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Vorrichtung zum Lochen von Brunnenrohren, Brunnenschachtwänden, Brunnenauskleidungen
o. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Vorrichtung zum Lochen, die insbesondere
zur Verwendung in begrenzten Räumen, wie Brunnenbohrungen, geeignet ist. Hauptsächlich
erstreckt sich die Erfindung auf die Verwendung von besonders gestalteten Sprengstoffladungen,
um Brunnenauskleidungen zu lochen.
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Die Erfindung beruht auf der Schneidwirkung einer besonderen Art eines
Sprengstoffgasstrahls. Dieser Gasstrahl gründet sich auf der besonderen Gestaltung
einer hochbrisanten Sprengstoffladung etwa derart, daß deren Ende eine konkave Fläche
enthält, die dem zu durchlochenden Gegenstand gegenüberliegt; ferner kann die konkave
Fläche durch eine träge Masse, beispielsweise aus Metall, Keramik oder Kunststoff,
bedeckt oder ausgekleidet sein. So gestaltete und ausgekleidete Sprengstoffladungen
sind geeignet, Lochungen in festen Gegenständen, einschließlich Stahl, Fels, Zement
o. dgl., hervorzurufen. Die entstehenden Lochungen besitzen eine beträchtliche Tiefe
und einen ebensolchen Durchmesser, was allerdings in einem abschätzbaren Bereich
durch Verändern des Kalibers der Sprengladung, ihrer Anordnung und Zusammensetzung,
der Gestalt der konkaven Fläche, des Materials und der Dicke der Auskleidung, und
des Abstandes zwischen dem vorderen Ende der Ladung und dem zu durchdringenden Körper,
geregelt werden kann.
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Diese Wirkung wird in der Vorrichtung gemäß Erfindung zur Durchführung
von Lochungs- und Schneidvorgängen in Bohrungen ausgenutzt.
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Die Erfindung kann zum Anbringen von Löchern oder Bohrungen im Gehäuse
oder in der Auskleidung eines Brunnens angewendet werden; derartige Auskleidungen
bestehen gewöhnlich aus einem oder mehreren Stahlrohrschüssen mit dazwischenliegenden
Zementschichten
und einer weiteren Zementschicht zwischen dem äußeren
Rohr und der Gesteinsformation. Solche Bohrungen oder Lochungen werden benötigt,
um Flüssigkeit in den Brunnen eintreten zu lassen, die durch irgendwelche Mittel
nach oben befördert wird. Bisher wurden derartige Lochungen durch Schußlochvorrichtungen
hergestellt, die die Durchschlagskraft eines Geschosses hoher Geschwindigkeit ausnutzen,
um die Lochungen in der Brunnenwandung und dem umliegenden Gestein zu erzeugen.
Da die Länge der Träger dieser Vorrichtungen, die erforderlich ist, um das Geschoß
zu beschleunigen, durch den Durchmesser der Brunnenbohrung beschränkt ist, ist die
Geschwindigkeit und daher die Durchschlagskraft derartiger Geschosse verhältnismäßig
gering. Die vorliegende Erfindung verwendet dagegen die Durchschlagskraft einer
besonders gestalteten und ausgekleideten Sprengstoffladung, um hierdurch die Lochungen
in Brunnenauskleidungen zu bewirken, wodurch die bisher erforderlichen Träger der
Schußlochungsvorrichtungen vermieden werden. Die Erfindung kann ganz allgemein zum
Lochen beliebiger Rohre verwendet werden, deren Inneres irgendwie zugänglich ist.
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Die Erfindung bringt damit eine verbesserte Vorrichtung zum Lochen
von Wänden und Auskleidungen einer Bohrung.
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Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, in einer neuartigen
Vorrichtung eine besonders gestaltete, hochexplosive Sprengstoffladung zu verwenden.
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Ferner sieht die Erfindung vor, gleichzeitig mehrere Lochungen unter
Verwendung einer einzigen Sprengladung anzubringen; die Ladung schlägt hierbei gleichzeitig
mehrere Lochungen; oder es werden verschiedene Ladungen verwendet, die jede für
sich gleichzeitig eine oder mehrere Lochungen schlägt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung einer
neuartigen Vorrichtung, durch die eine solche Durchschlagskraft erzielt wird, daß
die nach Durchschlagen der Stahlwand noch verbleibende Energie ausreicht, um eine
weitere Lochung in der Zementschicht und den benachbarten Fels zu schlagen.
