kann, während die Aufbereitungsanlage das Bearbeiten der Produkte der vorhergehenden Explosion fortsetzt, während ein neues Werkstück und eine neue Sprengstoffladung bereitgemacht werden. Eine weitere Aufgabe des Aufbereitungssystems besteht darin, Stöße und Geräusche von jeder Detonation infolge des längeren Laufwegs der Explosionsprodukte, während sie durch die Aufbereitungsanlage laufen, weiter zu dämpfen und zu unterdrücken.
Schließlich besteht eine besonders wichtige Aufgabe der Erfindung darin, ein einfaches und kostengünstiges Mittel zum Absorbieren der unverbrauchten Energie der Explosion bereitzustellen, um die Temperaturen und Drücke innerhalb der Kammer sofort zu verringern, während gleichzeitig Staub und Feststoffe in den Explosionsnebenprodukten unterdrückt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen: eine Vorrichtung zur Aufnahme und Unterdrückung der Detonation eines Sprengstoffs, wobei die Vorrichtung eine Kammer mit zumindest einer versiegelbaren bzw. abdichtbaren Tür und Zündmitteln zum Detonieren des Sprengstoffs innerhalb der Kammer aufweist und gekennzeichnet ist durch eine Mehrzahl von Modulen, die eine energieabsorbierende verdampfbare Flüssigkeit enthalten und in einem beabstandeten Feld innerhalb der Kammer um den zu zündenden Sprengstoff herum aufgehängt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen: ein Verfahren zum Unterdrücken und Aufnehmen von Explosionen innerhalb einer Kammer mit zumindest einer abdichtbaren Tür, mit folgenden Schritten: Laden der Kammer mit einem zu zündenden Sprengstoff, Hinzufügen eines Zündmittels zu dem Sprengstoff, Aufhängen einer Mehrzahl von Modulen mit einer energieabsorbierenden verdampfbaren Flüssigkeit in einem beabstandeten Feld innerhalb der Kammer um den Sprengstoff, Schließen und Abdichten der zumindest einen abdichtbaren Tür, Zünden des Sprengstoffs, Öffnen der zumindest einen abdichtbaren Tür und Absaugen der gasförmi gen Sprengstoffverbrennungsprodukte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die verbesserte Explosionskammer der Erfindung weist eine langgestreckte doppelwandige Stahlexplosionskammer auf, die an einem Betonfundament verankert ist und eine doppelwandige Zugangstür zum Einbringen neuer Werkstücke sowie eine doppelwandige Entlüftungstür zum Abführen der Explosionsprodukte aufweist. Die Doppelwände der Kammer, die Zugangstür und die Entlüftungstür sind mit einem körnigen Stoßdämpfungsmaterial, wie Quarzsand, gefüllt, und der Boden der Kammer ist mit einem körnigen Stoßdämpfungsbett, beispielsweise aus Kies, bedeckt.
Entlang der Außenseite der Kammer befinden sich Stahlverteiler, von denen ein lineares Feld von Lüftungsrohren die Doppelwände der Kammer durchdringt, wobei jedes Rohr in einem Öffnungsstück aus gehärtetem Stahl endet, durch das die Explosionsverbrennungsprodukte hindurchtreten.
Innerhalb der Kammer sind Plastiktaschen aus Polymerfolie, die Wasser enthalten, über dem Sprengstoffmaterial und an jedem Ende der Kammer von Stahldrähten aufgehängt. Elektrische Zündleitungsdrähte treten über eine Stahlhaube mit einer nach unten weisenden Zugangsöffnung, die an einem geschützten Ort unterhalb der Oberfläche des körnigen Betts angeordnet ist, jedoch für einen Bediener zugänglich ist, um schnell eine elektrische Zündkapsel anzubringen, in die Kammer ein.
Die Zugangstür und die Entlüftungstür sind mit dem elektrischen Zünder gekoppelt, um die Zündung zu blockieren, es sei denn, daß beide Türen sicher geschlossen sind. Wenn die Türen nach einer Detonation geöffnet werden, wird ein Lüfter positioniert, um Explosionsverbrennungsprodukte aus der Kammer auszustoßen und frische Luft durch die Zugangstür einzuziehen. Die Verteiler und die Entlüftungstür leiten in eine Aufbereitungsanlage ab, um die gasförmigen Verbrennungsprodukte weiter zu kühlen und einer Umweltbehandlung zu unterziehen.
