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Diese Erfindung bezieht sich allgemein
auf exotherme Reaktionen und Methoden und genauer auf eine Methode
zur Zündung
exothermen Materials, einen elektrischen Zünder und eine Kombination des
Zünders
mit einer Ladung exothermen Materials.
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Beispiele von
sich selbst ausbreitenden exothermen Reaktionen findet man im
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CADWELD® – Verfahren und im Thermit® – Verfahren.
CADWELD® ist
ein eingetragenes Warenzeichen von Erico international Inc., Solon,
Ohio, USA und Thermit® ist
ein eingetragenes Warenzeichen der Th. Goldschmidt AG, Essen, Deutschland. Exotherme
Mischungen sind im Wesentlichen eine Kombination aus einem reduzierenden
Metall und üblicherweise
einem Übergangsmetalloxid.
Ein Beispiel ist Aluminium und Kupferoxid, welches nach der Zündung genug
Hitze liefert, um innerhalb der Mischung eine Reaktion fortzuführen und
zu unterhalten. Im Allgemeinen ist es das geschmolzene Metallprodukt
oder die Reaktionswärme,
welche dann gebraucht werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Das CADWELD® – Verfahren
produziert zum Beispiel eine Mischung von geschmolzenem Kupfer und
Aluminiumoxid oder Schlacke. Das geschmolzene Kupfer hat eine höhere Dichte
als die Schlacke und wird üblicherweise
durch eine Form geleitet, um Kupfer mit Kupfer oder Stahl mit Stahl
zu verbinden oder zu verschweißen.
Die Aluminiumoxidschlacke wird von der Schweißoder Verbindungsstelle entfernt und
verworfen. Eine andere übliche
Mischung ist Eisenoxid und Aluminium. Wenn nur die Reaktionswärme benötigt wird,
kann die Wärme
genutzt werden, um zum Beispiel Hartlötmaterial zu schmelzen.
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Mischungen dieses Typs reagieren
nicht spontan und benötigen
eine Methode, mit welcher die Reaktion gestartet wird. Diese Startmethode
beinhaltet, dass genügend
lokalisierte Energie erzeugt wird, damit die Reaktion beginnen kann.
Wenn die Reaktion einmal begonnen hat, wird sie selbstunterhaltend und
erfordert keine weitere Energie um vollständig abzulaufen. Es gibt eine
Vielzahl von Kombinationen von reduzierenden Metallen und Übergangsmetalloxiden,
welche exotherm reagieren können.
Diese Reaktionen und die Energie, welche benötigt wird, diese Reaktionen
zu starten, variieren stark in Abhängigkeit von den Eigenschaften
der Reaktanten und von den lokalen Randbedingungen. Zwei übliche Mischungen
sind Kombinationen von Kupferoxid und Aluminium und Eisenoxid und
Aluminium. Diese Erfindung befasst sich mit dem Starten exothermer
Reaktionen und der Vorrichtung und der Anordnung zur Anwendung solcher
Reaktionen.
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Die derzeit am meisten verbreitete
Art Schweißnähte oder
Verbindungen mit dem CADWELD® – Verfahren
herzustellen, umfasst die Verwendung von geteilten Graphitformen.
Die Leiter oder die verbindenden Stücke werden sorgfältig gereinigt
und dann in die geeignete Position gebracht und reichen in die Schweißkammer
in der Graphitform hinein. Die Formen können einen Tiegel über der
Schweißkammer
umfassen, welcher mit der Schweißkammer durch ein kleines Loch
verbunden ist. Die Form wird dann sicher geschlossen und normalerweise
mit einer Knebelklammer verschlossen. Eine Metallplatte wird im
Tiegel über das
kleine Loch gelegt. Eine geeignete Menge exothernen Materiale wird
in den Tiegel auf die Metallplatte gegeben und das herkömmliche
Startpulver oder Startmaterial, welches ein wesentlich feineres
exothermes Material ist, wird über
den oberen Teil des Schweißmaterials gestreut.
Der Abdeckung der Form wir dann geschlossen und die Reaktion wird
mit einem Feuersteinzünder
gestartet.
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Das Startpulver oder Starmaterial,
welches auf den oberen Teil des exothermen Materials gestreut wird,
hat eine niedrigere Zündtemperatur
und wird leicht durch den Feuersteinzünder gezündet, während der Feuersteinzünder normalerweise
das exotherme Material nicht direkt zünden kann. Wenn das exotherme
Material gezündet
ist, trennt sich die Metallschmelzenphase von der Schlacke und schmilzt
durch die Metallplatte. Die Metallschmelze wird dann durch das kleine
Loch in die Schweißkammer
geleitet und die Leiter werden verbunden. Wenn das Metall erstarrt
ist, wird die Form geöffnet
und die Schlacke wird von der Schweißverbindung abgetrennt. Die
Form wird gereinigt und für
den erneuten Einsatz für
die nächste
Verbindung vorbereitet.
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Wegen der niedrigen Zündtemperatur
des Startpulvers und wegen Mängeln
bei der Handhabung und beim Transport wurden viele Anstrengungen
unternommen, ein zuverlässiges
und preisgünstiges
alternatives Zündsystem
für das
exotherme Material zu finden. Eine Anzahl elektrischer Systeme wurde
bisher entworfen, welche von einfachen Funkenentladungsgeräten über Brückendrähte oder
-folien bis zu eher ausgefallenen Vorrichtungen wie Raketenzündern reichen.
Solche Bemühungen
sind zum Beispiel in den früheren
U.S.-Patenten 4.881.677, 4.879.952, 4.885.452, 4.889.324 und 5.145.106
niedergelegt. Aus einer Vielzahl von Gründen, insbesondere wegen Energiebedarf,
Zuverlässigkeit
und Kosten konnten solche Vorrichtungen den Standard des Startens
mit Pulver- oder Feuersteinzündung
für die
Initialisierung der sich selbst ausbreitenden exothermen Reaktionen
nicht ersetzen.
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Aus dem U.S.-Patent 4.885.452, welches
als das dem aktuellsten Stand der Entwicklung entsprechende angesehen
werden kann, ist ein elektrisch betriebener Zünder für exotherme Reaktionen bekannt,
welcher einen Spalt zwischen Drähten
in einer Matrix einer solchen Mischung und Mittel zur Bildung eines
Hochenergiefunkens über
den Spalt zwischen den Drähten
mithilfe von Elektrizität
aus einer Kapazitätsentladungseinheit
umfasst. Der Funkenspalt braucht viel elektrische Energie, um das
exotherme Material zu zünden.
Deshalb ist es ein Ziel der Erfindung, den oben erwähnten Zünder und
die Zündmethode
zu verbessern.
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Die Anordnung des Systems ist ebenfalls wichtig.
Viele solcher Anwendungen werden draußen im Feld durchgeführt und
die Transportierbarkeit und Einfachheit beim Gebrauch sind wichtig.
Niemand möchte
zum Beispiel eine Autobatterie zum Gebrauch als Zündsystem
mit sich herumtragen. Darüber
hinaus sollte das System im gebrauchsfertigen Zustand wenig Gewicht
haben, leicht handhabbar und zu reinigen sein oder noch besser Wegwerfbestandteile
haben.