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Ferner wird gemäß Erfindung die Durchschlagskraft eines Sprengstoffgasstrahls
zum Lochen von Brunnenauskleidungen verwendet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ferner so ausgebildet, daß bei
der Anbringung von Lochungen in der Brunnenauskleidung und der anschließenden Zementschicht
und dem Fels keinerlei scharfe oder rauhe Kanten an der Innenseite im Bereich der
Lochungen entstehen.
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Die neuartige Vorrichtung wirkt ferner derart, daß in der entstehenden
Lochung keinesfalls ein undurchlässiger Pfropfen verbleibt, der anderenfalls eine
Abdichtung der Öffnung gegen Eindringen von Flüssigkeiten bilden und dadurch das
Ziel der Lochung vereiteln würde.
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Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen,
auf denen lediglich Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert.
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Fig. i zeigt die Form und Anordnung einer Sprengladung, wie sie gemäß
Erfindung zur Erzeugung einer Lochung verwendet wird; Fig. 2 und 3 zeigen die ausgekleidete
havität (Hohlraum) der Sprengladung, die außerdem noch, um das Eindringen fremder
Stoffe zu verhindern, abgedeckt ist; Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Form der Abdeckung
der Kavität; Fig. 6 und 7 veranschaulichen eine andere Gestalt der Sprengstoffladung;
Fig. 8 stellt die Verbindung einer Anzahl von Sprengstoffladungen an einem Zünder
dar, um gleichzeitig mehrere Lochungen durchführen zu können; Fig. g und io zeigen
eine Sprengstoffladung, die gleichzeitig zwei Lochungen, welche um i8o ° versetzt
sind, ermöglicht; Fig. ii und 12 zeigen eine Sprengstoffladung, mit der gleichzeitig
drei Lochungen, um 120 ' versetzt, durchgeführt werden können; Fig. 13 und
14 zeigen eine andere Form einer Sprengstoffladung, mit der gleichzeitig zwölf Lochungen,
jeweils um 30° versetzt, durchgeführt werden können; Fig. 15 stellt einen Schnitt
durch eine Lochungsvorrichtung dar, die sich in einer Brunnenauskleidung befindet
und die mehrere besonders gestaltete Sprengstoffladungen enthält; Fig. 16 zeigt
eine zerstörbare Lochungsvorrichtung im Innern einer Brunnenauskleidung mit mehreren
besonders gestalteten Sprengstoffladungen.
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In der Vorrichtung gemäß Erfindung wirkt die Sprengstoffladung nicht
in Form eines Geschosses, sondern sie wird lediglich in einem bestimmten Abstand
von der zu durchschlagenden Fläche angeordnet.
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Die Wirkung gemäß Erfindung erfolgt dagegen so, daß mittels einer
besonders gestalteten und ausgekleideten Kavität an dem Ende der Ladung, das der
zu durchschlagenden Fläche gegenüberliegt, bei der Zündung eine Lochung entsteht.
Hierbei wird der zu durchschlagende Körper nicht zerstört. Fast die ganze Durchschlagskraft
der Sprengladung beruht auf der Wirkung der Kavität einschließlich der Auskleidung,
die in dem Ende der Explosivladung angebracht ist. Es wird angenommen, daß ein Sprengstoffgasstrahl
hoher Geschwindigkeit im Bereich der Kavität gebildet wird, der den Durchschlags-
oder Schneideffekt ausübt. Die Natur des Gasstrahls kann gesteuert und dessen Wirkungsgrad
durch Anordnung von trägem, nichtexplosivem Material im Innern der Kavität, z. B.
in Form einer Auskleidung, vergrößLr t werden.