Das Betriebsverfahren gemäß der Erfindung weist folgende Schritte auf: Anordnen eines Explosions-Werkstücks durch die Zugangstür auf dem körnigen Bett, Aufhängen von Plastiktaschen, die eine Wassermenge enthalten, die in etwa dem Gewicht des Sprengstoffs entspricht, Anbringen einer elektrischen Zündkapsel an den Zündleitungsdrähten, Schließen der Zugangstür und der Entlüftungstür, elektrisches Detonieren des Sprengstoffs, sofortiges Öffnen sowohl der Zugangstür als auch der Entlüftungstür und Verwenden von Lüftungsmitteln zum Ausstoßen der Verbrennungsprodukte der Detonation aus der Kammer als Vorbereitung für das Einführen des nächsten Explosions-Werkstücks.
Die aus den Verteilern und dem Entlüftungsauslaß austretenden gasförmigen Verbrennungsprodukte werden dann gekühlt und in einer Aufbereitungsanlage einer Umweltbehandlung unterzogen, bevor sie an die Atmosphäre abgegeben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Endes der Zugangstür 6 der verbesserten Explosionsaufnahmekammer gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine abgeschnittene perspektivische Teilansicht des entgegengesetzten Endes der Kammer aus 1 mit einer Aufbereitungsanlage zum Reinigen der gasförmigen Explosionsprodukte vor dem Abführen von ihnen an die Atmosphäre.
3 zeigt eine Teil-Schnittdraufsicht der Explosionskammer aus den vorhergehenden Figuren.
4 zeigt einen Teil-Schnitt-Seitenriß der Explosionskammer aus den vorhergehenden Figuren.
5 zeigt eine Schnittdraufsicht der gesamten Länge der Explosionskammer aus den vorhergehenden Figuren in verkleinertem Maßstab, worin ein Eisenbahnschienen-Werkstück am Ort für die Explosionshärtungsbehandlung dargestellt ist.
6 zeigt eine End-Schnittansicht, worin das Ende der Zugangstür 6 der Explosionskammer aus den vorhergehenden Figuren dargestellt ist.
7 zeigt eine End-Schnittansicht, in der das an der Entlüftungstür 7 liegende Ende der Explosionskammer aus den vorhergehenden Figuren dargestellt ist, wobei ein Eisenbahnschienenstück am Ort für die Behandlung angeordnet ist.
8 zeigt eine vergrößerte Teil-End-Schnittansicht des Eintrittspunkts des Zünddrahts in die Explosionskammer aus den vorhergehenden Figuren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 der Zeichnung zeigt eine perspektivische Schnittansicht der verbesserten Explosionskammer der vorliegenden Erfindung. Die Kammer weist ein Innengehäuse 1 mit einer Decke, einem Boden, Seitenwänden und Enden auf, die aus Stahlblech unter Verwendung herkömmlicher Schweißtechniken hergestellt sind. Das Innengehäuse 1 ist von einer Mehrzahl beabstandeter Flansche oder Rippen 2 umgeben, über denen ein geschweißtes Außengehäuse 3 aus Stahlblech so aufgebaut ist, daß die Rippen 2 bewirken, daß das Außengehäuse 3 von dem Innengehäuse 1 beabstandet ist und ein Spalt bleibt, der dann mit einem körnigen, stoßdämpfenden Material 4 gefüllt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen das innere und das äußere Metallgehäuse aus 1,9 cm (Dreiviertel Zoll) dickem Stahlblech, das durch umgebende I-Träger-Rippen 2 aus Stahl, die in einem Abstand von 61 cm (zwei Fuß) angeordnet sind, getrennt sind. Alle Nähte sind zusammenhängend geschweißt. Gemäß der Erfindung ist der Raum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse 3 mit einem festen körnigen, stoßdämpfenden Material 4, vorzugsweise Quarzsand, gefüllt.