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Ein Zündsystem für solche Materialien sollte in
der Lage sein, etwa dreißig
(30) Joule Energie zu erzeugen. Das System sollte keine spezielle
Transportklassifikation oder – Kennzeichnung
benötigen, wie
sie heute in einigen Rechtsprechungen für bestimmte Startpulver oder
Startmaterialien vorgeschrieben ist. Die Systembestandteile sollten
verbaucherfreundlich sein, insbesondere sollten sie leicht zu tragen
und einhändig
bedienbar sein. Das System sollte leicht zu schwierigen Arbeitsfeldern
oder in begrenzte oder beengte Räumen
zu transportieren sein. Die Bestandteile sollten weniger als 1,5
kg oder etwa soviel wie ein zum Teil gefüllter Aktenkoffer wiegen. Genauso
wichtig ist es, dass die Zündung
zuverlässig
und wiederholbar sein soll, ohne dass öfter neue Batterien oder eine
wiederholte Aufladung notwendig sind, sie soll wirtschaftlich herzustellen
und zu gebrauchen sein.
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Es wäre ebenfalls von Vorteil, wenn
das Zündsystem
keine Drähte
oder hervorstehende Drähte
benötigen
würde,
an welche eine Stromquelle angeschlossen werden muss. Die Stromverbindung zu
solchen Drähten
kann mittels Krokodilklemmen, zum Beispiel eine pro Draht erfolgen.
Diese Drähte neigen
dazu, verbogen zu werden, sich abzulösen, an anderen Dingen hängenzubleiben
oder abzubrechen und sie verursachen leicht einen Kurzschluss. Oft
liegt ein Mangel an Zuverlässigkeit
lediglich an einer defekten Klemme oder einer defekten Klemmenverbindung.
Das erfordert üblicherweise
einige Untersuchungen oder Tests oder eine Neupositionierung der
Klemmen, bevor das Problem überhaupt erst
lokalisiert ist. Es wäre
wünschenswert;
dass keine Drähte
gebraucht würden
und eine geeignete Verbindung mit einer einzigen Klemme hergestellt
werden könnte.
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Dieses Problem wird mit einer Zündmethode,
wie sie in Anspruch 1 beschrieben wird, und mit einem Zünder, wie
er in Anspruch 18 beschrieben wird, gelöst.
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Das Zündsystem für die Reaktion von exothermen
Materialien, ein elektrischer Zünder,
umfasst eine Stromquelle zur Erzeugung einer Spannungsspitze oder
-welle und eine Zündanordnung,
welche zwei Metallfolien umfasst, die durch eine Isolationsschicht
getrennt sind. Die Zündanordnung
umfasst eine oder mehr Verformungen, die wohl geplant geformt und
angeordnet werden, am besten haben sie die Form von einem oder mehreren
gestanzten Löchern.
Man hat herausgefunden, dass eine relativ niedrige Spannungsspitze;
welche man an die Metallfolien anlegt, ein Funkenplasma erzeugt,
das eine ausreichende Form und Richtung aufweist, um wirklich das
umliegende exotherme Material zu entzünden und die Reaktion dazu
bringt vollständig
abzulaufen. Das Loch wird durch mit einer kleinen Spitze eingestanzt.
Die konische Spitze formt das Loch wie ein Horn und der Durchlass
am kleineren Ende des Horns wirkt wie ein Zündloch.
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Die Stromquelle kann eine batteriegetriebene
Kapazitätsentladungseinheit
sein, welche die Spannung erzeugt, die auf die Metallfolienzündanordnung
aufgebracht werden soll. Dazu dienen zwei Elektroden, die die gegenüberliegenden
Greifoberflächen
einer wäscheklammerartigen
Federklemme darstellen. Die Federklemme wird einfach an ein herausstehendes
Ende des Metallfolienstreifens angeklemmt, indem eine Metallfolie
mit einer Elektrode in Kontakt gebracht wird. Dies erhält die erforderliche Polarisierung
aufrecht. Die Batterie oder die Batterien kann oder können recht
klein, leicht zu ersetzen und wieder aufladbar sein. Die Kapazitätsentladungseinheit
braucht nur eine Spannung für
etwa dreißig
(30) Joule für
die meisten Anwendungen zu erzeugen und das ist ausreichend, um
ein geformtes und geführtes
Funkenplasma am Durchlass oder am Loch zu erzeugen.
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Die Zündanordnung besteht vorzugsweise aus
dünnen
Streifen leitfähiger
Folie, die durch eine dünne
Schicht Papierisolation voneinander getrennt sind. Die Papierisolationsschicht
wird durch dünne Haftkleberschichten
an die Folie angeklebt, so dass die Schichten sich nicht leicht
voneinander ablösen und
weder Luftspalte noch Blasen auftreten. Vorzugsweise ragt die Isolierung über die
Folie hinaus, besonders an den Enden, so dass keine Funkenübertritte
an den Kanten oder an irgendeinem Ort außer am geplant angelegten Durchlass
stattfinden. Der Haftkleber kann leitfähig sein, um den Stromfluss durch
die Metallfolie zu begrenzen. Die gesamte Anordnung einschließlich der
leitfähigen
Folie, des Haftklebers und der Isolierung können eine Dicke von nur wenigen
Millimetern haben und die Streifenanordnung kann gebogen, gefaltet
oder sogar etwas verdreht sein, ohne beschädigt zu werden oder in ihrer Funktion
eingeschränkt
zu sein.
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Die Auswahl des Metalls oder des
Folientyps hängt
in gewissem Grad von der Anwendung ab. Da die Funkenentladung, welche
das geformte und geführte
Funkenplasma erzeugt, beim Durchlass etwas kontrolliertes Metallspritzen
und Folienverschweißen mit
sich bringt und da der Zünder
in einigen Anwendungen vollständig
oder ganz durch die Reaktion verbraucht wird, ist es wichtig, dass
das Folienmetall mit der Reaktion kompatibel ist. Für Kupferschweißen wäre daher
Kupfer ein geeignetes Folienmetall. Das Papier und der Haftkleber
werden ebenfalls so ausgewählt,
dass sie den exothermen Prozess nicht kontaminieren.
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Auch wenn für die Zündanordnung viele Anwendungen
in Verbindung mit wiederverwendbaren Tiegeln und Formen bekannt
sind, die entsprechend gestaltet sind, um die Reaktion und die Reaktionsprodukte
zu beinhalten und zu leiten, ist eine besonders günstige Form
die, bei welcher sie selbst aus einer verbrauchbaren Anordnung aus
exothermem Material besteht. Die Anordnung kann in eine wiederverwendbare
oder in eine verbrauchbare Form positioniert werden, und die Zündanordnung
kann auseinanderzogen oder gebogen werden, um aus der Anordnung
hervorzustehen oder herausragen. Die Zündanordnung wird mit der Stromquelle
verbunden und die Reaktion wird gestartet. Eine Scheibe am Boden
der Anordnung wird durch die Reaktion geschmolzen, und das geschmolzene
Metall fließt
in eine wiederverwendbare oder verbrauchbare Form. Die Stromquelle
wird dann abgeklemmt und die Anordnung verworfen, sobald sie abgekühlt ist.