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Fig. i stellt einenLängsschnitt durch eine hochbrisante Ladung i und
durch ein zu lochendes '.Medium 2 dar. Ein wesentliches ,Merkmal der besonders gestalteten
Sprengstoffladung, wie sie für den oben gekennzeichneten Zweck verwendet wird, ist
das Vorhandensein einer Kavität 3 in dem Ende der Ladung, das dem zu lochenden Material
gegenüberliegt. Ein anderes, wesentliches Merkmal ist das Vorhandensein einer festen
Auskleidung 4 auf der Innenseite der Kavität. Die Auskleidung kann aus Metall, aus
keramischem Material oder aus Kunststoff bestehen; in jedem Fall soll ein nichtexplosives
Material verwendet werden. Wenn eine derartige Ladung an einem Punkt auf der Ladungsachse,
beispielsweise bei 5, gezündet wird, entsteht eine Lochung in dem zu durchschlagenden
Material, und zwar in der Verlängerung der Achse der
Kavität 3.
Die Dimensionen der Lochung sind eine Funktion der Gestalt und der Abmessungen der
Kavität 3, der Art, der Menge und der Anordnung des Sprengstoffs in der Ladung i,
der Natur der Umfassung der Ladung, des Materials, der Abmessungen und der physikalischen
Eigenschaften der Auskleidung 4, des Abstands zwischen der Basis der Kavität 3 und
der Außenfläche des zu durchschlagenden Materials 2 und der Natur des zu durchschlagenden
Materials.
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Durch geeignete Auswahl der hier aufgezählten Größen können Lochungen
großer Länge in dem zu durchschlagenden Material angebracht werden.
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Die Auskleidung 4 hat die Wirkung, daß die Durchschlagskraft der mit
einer Kavität versehenen Ladung wesentlich gesteigert wird, sogar wesentlich größer,
als dies mit einer Ladung mit gerader Stirnfläche erreicht wird. Beispielsweise
wurde durch Versuche festgestellt, daß eine Hochexplosivladung von 4,i3 cm Durchmesser
und io,i6 cm Länge mit einer nicht ausgekleideten Kavität, deren Winkel 45' beträgt,
eine halbkugelförmige Lochung von 4,i3 cm Durchmesser und ungefähr i,9i cm Tiefe
erzielt wird. Unter gleichen Bedingungen, lediglich mit dem Unterschied, daß die
Kavität mit einem Stahlkonus ausgekleidet wurde, konnte eine Lochung in dem zu durchschlagenden
Material von mehr als 7,62 cm Tiefe und einem Eintrittsdurchmesser von 1,43 cm erreicht
werden.
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Noch größere Unterschiede können durch geeignete Veränderung anderer
wichtiger Faktoren der Kavitätsauskleidung erreicht werden, wie z. B. eine Veränderung
des Konuswinkels des Auskleidungsmaterials, des Auskleidungsgewichts und des Abstands
von dem zu durchschlagenden Material.
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Es ist zwar richtig, daß eine Ladung mit einer unausgekleideten Kavität
eine Lochung ergibt, die fast das gleiche Volumen hat, wie eine solche durch die
eine Ladung mit ausgekleideter Kavität erzielt wird, jedoch ist im letzten Fall
die Eindringtiefe wesentlich größer. Der Grund hierfür ist in dem feinen Gasstrahl
zu sehen, der durch den Sprengstoff in Zusammenwirkung mit dem Konusmaterial gebildet
wird und der eine sehr hohe Durchschlagskraft besitzt. Das Material der Kavitätsauskleidung
kann metallisch sein und z. B. aus Stahl, Aluminium, Messing, Blei, Kupfer oder
aber auch aus einem keramischen Material, wie Glas, oder aus einer Kunststoffverbindung
bestehen. Die Kavität 3 braucht nicht notwendig konisch zu sein, sondern kann auch
pyramidenförmig, halbkugelförmig, parabolisch oder eine ähnliche Form aufweisen.