Die Explosionskammer ist durch Bolzen oder andere geeignete Mittel (nicht dargestellt) mit einem verstärkten Betonfundament 5 verankert. Bei der dargestellten bevor zugten Ausführungsform sind die inneren Abmessungen der Explosionskammer 2,44 m (acht Fuß) hoch, 1,83 m (sechs Fuß) breit und 15,2 m (fünfzig Fuß) lang. Das verstärkte Betonfundament 5 ist vorzugsweise wenigstens 1,2 m (vier Fuß) dick.
Als einer der Hauptvorteile der Erfindung ermöglichen die inneren Abmessungen der Kammer einem Bediener, einzutreten, aufrecht zu stehen und bequem zu arbeiten, und ihre Länge gestattet es, daß lange vorgeschweißte Abschnitte von Eisenbahnschienen eingeführt und explosionsgehärtet werden, was bei Explosionskammern aus dem Stand der Technik nicht möglich war.
Die Kammer ist mit zwei Türen, nämlich einer Zugangstür 6 und einer Entlüftungstür 7, versehen. Beide Türen sind ähnlich den Kammerwänden aus doppelwandigem geschweißtem Stahl aufgebaut, und jede ist so aufgehängt, daß sie sich nach innen öffnet. Die Türpfosten sind so aufgebaut, daß jede Tür in einer dichtenden Beziehung paßt, so daß ein erhöhter Druck innerhalb der Kammer bewirkt, daß die Tür enger gegen ihren Rahmen gedichtet wird. Das Volumen innerhalb der doppelwandigen Türen ist auch mit einem stoßdämpfenden Material, vorzugsweise Quarzsand, gefüllt.
Der Boden der Kammer ist vorzugsweise mit einem Bett 8 aus einem körnigen, stoßdämpfenden Material, vorzugsweise Kies, bis zu einer gleichmäßigen Tiefe von etwa 0,3 m (ein Fuß) bedeckt, wodurch eine Stützoberfläche für das Werkstück und den zu zündenden Sprengstoff gebildet ist.
Zum Einleiten des Zündens des Sprengstoffs dringen elektrische Drahtzündleitungen 9 durch eine gedichtete Öffnung 10 in die Kammer ein und treten durch einen Abschirmungskasten oder eine Abschirmungshaube 11 aus geschweißtem Stahlblech mit einer nach unten weisenden Öffnung, die unterhalb der Oberfläche des körnigen, stoßdämpfenden Materials positioniert ist, aus. Zum Vorbereiten des Werkstücks und der Ladung für die Detonation wird eine geeignete elektrische Zündkapsel 12 in die explosive Ladung eingeführt, und die Enden ihrer Drahtleitungen 13 werden über die Zünddrahthaube 11 geführt. Der Kies wird fortgeschaufelt, um die Enden der Zünddrahtleitungen 9 freizulegen, die Leitungen werden miteinander verdrillt, um die Zündschaltung fertigzustellen, und der Kies wird wieder über die Zündkapselleitungen 13 gefegt, um das offene Ende der Haube 11 wieder zu umgeben und einzuschließen. Wenngleich die Zündkapselleitungen 13 durch die Explosion im wesentlichen zerstört werden, bleiben die Zünddrahtleitungen 9 unter der Haube 11 geschützt und können wiederholt wiederverwendet werden.
Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung sind Stoßunterdrückungsmittel in Form einer Mehrzahl von Lüftungsrohren, die entlang der Mittellinie jeder inneren Seitenwand der Kammer angeordnet sind, für die Kammer bereitgestellt, wobei jedes Lüftungsrohr über die Kammer-Doppelwand in einen langgestreckten Stahlverteiler 15 verläuft, der sich auf jeder Seite entlang der Kammer erstreckt und in einem Entladeauslaß 16 endet. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist jeder Verteiler 15 25,4 cm (zehn Zoll) im Quadrat auf und wird durch zusammenhängendes Nahtschweißen aus einer 1,27 cm (einen halben Zoll) messenden Stahlplatte hergestellt. Die Rippen 2 bestehen aus 45,7 cm (achtzehn Zoll) messenden I-Träger-Abschnitten, die in Abständen von 61 cm (zwei Fuß) beabstandet sind. Die Lüftungsrohre 14 bestehen aus Stahlrohren mit einem Durchmesser von 5 cm (zwei Zoll), und sie sind ebenso wie die Rippen 2 in Intervallen von 61 cm (zwei Fuß) beabstandet. Jedes Lüftungsrohr ist dort, wo es mit der Innenwand der Kammer verbunden ist, mit einem Öffnungsteil 17 mit einem Durchmesser von 1,9 cm (Dreiviertel Zoll) aus gehärtetem Stahl versehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die 15,2 m (fünfzig Fuß) messende Kammer vierundzwanzig Lüftungsrohre 14 und Öffnungsteile 17 je Seite auf, woraus sich insgesamt achtundvierzig Lüftungsrohre 14 und Öffnungsteile 17 ergeben.