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Bei einigen Ausführungen umfasst die Zündanordnung
zwei oder mehr Löcher
oder Funkenplasma erzeugende Durchlässe. Wenn die Löcher gleich
groß sind,
zünden
sie im Wesentlichen gleichzeitig. Solche Zündanordnungen können für große Volumina
exothermen Materials eingesetzt werden, um eine gleichzeitige Zündung an
vielen Punkten zu erhalten. Wenn die Löcher sich in der Größe unterscheiden,
kann eine nacheinander ablaufende Zündung erreicht werden. Zündanordnungen
mit vielen Löchern
können
auch für
größere Ladungen
oder bei Überladung
eingesetzt werden.
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Über
den Zünder
und die Methode zur Herstellung des Zünders hinaus bezieht sich die
Erfindung auch auf die bekannten Methoden der Zündung wie auch auf die Anwendungen
und Anordnungen zum Gebrauch des Zünders, wobei bei allen immer das
Startpulver, die Startmaterialien und der Feuersteinzünder eingespart
werden.
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Zur Vervollständigung des Vorhergehenden und
der darauf bezogenen Ziele, umfasst die Erfindung die Merkmale,
die im Folgenden vollständig
beschrieben und im Einzelnen in den Ansprüchen ausgeführt sind. Die folgende Beschreibung
und die anhängenden
Skizzen stellen detailliert bestimmte veranschaulichende Ausführungen
der Erfindung vor, die nur als Beispiel einiger weniger von verschiedenen
Arten dienen sollen, bei welchen die Prinzipien der Erfindung angewendet
werden können.
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1 ist
eine schematische Darstellung der Stromquelle und der Zündanordnung,
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2 ist
eine schematische Darstellung der Metallstreifen des Zünders, angeordnet
mit der zwischen ihnen liegenden Isolierung,
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3 ist
eine schematische Darstellung der Zündanordnung, wie sie zusammengesetzt
ist, aber vor dem Stanzen und Formen des Lochs,
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4 ist
eine Seitenansicht, welche die Kanten hervorhebt. Sie zeigt die
konische Spitze kurz vor dem Stanzen der Zündanordnung,
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5 ist
eine ähnliche
schematische Darstellung, die zeigt, wie die Stanze das Loch ausformt,
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6 ist
eine ähnliche
schematische Darstellung, die das fertig geformte Loch zeigt,
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7 ist
eine schematische Darstellung einer Zündanordnung, bei welcher das
Loch mehr in der Mitte positioniert ist,
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8 ist
eine schematische Darstellung des Verschmelzens, welches rund um
das Loch herum während
einer Übergangsphase
der Zündung
stattfindet,
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9 ist
eine schematische Darstellung der erzeugten Funkenplasmaenergie,
die die konische Form des Energieplasmas auf der einen Seite und das
ausstreuende Plasma auf der anderen Seite zeigt,
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10 ist
eine andere etwas größere Ansicht,
die die Form des Funkenplasmas, das streuende Plasma und die stattfindende
Verschmelzung darstellt, wie sie insgesamt in eine exotherme Reaktionsmischung
eingetaucht sind,
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11 ist
eine Explosionsansicht des Zünders
der vorliegenden Erfindung, welcher sich quer durch einen Wegwerfbehälter oder
Wegwerftiegel erstreckt und auf eine wiederverwendbare Form aufgesetzt
werden kann,
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12 ist
ein Querschnitt durch die zusammengefügte Anordnung von 11,
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13 ist
eine Ansicht der Zündanordnung, wie
sie durch die Wand einer wiederverwendbaren Form und eines wiederverwendbaren
Tiegels herausragt,
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14 zeigt
die Zündanordnung,
wie sie unter einem Scharnierdeckel einer wiederverwendbaren Form
und eines wiederverwendbaren Tiegels positioniert ist,
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15 zeigt
die Zündanordnung,
wie sie zwischen dem Deckel des Typs mit einem oder mehr Rauch-
und Partikelfiltern positioniert ist,
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16 zeigt
die Zündanordnung
im Einsatz mit einer Wegwerfform und einem Wegwerftiegel,
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17 ist
eine perspektivische Ansicht eines feuerwerkskörperähnliche Behälters für exothermes Material, bei
welchem die Zündanordnung
am Rand heraussteht,
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18 ist
ein Querschnitt des Behälters
der 17,
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19 ist
eine Darstellung eines kleineren Feuerwerkskörpers, der benutzt wird, eine
größere Ladung
zu zünden,
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20 ist
eine Ansicht einer verbrauchbaren Anordnung, bei welchem aber die
Zündanordnung nicht
in das exotherme Material eingetaucht ist, sondern im Allgemeinen
parallel zum oberen Teil oder Deckel liegt und das Funkenplasma
erzeugende Loch im Wesentlichen auf der oberen Oberfläche des Materials
liegt,
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21 ist
eine Teilansicht eines anderen Typs einer verbrauchbaren Anordnung,
die mit einem anderen Typ einer Wegwerfform benutzt wird,
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22 ist
eine Darstellung eines großen
Tiegels mit drei Zündanordnungen,
welche über
und im Wesentlichen benachbart zur oberen Oberfläche des exothermen Materials
positioniert sind,
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23 ist
eine Darstellung wie 22,
aber mit einer einzigen Zündanordnung
mit mehreren Löchern,
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24 ist
eine schematische Darstellung einer mehrlöchrigen Zündanordnung, wobei die Löcher dieselbe
Größe haben,
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25 ist
eine ähnliche
schematische Darstellung einer mehrlöchrigen Zündanordnung, wobei die Löcher eine
zunehmende Größe haben,
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26 ist
eine schematische Illustration einer anderen Form einer Zündanordnung,
welche ebenfalls eingesetzt werden kann, wenn Überschuss erforderlich ist.
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Wenn man sich zunächst einmal auf 1 bezieht, so ist dort ganz
allgemein bei 30 eine Kapazitätsentladungseinheit
zur Erzeugung der Spannungs-/Joule-Welle oder -Spitze zum Zünden der Zündanordnung 32 für das exotherme
Material dargestellt. Die Kapazitätsentladungseinheit 30 umfasst eine
oder mehr Batterien 33, die mit einem Umwandler oder Oszillator 34 verbunden
sind, welcher den Gleichstrom der Batterien in einen hochfrequenten Wechselstrom
umwandelt. Der Strom aus dem Wandler durchläuft einen Transformator 35,
welcher die Spannung erhöht.
Der Wechselstrom höherer Spannung
durchläuft
dann einen Gleichrichter 36, der ganzwellig oder halbwellig
arbeiten kann und den Wechselstrom wieder in Gleichstrom umwandelt.
Der Gleichstrom lädt
dann den Kondensator 37. Sobald der Schalter 38 geschlossen
wird, tritt eine Spannungswelle oder -spitze zwischen den Leitungen 39 und 40 auf.