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Ein Material von merklicher Dichte im Innern der Kavität vermindert
die Durchschlagskraft der Ladung wesentlich, da die Bildung eines Gasstrahls verhindert
wird. Wenn sich irgendein verhältnismäßig dichtes Material in einem bestimmten Abstand
von der Basis der Kavität befindet, ist dies gleichbedeutend mit dem zu durchdringenden
Material im Wege des sich bildenden Gasstrahls. In jedem Fall wird hierdurch die
Durchschlagskraft, die nach Durchdringen dieses dazwischengeschalteten Materials
noch verbleibt, wesentlich geringer als ohne dieses. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig,
Stoffe von merklicher Dichte, z. B. Wasser, aus dem Bereich der Kavität fernzuhalten,
da, wie gezeigt werden konnte, die Durchschlagskraft der Ladung hierdurch vermindert
wird. Deshalb ist es beim Arbeiten mit der Vorrichtung in Flüssigkeiten zweckmäßig,
die Basis der Kavität mit der geeigneten Abdeckung zu versehen, um das Eintreten
von Flüssigkeit in das Innere der Kavität zu verhindern. Ferner beeinflußt auch
die Natur des Materials, das die Ladung umgibt, ebenfalls die Leistung der Ladungen.
Eine ungefaßte Ladung wird beispielsweise in einem mit Flüssigkeit gefüllten Brunnenschacht
durch diese Flüssigkeit wirksam gefaßt. Es ist aber deshalb zweckmäßig, wenn ungefaßte
Ladungsanordnungen in einem mit Flüssigkeit gefüllten Brunnenschacht verwendet werden
sollen, diese in einen geeigneten Behälter zu nehmen, der verhindert, daß die Flüssigkeit
die Ladung unmittelbar umgibt.
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Als Hochexplosivstoff kann man Pentolit, Tetryl, Trinitrotoluol
(TNT) verwenden, die durch Zusatz eines geeignet ausgewählten Hilfssprengstoffs
verstärkt werden können" z. B. kann Tetryl als ein Hilfszündmittel für Pentolit
verwendet werden, da das erstere mehr stoßempfindlicher ist als das letztere. Die
Wahl eines Hochexplosivsprengstoffs muß sich nach den Bedingungen richten, unter
denen er gewöhnlich angewendet wird.
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Fig.2 zeigt eine Seitenansicht einer Sprengstoffladung ähnlich der
in Fig. i dargestellten, mit dem Unterschied, daß eine Abdeckung der Kavität vorgesehen
ist, um das Eindringen von fremden Stoffen, z. B. Wasser, zu verhindern. Die Abdeckung
7 kann aus dem gleichen Material wie die Auskleidung 4 und aus einem Stück mit dieser
bestehen; ferner ist als Material für die Abdeckung auch ein beliebiges Material
geeigneter Festigkeit verwendbar.
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Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht der Sprengladung gemäß Fig. 2, die
einen Kreisquerschnitt besitzt. Es ist aber auch möglich, andere Querschnittsformen,
z. B. quadratische, sechseckige o. dgl., zu verwenden. Die Zündung der Ladung i,
die in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, kann an dem Punkt 5 an einem Ende der Ladung
im Bereich der Ladungsachse erfolgen.
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Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Sprengladung, die eine halbkugelartige
Abdeckung 8 einer konischen Auskleidung der Kavität besitzt, während Fig. 5 eine
Draufsicht auf diese Abdeckung darstellt. Solche halbkugel- oder kuppelförmigen
Abdeckungen sind besser geeignet, etwaigen Flüssigkeitsdrücken zu widerstehen und
werden aus diesem Grunde in allen Fällen angewendet, in denen das Arbeiten in dem
Flüssigkeit gefüllten Brunnen stattfindet. Die Ladung gemäß Fig. 4 und 5 wird ebenfalls
an einem Punkt 9 der Achse an einem Ende gezündet.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen Seiten- und Vorderansicht einer anderen äußeren
Gestaltung einer Hochexplosivladung ii. Diese Form ist etwas günstiger als die bisher
erwähnten, da hiermit eine gleiche Lochung mit einer geringeren Menge Explosivstoff
durchgeführt werden kann. Die Zündung dieser Ladung erfolgt ebenfalls an einem Punkt
der Achse am hinteren Ende, der mit io bezeichnet ist. .
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Das zu durchschlagende Material in Brunnenschächten besteht gewöhnlich
aus einem bis drei Stahlrohrschüssen mit dazwischenliegenden und zwischen dem äußeren
Ring und der benachbarten Gesteinsformation
liegenden Zementschichten.