Innerhalb der Kammer wurden quadratische Ecken vermieden, weil die Tendenz besteht, daß Sprengstoffe an diesen kritischen Punkten ungewöhnlich hohe Drücke ausüben. Daher ist in jede Ecke ein Ausrundungsstück 18 eingeschweißt, um die quadratische 900-Ecke in zwei 4501-Ecken aufzubrechen, wodurch die Ecke abgerundet wird und Spannungen erhöhende Ecken oder Taschen beseitigt werden, die ansonsten unerwünschte zerstörerische Kräfte auf die Eckenschweißungen ausüben würden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch Beschichten der äußeren Oberflächen der äußeren Kammer und des Verteilers 15 mit einer starren Polyurethan-Schaumbeschichtung 20 bekannter Zusammensetzung bis zu einer Tiefe von wenigstens 10,2 cm (vier Zoll) eine zusätzliche Schallunterdrückung erreicht. Die gesamte mit Schaum bedeckte Struktur ist weiter in eine Umhüllung in der Art eines kräftigen Holzschuppens (nicht dargestellt) mit abgeschirmten Lüftungsschlitzen eingeschlossen, um eine freie Luftzirkulation zu ermöglichen.
Zum Öffnen und Schließen der Zugangstür und der Entlüftungstür 7 sind doppelt wirkende Hydraulikzylinder 19 bereitgestellt. Als ein weiteres Merkmal der Erfindung sind wichtige Sicherheitsvorkehrungen dadurch getroffen, daß jede Tür mit Sensormitteln 21 als Teil einer elektrischen Verriegelung (nicht dargestellt) zwischen der Zugangstür 6, der Entlüftungstür 7 und den Zündmitteln versehen ist, wobei die Zugangstür 6 in einer geschlossenen und gedichteten Stellung sein muß, bevor die Zündmittel mit Energie versorgt werden können. Auf diese Weise ist es nicht möglich, eine Explosionsladung versehentlich verfrüht zu zünden, bevor die Türen vollständig geschlossen sind, wobei das Ergebnis davon eine erhebliche Zerstörung und Beschädigung von Geräten in der Art des Lüfters 22 wäre, ohne das Risiko einer körperlichen Verletzung von Bedienungspersonal in der Nähe der Zugangstür 6 zu erwähnen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Kammerdecke mit einem geschweißten I-Träger versehen, der als eine Transportvorrichtung zum Einfügen und Entfernen besonders langer Stahlschienen oder anderer Werkstücke ähnlicher Form verwendbar ist.
Ein weiteres Hauptmerkmal der Erfindung ist das Bereitstellen von flüssigkeitsgefüllten Energieabsorptionsmodulen 24 für jede Explosion, die in etwa entlang der inneren Mittellinie der Kammer angeordnet sind. Diese Vorrichtungen dienen dem Kühlen der gasförmigen Explosionsprodukte und dem Unterdrücken von Staub und Trümmern in der Kammer nach jeder Explosion.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Energieabsorptionsvorrichtungen einfache mit Wasser gefüllte selbstdichtende Polyethylentaschen, die an Hängedrähten 25 in etwa entlang der Mittellinie der Kammer oberhalb des Werkstücks und der Explosionsladung und um diese herum aufgehängt sind. Es wurde entdeckt, daß im Handel erhältliche Sandwichtaschen der Marke "Zip-Lock" mit einer Abmessung von 15,2 mal 20,3 cm (sechs mal acht Zoll) und einer Dicke von 0,0051 cm (0,002 Zoll) (zwei Millizoll) für diesen Zweck zufriedenstellend sind. Wenngleich Wasser bevorzugt ist, kann auch jedes geeignete Energie absorbierende verdampfbare Material verwendet werden.