Der Schalter 38 kann ein mechanischer oder Halbleiter-Schalter
sein, im Falle von letzterem kann er vom Schaltkreis 41 geschlossen
werden. Die Leitungen 39 und 40, die schematisch
abgebildet sind, werden mit den halbrunden herausragenden Elektroden 43 und 44 verbunden,
beziehungsweise ragen sie senkrecht auf die inneren Seiten einer
mit einer Feder offengehaltenen Wäscheklammer- oder Krokodilklemme,
wie sie allgemein bei 46 abgebildet ist.
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Wenn man sich zusätzlich auch auf die Figuren
2-6 bezieht, kann gezigt werden, dass die Zündanordnung 32 zwei
leitfähige
Metallfolienstreifen 50 und 51 umfasst, die Schichten
sind, welche durch eine Isolationsschicht 52 voneinander
getrennt werden. Die Methode, nach welcher die Zündanordnung hergestellt wird,
ist darauf folgend in den 2-5 dargestellt. Da die Zündanordnung
normalerweise bei der exothermen Reaktion verbraucht wird, ist es wichtig,
für die
Zündanordnung
Materialien auszuwählen,
die mit den exothermen Reaktionsmaterialien kompatibel sind. Im
CADWELD® – Verfahren,
bei welchem Kupferleiter geschweißt werden, ist das bevorzugte
Metallfolienmaterial Kupfer. Das bevorzugte Isolierungsmaterial
kann Papier sein, und die Gesamtdicke der Zündanordnung kann nur einige
Millimeter betragen. Es ist aber hervorzuheben, dass für andere
Anwendungen andere Metalle oder leitfähige Folien zusammen mit anderen
Isolationsstreifen eingesetzt werden können.
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Die dünne Schicht der Papierisolierung
dient zwei Zwecken. Sie bietet eine Isolationsbarriere zwischen
den beiden Kupferfolienstreifen und bietet auch eine ableitende
Barriere für
Hitze als auch Energie, sobald der Zünder gezündet ist oder die Reaktion
gestartet ist. Die äußeren Folienschichten 50 und 51 werden
mit der zwischenliegenden Isolationsschicht aus dünnem Papier
mit einer möglichst
kleinen Menge leitfähigen
Adhäsivklebers
verbunden, welche auf die Innenseiten der Kupferfolien aufgebracht
werden kann. Der Adhäsivkleber
ermöglicht es,
dass die Kupferstreifen fest an dem Papier befestigt werden und
dass Luftspalte ausgeschlossen werden können, und die Leitfähigkeit
des Adhäsivklebers begrenzt
den Stromfluss in Längsrichtung
der Metallfolienstreifen. Die Folienschichten und die Isolierung können zum
Beispiel durch eine Rollenpresse geführt werden, um eine richtige
Haftung und das Vermeiden von Luftspalten abzusichern, wie in 2 gezeigt ist. Wenn die
Schichten so angeordnet werden, wie in 3 gezeigt, steht die Isolierung 52 am
besten leicht über
die Enden der Folienstreifen über,
diese Überstände sind
bei 55 und 56 gezeigt. Die Überstände sind
in den schematischen Darstellungen etwas übertrieben dargestellt und
können
nur einen kleinen Bruchteil eines Zolls oder wenige Millimeter betragen.
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Wenn der Zünder einmal zusammengebaut ist,
wie in 3 dargestellt
ist, wird ein Durchlass im Zünder
angebracht, um eine Energieentladungsquelle zu erhalten. Dieser
Durchlass hat die Form eines konischen Loches, welches durch die
Stanze 58 geformt wird, die eine ziemlich scharfe konische
Spitze 59 hat.
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Wie in 5 gezeigt,
tritt die Stanze in die Zündanordnung
ein und die Spitze 59 reicht durch die Zündanordnung
hindurch und ragt ein wenig an der anderen Seite heraus, wie bei
60 zu sehen ist. Wie in 6 gezeigt,
ist ein Loch 62 in dem Folienzünder ausgebildet, wenn die
Stanze zurückgezogen
wird. Das Loch hat die konische Form der Stanze. Das Loch hat an
der einen Seite eine große Öffnung 63 und
auf der anderen Seite eine kleine Öffnung oder ein Zündloch 64.
Das Loch durchquert die gesamte Zündanordnung und das Loch ist
hornförmig
und öffnet
sich zum weiteren Ende 63 hin.
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Das Loch kann an jedem gewünschten
Punkt entlang der Zündanordnung
angebracht werden und in der Ausführung in 6 ist es an einem Ende angebracht. In
den 7,8 und 9 ist
das Loch, welches bei 66 abgebildet ist, in der Mitte der Zündanordnung zwischen
den beiden Enden und mitten zwischen den beiden seitlichen öder am Rand
befiridlichen Kanten angebracht. Ebenso kann, wie im Folgenden beschrieben,
mehr als ein Loch genutzt werden und die Größe des Loches kann variieren.
Das dargestellte Loch soll nicht als Maßstab dienen und der Durchmesser
des großen
Endes des Loches kann von einem Bruchteil eines Millimeters bis
zu zwei Millimetern variieren. Der Kegelwinkel kann ebenso von dem abgebildeten
abweichen, um eine konische oder hornförmige Form zu erhalten, die
ein geformtes Funkenplasma erzeugt. Da es sich um eine gestanzte Perforation
handelt, zeigt das Loch die Merkmale des Stanzens, wodurch die lineare
Natur der Anordnung verzerrt wird. Die Kanten werden geringfügig geknickt
oder ausgezackt, wodurch die Isolation beim Loch geschwächt wird.
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Wenn die Reaktion gestartet werden
soll und die Zündstreifenanordnung 32 gezündet werden
soll, wird sie mit der Kapazitätsentladungseinheit 34 einfach
an dem hervorstehenden Ende der Zündanordnung über die
Klemme 46 verbunden. Sobald die Kondensatorenergie übertragen
wird, findet die exotherme Reaktion innerhalb von Millisekunden
statt. Wenn auch die genauen Mechanismen der Phänomene nicht bekannt sind,
ist anzunehmen, dass die Phänomene
durch den folgenden Ablauf der Geschehnisse erklärt werden können, wie sie im Einzelnen
in den 7,8,9 und 10 dargestellt sind.
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Bei der Zündungsabfolge, wird die Energie vom
Kondensator auf die beiden Kupferstreifen 50 und 51 übertragen,
wobei jeder Streifen einen Pol der Entladung erhält, d.h. einen negativen und
einen positiven.
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Das konische Loch 66 in
der Folien- und Papieranordnung wirkt wie eine Unterbrechung oder
ein Widerstandspunkt und heizt sich schnell auf, so schnell, dass
die Zeit überhaupt
nicht ausreicht, dass die Wärmeenergie
in die umliegenden Materialien dissipieren kann. Schließlich, steht
ausreichend Wärmeenergie
zur Verfügung,
um ein schnelles Schmelzen entlang des 360°-Folienrandes an der Kante des konischen
Loches zu bewirken. Dies passiert gemäß I2R,
wobei I der Stromstoß und
R der Widerstand ist. Die geschmolzene Kante, wie bei 68 in
der 8 und 10 gezeigt,
vergrößert in
der Übergangsphase
den Widerstand und erhöht
damit die Geschwindigkeit des weiteren Schmelzvorgangs. Das Schmelzen
von Kupfer findet bei 1083° C
statt.