-In der Regel vergrößert sich die Tiefe der Lochung mit der Abnahme der Dichte des
zu durchdringenden Materials, während der Lochungsdurchmesser sich mit der Abnahme
der Dehnungsfähigkeit des Materials vergrößert.
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Bei der Lochung von Brunnenauskleidungen ist es oft erwünscht, gleichzeitig
eine Reihe von Lochungen durchzuführen. Fig. 8 zeigt eine Anordnung, die für diesen
Zweck geeignet ist und wobei mehrere, besonders gestaltete Sprengstoffladungen gleichzeitig
gezündet werden können. An einem Hauptstrang eines Sprengstoffzünders 23, z. B.
aus Folie oder Schnur, ist eine Anzahl von Nebensträngen 24 angeordnet, die zu den
Sprengladungen 25 führen. Die ganze Anordnung wird durch eine besondere Vorrichtung
gehalten und kann in einen Brunnen herabgelassen werden. Der Hauptstrang 23 kann
durch einen Zünder 26 ausgelöst werden, der mit einer geeigneten Anordnung verbunden
ist. Zum Beispiel kann dieser als elektrischer Zünder ausgebildet und mit den elektrischen
Zuführungsleitungen 27 mit der Oberfläche verbunden sein. Bei Anwendung einer bestimmten
Spannung wird der Zünder ausgelöst und zündet seinerseits die Zündeinrichtung. Die
Zündung des Hauptstrangs verursacht hierauf diejenige der Nebenstränge, und diese
danach die Zündung der Ladungen 25. D1. die Zündgeschwindigkeit der bekannten Sprengstoffzünder
sehr hoch ist, die Zündgeschwindigkeit von Folienzündern beträgt beispielsweise
6200 m/sec, ist die Verzögerung innerhalb der gesamten beschriebenen Zündanordnung
so klein, daß sie vernachlässigt werden kann und die Zündungen als gleichzeitig
stattfindend angesehen werden können. Auf diese Weise kann eine Anzahl von Lochungen
gleichzeitig in einer Brunnenauskleidung und in der Gesteinsformation durchgeführt
werden.
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Eine andere Art, gleichzeitig mehrere Lochungen durch Verwendung einer
besonders gestalteten Sprengstoffladung durchzuführen, ist in den Fig. 9 und io
veranschaulicht. In diesem Fall hat die Explosivladung 28 zwei entgegengesetzt gerichtete
Kavitäten 29 und 30. Diese können mit den Auskleidungen 31 und 32 und mit Abdeckungen
33 und 34 versehen sein. Die Zündung der Ladung erfolgt in der Mitte im Bereich
der Ladungsachse in einem Punkt 35 und bewirkt die Bildung zweier Gasstrahlen, die
um 18o' versetzt sind. Eine solche Ladung wird in Querrichtung angeordnet und ihre
Länge so bemessen, daß noch ein genügender Abstand zwischen den beiden Enden der
Ladung'einerseits und der Brunnenauskleidung andererseits vorhanden ist. Die Abdeckungen
33 und 34 können mit Verlängerungen oder Erweiterungen so ausgerüstet sein, daß
in dem Brunnen befindliche Flüssigkeit nicht zwischen die Ladungsenden und die Brunnenwand
eindringen kann.
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Die Fig. ii und 12 zeigen eine andere Ausführungsform einer Sprengladung,
mit der gleichzeitig drei Lochungen, die um jeweils 12o° versetzt sind, durchgeführt
werden können. In diesem Fall enthält die Ladung 3 Kavitäten 36 auf um i20 ° versetzten
Achsen, wobei jede Kavität mit einer Auskleidung 37 und einer Abdeckung 38 versehen
ist. Die Zündung erfolgt in dem Mittelpunkt 39. Unter Beibehaltung der symmetrischen
Anordnungen, wie sie in den Fig. ii und 12 gezeigt ist, kann die Ladungsform noch
so erweitert werden, daß man eine beliebig große Anzahl von Lochungen gleichzeitig
durchführen kann.