Gemäß der Erfindung wird das Volumen des für jede Explosion in der Kammer angeordneten Wassers so ausgewählt, daß sein Gewicht in etwa der Menge des zu zündenden Sprengstoffs entspricht. Das Volumen des Wassers wird auf mehrere Taschen verteilt, die dann in einem abgestuften Feld in etwa entlang der Mittellinie der Kammer in der Nähe des Sprengstoffs gehängt werden. Vorzugsweise werden die Wassertaschen 24 an die gehakten Enden von Stahlstangen mit einem Dehnungsfaktor Neun, die an die Decke der Kammer angeschweißt sind, gehängt.
Es wurde herausgefunden, daß bei Verwendung der wassergefüllten Energieabsorptionsmittel der theoretische Momentandruck der Explosion um mehr als die Hälfte verringert wird und daß das Einbringen von Feuchtigkeit in die Kammer im Moment der Detonation und danach den Vorteil hat, daß Staub unterdrückt wird und die Explosionsprodukte sofort gekühlt werden. Im Gegensatz zu Explosionen, bei denen keine wassergefüllten Taschen verwendet werden, sind der wahrgenom mene Stoß und das Geräusch der Explosion erheblich reduziert, und Bedienungspersonal kann unmittelbar nach jeder Detonation in die Kammer eintreten, um ein Werkstück zu entfernen und es durch das nächste zu ersetzen.
Es wurde in der Praxis auch herausgefunden, daß die vorteilhaften Wirkungen der Wassertaschen 24 erhöht werden, falls eine zusätzliche Wassertasche 26 an jedem Ende der Kammer in einer Entfernung vom Werkstück, in etwa 1,2 m (vier Fuß) von der Zugangstür 6 und 3,66 m (zwölf Fuß) von der Lüftungstür 7 entfernt angeordnet wird, wenngleich auch andere Abstände zufriedenstellend sind.
In der Praxis führt die Verwendung der Wassertaschen 24 gemäß der Erfindung zu einem vollständigen Verdampfen sowohl des Wassers als auch der Polyethylentaschen, wodurch der unerwünschte Explosionsschock absorbiert und unterdrückt wird, während im wesentlichen keine Trümmer oder Reste zurückbleiben. Nach jeder Explosion kann die Zugangstür 6 sofort geöffnet werden, es sind lediglich Wasserdampf streifen sichtbar, die in der hier näher beschriebenen Weise aus der Entlüftungstür 7 herausbefördert werden.
Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung werden alle gasförmigen Explosionsnebenprodukte in einer gesteuerten Weise schnell aus der Kammer entfernt. Nach jeder Explosion werden die Entlüftungstür 7 und die Zugangstür 6 gleichzeitig geöffnet, wird der Lüfter 22 mit Energie versorgt und werden die gasförmigen Explosionsprodukte aus der Kammer durch die Öffnung der Entlüftungstür 7 herausgezogen, während die Atmosphäre in der Kammer durch frische Luft ersetzt wird, die durch die offene Zugangstür 6 eingezogen wird. Es wurde in der Praxis herausgefunden, daß bei Verwendung des beschriebenen Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung die Zugangstür und die Entlüftungstür 7 sofort nach jeder Explosion geöffnet werden können, wodurch es Bedienungspersonal ermöglicht wird, sofort nach jeder Explosion in die Kammer einzutreten, um das behandelte Werkstück zu entfernen und es durch das nächste zu ersetzen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß alle gasförmigen Explosionsprodukte steuerbar ausgestoßen und in ein geeignetes Umweltbehandlungsmittel in der Art einer Aufbereitungsanlage 27 geleitet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird eine Wassersprüh-Aufbereitungsanlage 27 herkömmlicher Konstruktion zum Aufnehmen des Ausstoßes von dem auf beiden Seiten montierten Verteiler 15 und auch von dem Lüfter 22 verwendet, so daß keine gasförmigen Explosionsprodukte unbehandelt in die Atmosphäre entweichen. Zusätzlich erzeugt der von der Aufbereitungsanlage 27 gebotene gekrümmte Weg ein weiteres Niveau einer vorteilhaften Stoß- und Geräuschunterdrückung.