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Das Phänomen lauft in so kurzer Zeit
ab, dass die geschmolzene Phase sich nicht fortbewegen kann und
das fortlaufende Aufheizen zwingt das Kupfer zum Verdampfen. Dies
geschieht bei Kupfer beim Überschreiten
von 2571°C.
Die Gasphase erhöht
den Widerstand in der lokalen Umgebung noch mehr.
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Der Dampf beginnt sich auszudehnen,
zieht aber weiter Strom, bis er beginnt einen elektrischen Bogen
zu bilden. Der Bogen oder das Funkenplasma kann Temperaturen über 5000°C erreichen.
Der elektrische Bogen oder das Funkenplasma bringt die Gasphase
bis zum Punkt der Ionisierung, was den Widerstand sehr schnell herabsetzt,
was wiederum den Stromfluss in den Bereich vergrößert. Die Zunahme des Stromflusses
in den Dampfbereich verursacht ein zunehmendes Aufheizen oder Überhitzen des
sich ausdehnenden Dampfes, so dass der Dampf sich schnell ausdehnen
muss, indem er im Ergebnis eine Schockwelle von Funkenplasma hervorruft,
wie es schematisch als oberer Kegel 70 in den 9 und 10 dargestellt ist. In diesen Figuren,
ist der Zünder
in das exotherrme Material eingetaucht, welches als Granulat vorliegen
kann, wie es bei 72 an beiden Seiten des Zünders dargestellt
ist. Die konische Schockwelle aber dehnt sich mit verringerter Kraft
aus, da am gegenüberliegenden
Ende des Zünders
das kleinere oder Zünd-Loch
vorhanden ist. Dieses Zündloch
oder kleinere Ende des Loches erzeugt eine etwas kleineres Funkenplasma,
wie es bei 74 gezeigt wird, und verringert das Ausmaß und die Kraft
der Schockwelle des Kegels 70, und damit wird die Störung von
jedem umgebenden oder nahe bei liegendem exothermen Material 72 vor
der Zündung der
exothermen Reaktion verringert. Eine zu ausgedehnte oder zu plötzliche
Kraft könnte
buchstäblich einige
Arten exothermen Materials von der Hitze des Funkenplasmas wegblasen
oder entfernen.
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Die Schockwelle trägt geschmolzenes
Kupfer wie bei 76 in 10 gezeigt
aus der geschmolzenen Kreislinie 68 des konischen Loches
heraus. Das geschmolzene Kupfer 76 verteilt sich von der
Kreislinie des konischen Loches aus nach außen, während das Zündloch das Funkenplasma 74 und
den Energietransfer in die entgegengesetzte Richtung ermöglicht.
Die Kombination des überhitzten
Dampfes, das Freisetzen von geschmolzenem Kupfer in der Schockwelle
und das Entstehen des elektrischen Bogens verursachen eine erhebliche
Energieübertragung
und eine Zündung
des exothermen Materials 72 an vielen Punkten.
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Wenn man sich nun auf die 11 und 12 bezieht, ist dort der Gebrauch des
Zünders
der vorliegenden Erfindung dargestellt, wie er in einer exothermen
Schweißvorrichtung
wie etwa dem CADWELD® – Verfahren
zum Beispiel zum Verschweißen
von Stäben
oder Kabeln eingesetzt wird. Die Vorrichtung, welche in den 11 und 12 dargestellt ist, umfasst einen verbrauchbaren
Tiegel oder ein verbrauchbares Behältnis 80 und eine
zweiteilige wiederverwendbare Form die allgemein bei 81 gezeigt
wird. Der Formenaufbau 81 ist in horizontaler Richtung
in die oberen und unteren Formteile 83 und 84 geteilt,
wie bei 82 gezeigt. Sie sind aus hitzebeständigem Material hergestellt,
wie etwa Graphit. Die gemeinsamen Oberflächen haben Aussparungen, welche
tunnelartige Durchlässe 85 und 86 bilden,
die zu einer vergrößerten Schweißkammer 87 führen. Die
Teile der Formanordnung können
an der zusammenliegenden Ebene zusammengeklemmt werden und mit einer geeigneten
Knebelklemme wieder geöffnet
werden, dies ist nicht gezeigt.
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Der obere Formenteil 83 ist
mit einer runden Aussparung 89 versehen, die in einer Achse
mit einem engeren und vertikalen Zündloch 90 liegt, welches
in Verbindung zur Schweißkammer 87 steht. Die
tunnelartigen Durchlässe
sind geeignet, Kabel oder Stabenden aufzunehmen, welche in die Schweißkammer
hineinragen und welche in der dargestellten Anordnung und mit dem
dargestellten Verfahren zusammengeschweißt werden sollen.
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Das verbrauchbare Behältnis 80 umfasst eine
richtige Menge an exothermem Material, wie bei 92 in 12 gezeigt. Das exotherme
Material wird auf einer Metallscheibe 93 gelagert, welche
das Loch 94 am Boden des Behältnisses verschließt, wobei das
Loch in einer Linie mit dem Zündloch 70 liegt, wenn
das Behältnis
und die Form zusammengebaut sind. Die verbrauchbare Form hat die
Form eines hitzebeständigen
zylindrischen Behälters 95 und
ein Deckel oder ein Aufsatz 96 hat ein zentrales Loch 97. Das
Innere des Behältnisses
hat eine Tiegelkammer 99, welche in konischen Einpassungen
am Boden endet, die unterste von ihnen trägt die Metallscheibe 93.
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Quer durch den oberen Teil der im
Allgemeinen zylindrischen Anordnung oder des Behältnisses führt eine Zündanordnung 32, welche
das geformte Loch 62 in der oberen Mitte der exothermen
Ladung 92 umfasst. Die Zündanordnung ragt durch vertikale Schlitze 101 und 102,
in der Behältniswand
heraus, und das Ende 103 ragt deutlich über die Außenseite des Behältnisses
heraus. Das obere Niveau der exothermen Ladung, wie bei 104 gezeigt,
liegt über
der Zündanordnung 32,
so dass das Loch 62 in den oberen Teil des exothermen Materials
eingetaucht ist. Das verbrauchbare Behältnis 80 in den 11 und 12 enthält eine präzis abgemessene Menge exothermen
Materials und die Teile des Behältnisses
können aus
einer Vielzahl von hitzebeständigen
Materialien hergestellt sein, etwa zum Beispiel aus Feuerkeramik,
geschmolzenem Sand oder Glas. Das Behältnis ist nach dem Gebrauch
verwerfbar. Das Behältnis kann
mit der plazierten Zündanordnung
hergestellt, mit der erforderlichen Menge exothermen Materials gefüllt und
dann mit dem Deckel 96 verschlossen werden, um das vollständige Behältnis zu
bilden. Das herausragende Ende des Zünders 103 kann einfach flach
gegen die Wandung des Behältnisses
abgeknickt und die ganze Anordnung verpackt werden.