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So kann man z. B. mit der Ladung gemäß Fig. 13
und 14 gleichzeitig
zwölf Lochungen durchführen. In diesem Fall besteht die Form der Ladung aus einer
zusammenhängenden Scheibe 40, die auf ihrer Außenfläcbe Kavitäten 41 mit den Auskleidungen
42 und den Abdeckungen 43 besitzt. Die Zündung erfolgt in !i diesem Fall ebenfalls
in dem Mittelpunkt 44.
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Eine andere Anordnung, um gleichzeitig mehrere Lochungen durchzuführen,
kann aus einer zylindrischen Säule aus Hochexplosivstoff bestehen, deren Außenfläche
mit einer Anzahl von ausgekleideten Kavitäten versehen ist, die in beliebigen Abständen
und in beliebiger Weise verteilt sind. Eine praktisch gleichzeitige Lochung findet
hierbei dann statt, wenn die Zündung durch einen sich in der Zylinderachse erstreckenden
Zünder erfolgt.
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In Fig. 15 ist ein Längsschnitt durch eine Anordnung dargestellt,
in der die obenerwähnten, besonders gestalteten Ladungen zum Lochen von Brunnenauskleidungen
verwendet werden. Diese Anordnung ist so ausgebildet, daß der Hauptkörper, nachdem
die Sprengungen durchgeführt sind, wieder benutzt werden kann. In Fig. 15 bedeutet
ioi einen Stahlzylinder, der eine Anzahl Öffnungen 102 enthält, in denen ein Ring
103 mittels Schweißen oder mittels einer anderen Verbindungsart so befestigt ist,
daß er eine Abdichtung gegen äußere hydrostatische Drücke bildet. Jeder Ring
103 enthält eine Nut 104, in der sich ein Sprengring io5 befindet, der den
Flansch einer Metallkappe io7 gegen eine Dichtung io8 preßt, wodurch eine drucksichere
Abdichtung gebildet und das Eindringen von Brunnenflüssigkeit in das Innere des
Zylinders ioi verhindert wird. Der Ring 103
enthält ferner ein Gewinde io9,
das mit dem Gewinde des Körpers iio zusammenwirkt. Der Körper iio enthält an einem
Ende einen konischen Teil, eine Auskleidung iii einer im Innern des Körpers iio
befindlichen Ladung, der an diesem mittels Löten, mit Hilfe eines Gewindes, durch
Reibung o. dgl. befestigt ist. Der Körper iio besitzt an dem andren Ende eine Kappe
112, die durch ein Gewinde daran befestigt ist. Durch eine Bohrung 113 in der Kappe
112 ist ein Zünder 114 hindurchgeführt. Das Ende des Zünders 114 ist in das Ende
der etwa konisch ausgebildeten Hochexplosivladung 115 eingebettet, die durch die
Auskleidung iii den Körper iio und die Kappe 112 oder durch ein Dichtungsmaterial
116, wie Kitt, das den Raum im Bereich der Kappe 112 ausfüllt, begrenzt. Der Zünder
114 ist mit dem Hauptstrang 117 einer Zündeinrichtung verbunden, der sich von der
an der untersten Stelle des Zylinders angeordneten Ladung, auf der Zeichnung nicht
dargestellt, bis in dessen obersten Bereich und in die Bohrung 118 in der Büchse
iig erstreckt. Eine Feder 120 zwischen einem Flansch 121 der Büchse iig und einer
Stützscheibe 122 dient dazu, das konische Ende 123 der Büchse Zig in das konische
Lager 124 der Zündkammer 125 zu pressen. Ein Flansch 126 begrenzt die Aufwärtsbewegung
der Büchse ii9. Ein Stift 127 ist zur Halterung des Endes des Zündhauptstranges
1i7
angebracht. Die Stützscheibe 122 ist zur Führung und Halterung
der Büchse iig angeordnet und mittels Bolzen 128 an einer etwa ringförmigen Halterung
129 oder durch sonstige Mittel in dem Zylinder ioi befestigt. Die Zündkammer 125
enthält einen elektrisch betätigten Zünder 130, der am Ende des Zündstranges 117
durch eine Flanschbüchse 131 gehalten ist. Eine Zuführungsleitung des Zünders ist
mit der Wand der Zündkammer und eine andere mit einem Uhrwerk 132 und einem Schalter
133 verbunden. Eine Anschlußklemme einer Batterie 134 ist mit dem Uhrwerk 132 und