Zum Ermöglichen des Wiederauffüllens von Spalten in den Kammerwänden, die durch Absetzen des stoßdämpfenden Quarzsands hervorgerufen werden, ist oberhalb der Kammer ein Kasten oder Trichter 28 bereitgestellt, der beabstandete Öffnungen 29 aufweist, durch die sich Sand bewegen kann, um verlorenes Volumen zu ersetzen, wenn sich der Sand in den Wänden absetzt oder bei jeder Detonation verdichtet wird. Es wurde herausgefunden, daß trotz dieser Verdichtung die Verwendung von Quarzsand (im Gegensatz zu Bausand) nicht zu einer Verringerung der Stoßdämpfungswirkung führt.
Es wurde in der Praxis herausgefunden, daß trotz der immensen zerstörerischen Kräfte jeder Sprengstoffdetonation die Kammer der vorliegenden Erfindung mit ihren Lüftungsrohren 14 und energieabsorbierenden Flüssigkeitsmolekülen die überschüssige zerstörerische Energie jeder Explosion bis zu einem Punkt vermindert, an dem der Transportträger 23 praktisch unbeeinträchtigt bleibt. In ähnlicher Weise sind die herabhängenden Drähte zum Aufhängen der Energieabsorptions-Wassertaschen 24 nach jeder Explosion im wesentlichen unbeeinflußt. Dies ermöglicht es, daß die Kammer bei einem Produktionsausstoß von bis zu 10 oder 12 Explosionen je Stunde kontinuierlich verwendet wird, wobei dieser um eine Größenordnung denjenigen übersteigt, den Explosionskammern aus dem Stand der Technik oder herkömmliche Explosionstechniken mit offenen Gruben zulassen.
In der Praxis werden das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform erfolgreich verwendet, um Explosionsladungen in einem breiten Größenbereich von 0,9 bis 6,8 kg (zwei bis fünfzehn Pfund) C2-Plastiksprengstoff (auch als PETN bekannt) bei einem minimalen Umfang an Stößen, Geräuschen und schädlichen Wirkungen auf die Umgebung sicher detonieren zu lassen. Es wurde überraschenderweise herausgefunden, daß der Geschäftsbetrieb in einem benachbarten Bürogebäude, das nur 60,96 m (zweihundert Fuß) von der Explosionskammer entfernt ist, vollkommen normal ausgeführt werden kann, wobei die Explosionen nicht von dem gewöhnlichen Hintergrundgeräusch der Büroumgebung unterscheidbar sind.

Claims

Vorrichtung zur Aufnahme und Unterdrückung der Detonation eines Sprengstoffs, wobei die Vorrichtung eine Kammer mit zumindest einer versiegelbaren bzw. abdichtbaren Tür (6, 7) und Zündmitteln zum Detonieren des Sprengstoffs innerhalb der Kammer aufweist und gekennzeichnet ist durch eine Mehrzahl von Modulen (24), die eine energieabsorbierende verdampfbare Flüssigkeit enthalten und in einem beabstandeten Feld innerhalb der Kammer um den zu zündenden Sprengstoff herum aufgehängt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kammer weiterhin aufweist: ein geschlossenes metallisches Innengehäuse (1) mit einer Decke, einem Boden, Seitenwänden und Enden bzw. Stirnwänden und ein geschlossenes metallisches Außengehäuse (3) beabstandet von dem Innengehäuse (1), das das Innengehäuse (1) umgibt, um einen axial symmetrischen doppelwandigen Raum mit einer zentralen Achse zu bilden, Abstandsmittel (2) zum Verbinden des Außengehäuses (3) mit dem Innengehäuse (1) im festen Abstand, wobei der Abstand zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse mit einem körnigen stoßdämpfenden Material (4) gefüllt ist, eine zu öffnende Zugangstür (6) an einem Ende und eine zu öffnende Entlüftungstür (7) an dem anderen Ende, wobei die Zugangstür und die Entlüftungstür jeweils als doppelwandige Metallkonstruktion ausgebildet sind und Abdichtmittel haben, um zu bewirken, daß die Türen mit anwachsendem Differenzdruck innerhalb der Kammer stärker abdichten, ein zusätzliches körniges stoßdämpfendes Material (8), das den Boden des Innengehäuses (1) bis zu einer gleichmäßigen Höhe bedeckt, das eine Stützoberfläche für den zu zündenden Sprengstoff bildet, und stoßunterdrückende Mittel mit einer Mehrzahl von Lüftungsrohren (14), die die Seitenwände