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Wenn das Behältnis gebraucht wird, wird
es einfach ausgepackt und in die Einpassung 89 eingesetzt
und das Ende der Zündanordnung 103 wird
wieder so ausgerichtet, dass es radial herausragt. Die Klemme 46 der 1 wird dann mit dem herausragenden
Ende 103 verbunden. Wenn die exotherme Reaktion gestartet
wird, beginnt sie am oberen Teil der Ladung des Materials und bewegt
sich nach unten, wobei die Scheibe 93 geschmolzen wird,
so dass die gebildete Metallschmelze in die Metallschweißkammer 87 fließen kann,
wo dann die Enden der Kabel oder Stäbe zusammengeschweißt werden.
Jede Schlacke, die bei der Reaktion gebildet wird, steigt hoch und
kann von der Schweißstelle
entfernt werden. Wenn das Behältnis
abkühlt,
wird es einfach verworfen und die Formteile 83 und 84 werden
geöffnet,
um die geschweißten
Kabel oder Stäbe
zu entfernen. Die Formteile werden zum weiteren Gebrauch mit einem
anderen Wegwerfbehältnis
gereinigt.
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In der Ausführung der 12, erstreckt sich die Zündanordnung
komplett quer durch die Ladung mit exothermem Material und ist vollständig darin
eingetaucht. Es gibt aber mehrere Arten, wie die Zündanordnung
bezüglich
des exothermen Materials, welches im Tiegel enthalten ist, positioniert
werden kann, sei er ein Wegwerfbehältnis oder eine wiederverwendbare
Form.
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Bezieht man sich nun auf die 13 bis 15, so ist dort eine Anzahl von Arten
dargestellt, in welchen die Zündanordnung
bezüglich
des exothermen Materials angebracht werden kann, wobei das exotherme
Material in einem Tiegel enthalten ist, der Teil einer wiederverwendbaren
Form ist. In den 13 bis 15 sind die Formen senkrecht
geteilt und jede Hälfte
der Form enthält
die Aushöhlung
und die Anordnung der Durchlässe,
wie sie als allgemein halbkreisförmige
Aussparungen dargestellt sind. Wenn die Formhälften zusammengeklemmt werden,
wird die vollständige
Formanordnung gebildet. Jede Formanordnung umfasst eine Schweißkammer 106,
tunnelartige Durchlässe 107 und 108,
eine Steigkammer 109 oben über der Schweißkammer,
ein Spundloch 110, welches mit dem Boden des Tiegels 111 und
der Steig- oder Schweißkammer
in Verbindung steht, wobei das Spundloch eine konische Einpassung
für die Metallscheibe 112 am
Boden hat, die den Boden des Tiegels beim Spundloch verschließt, welcher
die Ladung exothermen Materials 114 enthält. In den 13 und 14 ist der obere Teil der Anordnung mit einem
hitzebeständigen
Scharnierdeckel 116 versehen.
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In 13 ragt
die Zündanordnung,
die allgemein bei 32 abgebildet ist, nur durch eine Wandung der
Tiegelkammer und durch einen Isolator, der mit 118 gekennzeichnet
ist und der aus Papier hergestellt sein kann. Der Zünder hat
ein herausragendes Ende 119, welches am Äußeren des
Isolators herausragt. Das Loch oder der Durchlass 62 befindet sich
unter dem Niveau 120 des exothermen Materials 114.
Das Zündloch
ist auf jeden Fall in der Mitte im oberen Teil des exothermen Materials
positioniert.
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In 14 ragt
der Zünder 32 durch
den Isolator 122 hindurch, der Isolator kann ein Papier
auf dem Tiegelrand unter dem Scharnierdeckel 116 sein. Die
Zündanordnung
ragt über
den Isolator hinaus, wie bei 123 gezeigt wird, und ist
bei 124 gebogen, so dass der Durchlass oder das Loch 62 unter
der Oberfläche 120 des
exothermen Materials liegt. In dieser Ausführung nimmt die Zündanordnung
bei Austritt eher eine horizontale als eine vertikale Ebene ein, wie
in 13 gezeigt. Die Folienzündanordnung
ist aber so gebogen, so dass sich beim Loch oder beim Durchlass 62 die
Hauptfläche
vertikal erstreckt.
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In der wiederverwendbaren Form 15 wird
ein Deckel 128 über
die Zündanordnung
geschoben und trägt
dabei einen oder mehr Filter 129, die dazu geeignet sind,
jedweden Rauch oder andere unerwünschte
Nebenprodukte der exothermen Reaktion aufzunehmen. Die Ladung des
exothermen Materials 114 kann dennoch mit dem Zünder 32 gezündet werden,
welcher durch einen Isolator 131 zwischen dem filterbestückten Deckel 128 und
dem oberen Rand des Tiegels hindurchläuft. Der Isolator 131 ist
stufig gebogen und hat die gezeigte Zickzackform, damit er zwischen
Form und Deckel hindurchpasst. Die Zündanordnung kann fertig gebogen
sein, um durch den Isolator zu passen und umfasst den herausragenden
horizontalen Teil 132 und den gebogenen Teil 133 an
der inneren Seite des Isolators, so dass das innere Ende in einer
anderen Ebene herunterragen kann, so dass das Loch oder der Durchlass 62 unter dem
Niveau 120 der exothermen Ladung liegt. Filtereinheiten
zur Aufnahme von Rauch werden von Erico International Corporation
aus Solon, Ohio unter dem Warenzeichen EXOLON® verkauft, damit kann exothermes
Schweißen
in empfindlichen oder sauberen Umgebungen durchgeführt werden.
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In jedem Fall kann die Zündanordnung
der vorliegenden Erfindung leicht angepasst werden, um durch die
Wandungen von wiederverwendbaren Formen oder zwischen den Deckeln
und den Rändern der
Tiegel herauszuragen. Die Isolatoren oder Anordnungen, die dargestellt
sind, sind nicht nur leicht bei den Zündanordnungen handhabbar, indem
sie durch die Wandungen hindurch gesteckt werden können, wie
in 13 gezeigt wird,
oder indem sie gebogen vom Deckel in die exotherme Mischung hineinragen. Immer
kann durch das Befestigen der Klemme 46 an die herausragenden
Enden 119, 123 oder 132 die Zündung erreicht
werden.
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Wie in 16 dargestellt,
zeigt die Zündanordnung 32 durch
die Wandung 138 einer verbrauchbaren oder Wegwerf-Form 139.
Der Formenkörper kann
aus hitzebeständigem Material
wie etwa zum Beispiel Keramik, Sandmischung öder Glasl hergesfellt sein.