die andere mit der Zündkammer 125 verbunden. Die Zündkammer 125 ist mit einem Außengewinde
135 versehen, mit dem sie in dem Abschlußstück 136 an der Oberseite des Zylinders
ioi sitzt, das gegenüber dem Zylinder flüssigkeitsdicht durch die Dichtung 137 abgeschlossen
ist. Das Abschlußstück 136 enthält einen druckempfindlichen Schalter 138, der elektrisch
mit einem Metallring 139 verbunden ist. Der Ring 139 ist durch Isoliermaterial 140
gegenüber dem Endstück 136 elektrisch isoliert und steht durch eine Bürste oder
einen Schleifkontakt 141 mit dem Schalter 133 in leitender Verbindung. Ein Seil
142 ist an dem Endstück 136 derart befestigt, daß Flüssigkeit an dieser Stelle
nicht in das Innere der Vorrichtung eindringen kann. Durch das Seil 142 kann die
gesamte Anordnung innerhalb einer Brunnenbohrung auf und ab bewegt werden. Ein anderes
Abschlußstück 143 ist in das untere Ende des Zylinders ioi eingeschraubt und bildet
durch Verwendung des Dichtungsringes 144 einen flüssigkeitsdichten Abschluß des
Zylinders ioi.
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Die Ladungen 115 werden durch Gießen, Pressen oder auf andere Weise
hergestellt und in den Körper iio gefüllt; z. B. besteht die Sprengladung aus einer
Pentolitmischung 5o:5o, die geschmolzen wird und in den Körper iio durch eine dafür
vorgesehene Öffnung gegossen wird, worauf sich das Ganze abkühlen kann. Hierauf
wird das Ende eines Zünders 114 beispielsweise aus einer Folie in den Sprengstoff
eingebettet, wie in der Zeichnung zu erkennen ist, und zwar derart, daß eine Auslösung
des Zünders auf die Ladung 115 übertragen wird. An dem Ende des Zünders ist beispielsweise
ein Knoten angebracht, der sich am Ende der geschmolzenen Pentolitmasse befindet
und hier gehalten wird, bis sich das Material verfestigt hat, er dient zur Übertragung
der Zündwirkung von der Folie auf die Sprengladung. In den Fällen, wo eine höhere
Temperatur in dem Brunneninneren herrscht, wodurch eventuell die Sprengstoffladung
115 zum Schmelzen gebracht wird, ist eine Dichtungspackung 116, z. B. aus Kitt,
vorgesehen, um zu verhindern, daß der Sprengstoff durch die Öffnung 113 durchtreten
kann; andererseits kann man auch einen Sprengstoff mit höherem Schmelzpunkt verwenden,
oder die Innentemperatur der gesamten Anordnung kann durch geeignete Kühlmittel
unter dem Schmelzpunkt des Sprengstoffes gehalten werden.
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Die beschriebene Anordnung zum Lochen wird in folgender Weise zusammengesetzt:
Eine mit Explosivstoff gefüllte Ladungseinheit wird in den untersten Ring 103 unter
Verwendung von Schlitzen oder Lappen an dem Ende des Körpers iio, das den größten
Durchmesser besitzt, vermittels eines geeigneten Werkzeuges eingeschraubt. Dann
wird die Dichtung io8 und die Metallabdeckung 107 eingesetzt und durch einen
Sprengring io5 in der Nut 104 gesichert, so daß die Abdeckung 107 gegen die
Dichtung io8 gedrückt wird. Der aus der Ladung hervorstehende Zündstreifen 114 wird
an dem Hauptstrang 117 des Zünders durch einen Klemmring 148 o. dgl. befestigt,
der an Ort und Stelle durch ein geeignetes Werkzeug entsprechend zusammengefaltet
oder -gepreßt wird. Hierauf werden die übrigen Ladungseinheiten in der gleichen
Weise eingesetzt und die Verbindung der einzelnen Zündstreifen mit dem Hauptstrang
hergestellt. Das obere Ende des Hauptstranges des Zündstreifens wird durch die Bohrung
118 der Büchse ii9 und der Stützscheibe 122 geführt. Das überstehende Ende des Zündstreifens
wird dann durch die Bohrung 118 hindurchgezogen und der Stift 127 eingesteckt,
um diese zu haltern, während das aus der Büchse iig nach oben herausragende Ende
abgeschnitten wird.