des Innengehäuses mit einem langgezogenen metallischen Verteiler (15) verbinden, um Explosionsprodukte von den Entlüftungsrohren (14) aufzunehmen und zu leiten, wobei der Verteiler (15) an einem externen Entladepunkt (16) abschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Energieabsorptionsmodule (24) mit Wasser gefüllte Plastikfolienbehälter aufweisen, wobei die Masse an Wasser im wesentlichen gleich der Masse des zu zündenden Sprengstoffs ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Behälter einzelne Taschen sind, die aus einem Polyethylenmattenmaterial gefertigt sind und die Decke des Innengehäuses eine Mehrzahl von abhängenden Drahtstützen (25) hat, von dem die Taschen aufgehängt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der eine zusätzliche wassergefüllte Tasche (24) entlang der zentralen Achse des Raums in der Nähe jedes Endes angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Drahtstützen (25) aus Stahlseilen mit Dehnungsfaktor 9 gefertigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei der die Taschen im Handel erhältliche selbstverschließende Verbund- bzw. Sandwichtaschen sind mit einer Flüssigkeitkeitskapazität von etwa 227 cm³ (8,0 U.).
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 3 bis 7 in Kombination mit Anspruch 2, bei der das Zündmittel elektrische Zünddrähte (9) enthält, die in die Kammer durch eine Stahlhaube (11) mit einer nach unten gerichteten Zugangsöffnung ragen, die unterhalb der Stützoberfläche des körnigen stoßdämpfenden Materials angeordnet ist, durch das die Leitungen (13) einer elektrischen Sprengkapsel (12) angebracht sein können.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 3 bis 8 in Kombination mit Anspruch 2, bei der die Zugangstür (6) und die Entlüftungstür (7) Sensormittel (21) zum elektrischen Sperren des Zündmittels haben, wenn eine der Türen nicht in einem geschlossenen dichten Zustand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 3 bis 9 in Kombination mit Anspruch 2, die weiterhin einen Lüfter (22) zum Evakuieren von gasförmigen Explosionsverbrennungsprodukten der Detonation durch die Lüftungstür (7) hat, der frische Luft von der Zugangstür (6) einzieht, um die Kammer nach einer Explosion zu füllen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, die weiterhin ein Mittel zur Aufnahme von gasförmigen Explosionsverbrennungsprodukten hat, die nach einer Explosion von dem Verteilerentlade punkt und der Lüftungstür (7) entlädt und diese zu einem Schrubber (27) leitet, um die gasförmigen Explosionsverbrennungsprodukte von Feststoffen und schädlichen Dämpfen zu trennen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Module (24) in einem beabstandeten Feld innerhalb der Kammer über dem zu zündenden Sprengstoff aufgehängt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, bei der die Module (24) in einem beabstandeten Feld im wesentlichen entlang der zentralen Achse des Raums über dem zu zündenden Sprengstoff aufgehängt sind.
Verfahren zum Unterdrücken und Aufnehmen von Explosionen innerhalb einer Kammer mit zumindest einer abdichtbaren Tür (6, 7), mit folgenden Schritten: Laden der Kammer mit einem zu zündenden Sprengstoff, Hinzufügen eines Zündmittels zu dem Sprengstoff, Aufhängen einer Mehrzahl von Modulen (24) mit einer energieabsorbierenden verdampfbaren Flüssigkeit in einem beabstandeten Feld innerhalb der Kammer um den Sprengstoff, Schließen und Abdichten der zumindest einen abdichtbaren Tür (6, 7), Zünden des Sprengstoffs, Öffnen der zumindest einen abdichtbaren Tür (6, 7) und Absaugen der gasförmigen Sprengstoffverbrennungsprodukte.
Verfahren nach Anspruch 14 mit den zusätzlichen Schritten des Erfassens der Position der zumindest einen abdichtbaren Tür (6, 7) und des elektrischen Sperrens des Zündmittels, wenn die zumindest eine abdichtbare Tür (6, 7) nicht in einem geschlossenen dichten Zustand ist.