Er umfasst eine obere Tiegelkammer 140 und eine untere
Schweißkammer 141 mit
einer Schulter 142 zwischen diesen Kammern, auf welchen
eine Metallscheibe 143 ruht, die eine Ladung 144 an
exothermem Material in der Tiegelkammer trägt. Die verbrauchbare Kammer
ist mit einem Deckel 146 versehen. Der Boden der Form hat
einen schlüssellochartigen
Durchlass 148. Der Durchlass kann die Spitze eines Stabes 149 und
ein Kabel 150 aufnehmen, welches daran angeschweißt werden soll.
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Die Zündanordnung kann schon während der
Herstellung der verbrauchbaren Form in sie eingebaut werden oder
später
durch einen ausgebildeten Schlitz eingefügt werden. Das Innere der Zündanordnung
mit dem Loch oder dem Durchlass 62 wird in der Mitte im
oberen zentralen Bereich der exothermen Ladung positioniert und
das äußere Ende
der Zündanordnung
steht radial nach außen,
wie bei 152 gezeigt. Zum Verpacken oder Transportieren
kann die Zündanordnung
entlang der gepunkteten Linie, wie bei 153 gezeigt, gefaltet
oder gebogen werden, um dann flach am Äußeren der Formwandung anzuliegen.
Die Zündanordnung
kann leicht gebogen werden, ohne dass ihre Funktionsfähigkeit
beeinträchtigt wird.
Wenn die Verpackung geöffnet
wird, kann die Zündanordnung
einfach wieder zurückgebogen
werden, um in der Art wieder hervorzustehen, wie es dargestellt
ist. Die Anordnung wird auf Stab und Kabel positioniert und die
Klemme 46 wird an das herausragende Ende der Zündanordnung
angeklemmt. Die Kapazitätsentladungseinheit
startet bei ihrer Zündung
die exotherme Reaktion, indem die oben beschriebene Funkenplasmazündung hervorgerufen wird.
Die Zündung
des exothermen Materials führt zum
Schmelzen der Platte 143 und die gebildete Metallschmelze
tropft in die Schweißkammer,
wo die beiden Teile zusammengeschweißt werden. Nach dem Schweißvorgang
kann die Form einfach verbleiben oder mit einem Hammer abgeklopft
werden.
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Die Zündanordnung der vorliegenden
Erfindung kann auch mit etwas benutzt werden, was allgemein als
eine Art Feuerwerkskörper
bezeichnet werden kann. Als solche werden manchmal kleine Ladungen
exothermen Materials bezeichnet, mit denen größere Ladungen entzündet werden.
Der Feuerwerkskörper
kann Metallschmelze als Spray auf die Oberfläche der größeren exothermen Ladung sprühen, was
dann ausreicht, die exotherme Hauptreaktion zu starten. Ein solcher
Feuerwerkskörper
ist in den 17 und 18 bei 160 abgebildet.
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Der Feuerwerkskörper 160 umfasst einen hitzebeständigen tassenförmigen Behälter 161 mit einer
zylindrischen Wandung 162 und einer Begrenzungswand 163.
Der Behälter
beinhaltet eine Ladung 164 exothermen Materials und der
Rand oder das offene Ende der Tasse ist durch eine dünne Metallfolienkappe 165 verschlossen.
Die Zündanordnung 32 ragt
durch die Begrenzungswand 163 hindurch und das Loch oder
der Durchlass 62 ist in die Ladung exothermen Materials
eingebettet. Das freie oder Verbindungs-Ende 167 ragt einfach
axial aus dem Behältnis
durch die Wand 163 heraus, und die Klemme 46 kann
einfach mit dem herausragenden Ende 167 verbunden werden.
Sobald das exotherme Material gezündet ist, wird es schnell die
Kappe 165 durchbrennen, wobei dann Metallschmelze und andere
Reaktionsprodukte ausgestrahlt und ausgesprüht werden, welche dann wiederum
genutzt werden können,
um eine größere Ladung
exothermen Materials zu zünden.
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In 19 befindet
sich eine größere Ladung exothermen
Materials, wie bei 170 gezeigt, in einem größeren Tiegel 171.
Ein Feuerwerkszünder
für solch eine
Ladung ist allgemein bei 172 gezeigt und umfasst eine kleinere Ladung
exothermen Materials in einem geformten verbrauchbaren Behältnis 174, dessen
Boden mit einer dünnen
Metallfolienkappe 175 verschlossen ist. Die Zündanordnung 32 ragt durch
die Wand des verbrauchbaren Behältnisses, wobei
das Loch oder der Durchlass 62 im Behältnis liegt. Mit dem herausragenden
Ende 177 kann die Kapazitätsentladungseinheit mit der
Klemme 46 verbunden werden. Wenn der Inhalt des geformten
Feuerwerkskörpers
die Kappe 175 zum Schmelzen bringt, beregnet er buchstäblich die
obere Oberfläche der
Hauptmenge des exothermen Materials 170 mit einem überhitzten
Metallschmelzenregen, wie bei 178 gezeigt. Das wiederum
startet dann die größere Menge
exothermen Materials.
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In 20 ist
eine Ladung exothermen Materials abgebildet. Das exotherme Material
ist mit 180 gekennzeichnet und befindet sich in einem verbrauchbaren
Tiegel oder Behältnis 181,
welcher von einer verbrauchbaren Scheibe 182 getragen wird. Das
obere Niveau der Ladung 180 befindet sich bei 183.
Die Zündanordnung 32 für das exotherme
Material 180 wird grundsätzlich in einer horizontalen
Ebene positioniert und ist in einer Zickzackform gefaltet, wie bei 185 und 186 gezeigt,
um über
den Rand des Behältnisses
und unter den Deckel 187 hindurchzupassen. Die Zündanordnung
ist dünn
genug, um in der angedeuteten Art gefaltet zu werden, ohne entweder
die Zündanordnung
oder die Verbindung zwischen Behälter
und Deckel in ihrer Funktionsfähigkeit zu
beeinträchtigen.
Der mittlere Teil der Zündanordnung
kann leicht nach unten gebogen werden, wie bei 189 gezeigt, um das
Loch 62 geringfügig über dem
Niveau 183 und über
der Mitte der Ladung zu positionieren. Es ist anzumerken, dass das
größere Ende
des Loches 62 nach unten zeigt und sich sehr nah über oder
sehr nah anliegend an oder fast in Berührung mit dem oberen Niveau
183 der exothermen Ladung befindet. Die Zündanordnung 190 ragt über das
Behältnis
hinaus, damit die Kapazitätsentladungseinheit
daran angeschlossen werden kann. Die Eigenschaften des Funkenplasmas
bei der Funkenplasmaentladung reichen aus, das exotherme Material
zu zünden,
auch wenn das Loch oder der Durchlass nicht in das Material eingetaucht
ist.
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In 21 ist
ein hitzebeständiger
Wegwerfbehälter 192 dargestellt,
welcher abgewinkelte Metallführungsdurchlässe 193 und 194 umfasst,
die in die Schweißkammer 195 hineinragen.
Die Durchlässe
ermöglichen
es, Kabel oder Stäbe
verschiedener Größen zum
Schweißen
einzuführen,
ohne auf den Verschluss mit Metallschmelze Rücksicht zu nehmen. Die Spitze
der verbrauchbaren Form umfasst einen ringförmigen Rand 196 und
der verbrauchbare Behälter 197.
wird auf einen solchen Rand aufgesetzt. Der Behälter 197 ist im Allgemeinen
dem Behälter 80 ähnlich,
wie er in 12 abgebildet
ist, aber er hat am Boden eine Mündung
oder eine Tülle 198, welche
in das obere Ende der Form 192 hineinpasst. Eine ringförmige Schulter 199 umgibt
die Mündung, so
dass der Behälter 197 wie
gezeigt auf der Form positioniert werden kann. Wie beim Behälter 80 ragt die
Zündanordnung 32 senkrecht
durch die Wandung des Behälters
und das Loch oder der Durchlass 62 ist in der Ladung mit
exothermem Material in der oberen Mitte positioniert.
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Bezieht man sich auf 22, so ist dort ein größer Tiegel 171 dargestellt,
der eine große
Ladung exothermen Materials 170 enthält. Die Zündanordnung, wie sie allgemein
bei 200 dargestellt ist, umfasst drei Zündstreifenanordnungen 201, 202 und 203,
die durch die Wand 204 der Form herausragen. Das Ende jeder
Anordnung ist mit einem Loch oder Durchlass versehen, wie jeweils
bei 205, 206 und 207 gezeigt. Die Zündstreifenanordnungen
werden mit einem Verbindungsteil 209 miteinander verbunden,
welches einen herausstehenden Stiel 210 hat, an welchen
die Kapazitätsentladungseinheit
angeschlossen werden kann. Die Durchlässe oder Löcher können sehr nahe an der oberen
Oberfläche
des Materials liegen oder können
in das Material eingetaucht sein. Wenn sie oben auf dem Material
liegen, sind die weiten Enden der Löcher nach unten gerichtet.
Auf jeden Fall bietet der Zünder
der 22 eine vielfache,
im Wesentlichen gleichzeitig ablaufende Zündung für die größere Ladung exothermen Materials.
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In den 23 und 24 ist eine andere Vielfachzündanordnung 212 dargestellt.
Die Zündanordnung 212 erstreckt
sich durch die gegenüberliegenden
Wandungen 213 und 214 des Tiegels 171 und ragt
aus beiden heraus, wie bei 215 und 216 jeweils gezeigt. Die Zündanordnung
ist mit drei Löchern
oder Durchlässen 218, 219 und 220 versehen,
welche dieselbe Größe haben
und die gleich weit voneinander entfernt angeordnet sind. In der
Ausführung
der 23 zeigt das weite
Ende der Löcher
nach unten oder zu der Ladung mit exothermem Material. Die Kapazitätsentladungseinheit
wird an einem herausragenden Ende der Zündanordnung angeschlossen und
erzeugt an drei Punkten eine im Wesentlichen gleichzeitige Zündung der
exothermen Ladung 170.
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Wenn man sich dann noch auf 24 bezieht, kann man sehen,
dass durch geplantes Positionieren von mehr als einem Loch am Zündkörper und durch
Herstellen von im Wesentlichen gleichen Merkmalen der Löcher einschließlich Form
und Größe ausreichend
. Energie aufgebracht werden kann, so dass sichergestellt wird,
dass jedes Loch oder jede Stelle als eine geformte Funkenplasmaladung
wirkt, indem diese im Wesentlichen gleichzeitig zünden. Immerhin
werden aber bei Vielfachzündung,
wie sie in den 23 und 24 dargestellt sind, höhere Energiemengen
erforderlich, da jede Stelle oder jedes Loch einen gleichen Energieanteil
benötigt.
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In 25 ist
eine Zündanordnung 225 dargestellt,
die drei verschiedene Stellen oder Löcher 226, 227 und 228 hat,
wobei die Löcher
nicht dieselbe Größe und dieselben
Merkmale haben. Eine Zündanordnung
wie in 25 kann aus Gründen der Zuverlässigkeit
eingesetzt werden. Denn wenn die Lochgröße und Lochformen sich unterscheiden, dann
entscheidet der elektrische Widerstand an jeder Stelle oder an jedem
Loch darüber,
welche Stelle die für
die Zündung
notwendige Energie an sich zieht. Wenn die Klemme am Ende 230 angeschlossen
wird, würde
normalerweise die engere Lochstelle zuerst zünden. Die anderen Formen oder
Stellen auf der Zündanordnung
werden intakt bleiben, ohne dass eine Energieentladung stattfindet.
Daher reagiert die Zündanordnung
normalerweise wie ein Zünder
mit einer Zündstelle.
Wenn aber die Entladung das exotherme Material nicht zur Zündung bringt,
indem etwa das Material durcheinander gebracht wird, wie oben angedeutet,
dann ist die entladene Stelle ausreichend zerstört und jeder Kontakt zwischen
den beiden Kupferfolien unterbrochen.
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Diese Stelle kann dann nicht ein
zweites Mal als Entladungsstelle dienen. Aber die übriggebliebenen
Stellen sind noch intakt und können
entladen werden. Ein Wiederaufladen des Kondensators und der Stromfluss
in die Zündanordnung
führt beim zweiten
Mal dazu, dass der Strom zu einer anderen Stelle auf derselben Zündanordnung
fließt.
Wiederum entscheidet der Widerstandswert an jeder Stelle darüber, welche
als nächste
entladen wird. Die Reihe kann fortgeführt werden, bis der Zünder zerstört ist oder
die exotherme Reaktion gestartet ist.
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In der 26 ist
eine andere Form einer Zündanordnung
dargestellt, wie bei 232 gezeigt. Sie umfasst zwei Löcher, die
bei 233 und 234 zu sehen sind. Die Löcher 233 und 234 können identische Merkmale
und Form haben. Aber die Folienschicht, auf welche der Betrachter
schaut, ist mit einem Spalt versehen, wie bei 235 gezeigt.
Die Klemme 46 der Kapazitätsentladungseinheit kann entweder
am Ende 237 oder 238 positioniert werden, um eine
Entladung an der Lochstelle zu erreichen. Wenn die Entladung an
einem Loch nicht ausreicht, um das exotherme Material zu zünden, wird
die Klemme einfach auf das andere Ende der Zündanordnung positioniert und
die Kondensatorentladung erneut gestartet.
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Man sieht jetzt, dass eine wirtschaftliche
Folienstreifenzündanordnung
für exothermes
Material mit einem weiten Anwendungsbereich für exothermes Schweißen, Gießen oder
andere Einsätze
zur Verfügung
gestellt wird. Der Zünder
kann Teil von wiederverwendbaren Tiegeln oder Formen oder von verbrauchbaren
Anordnungen, Behältern
und Formen sein, oder er kann in kleineren Feuerwerkskörpern eingesetzt
werden, um größere Ladungen
zu entzünden.
Die Zündanordnung
kann in die Ladung mit exothermem Material eingetaucht sein oder
nahe an der Oberfläche
der Ladung liegen. Der Zünder macht
den Einsatz von Startpulvern oder Startmaterialen und von Zündsteinzündern überflüssig.