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Das Uhrwerk 132 wird eingestellt, um den Zünder 13o nach einer
gewählten Zeitspanne mit dem Stromkreis zu verbinden. Die Zündkammer 125 wird dann
in das Endstück 136 eingebaut, während das letztere mit dem Zylinder ioi verbunden
wird, wodurch vermittels der Büchse iig die Feder 120 zusammengedrückt wird und
somit der Hauptstrang 117 mit dem Zünder 130 in leitender Berührung gehalten werden.
Das Endstück 143 wird hierauf in dass untere Ende des Zylinders ioi eingeschraubt.
Wenn alle Teile der Lochungsvorrichtung zusammengesetzt sind, wird diese bis in
die gewünschte Tiefe des Brunnens durch das Seil 142 abgelassen. In einem vorbestimmten
Zeitpunkt verbindet das Uhrwerk 132 den elektrisch betätigten Zünder 130 mit der
Batterie 134. Die Auslösung des Zünders ruft eine Zündwelle in dem Hauptstrang 117
der Zündeinrichtung hervor, die auf jeden Nebenstrang 114 und auf jede Ladung 115
übertragen wird. Die Zündung der einzelnen Ladungen 115, die mit einer besonders
gestalteten Auskleidung iii versehen sind und die keinerlei Material höherer Dichte
im Bereich der konkaven Aussparung enthalten, ruft eine Lochung des Gehäuses oder
der Wand 145 und innerhalb der diese umgebenden Gesteinsformation hervor. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Zündungswelle innerhalb des Hauptstranges 117 ist so schnell, daß die Ladungen
praktisch gleichzeitig gezündet werden.
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Die Gefahr einer unbeabsichtigten Zündung-wird durch verschiedene
Sicherheitsvorrichtungen verhindert. Um eine vorzeitige Zündung zu verhindern, wird
der Zünder durch den Kontakt 146 des Schalters 133 während der Zeit, in der die
Zündkammer nicht an dem Endstück 136 befestigt ist, geerdet. Hierdurch wird beim
Einstellen des Uhrwerkes oder in irgendeinem anderen Zeitpunkt, wenn die gesamte
Spannung der Batterie 134 zufällig mit dem ungeerdeten Ende des Zünders verbunden
wird, der Strom immer durch den Kontakt 146 des Schalters 133 nach Masse laufen.
Wenn die Zündkammer 125 in das Endstück 136 geschraubt wird, wird ein anderer Massestromkreis
durch den Schleifkontakt 141, den Ring 139 und den
druckempfindlichen
Schalter 138 gebildet. Durch das Herunterdrücken des Kontaktarmes 147, der den Schleifkontakt
141 an dem Ring 139 hält, wird der Kontakt 146 unterbrochen. Der Massestroinkreis
durch den druckempfindlichen Schalter 138 bleibt geschlossen, bis die Lochungsvorrichtung
in eine bestimmte Tiefe des Brunnens herabgelassen ist, in welcher der Schalter
138 durch Erreichen eines genügend hohen hydrostatischen Druckes geöffnet wird.
Das Uhrwerk wird nun mit der Batterie 134 und dem ungeerdeten Ende des Zünders 13o
kurzzeitig in einem vorher zu bestimmenden Zeitpunkt verbunden. Wenn aus irgendeinem
Grunde der Zünder nicht ausgelöst wird, kann die Vorrichtung sicher wieder herausgezogen
werden, da das Uhrwerk in diesem Falle die Verbindung der Zünderleitung mit der
Batterie unterbricht und Verbindung mit der Masse hat. Darüber hinaus wird der druckempfindliche
Schalter nach Fallen des hydrostatischen Druckes in den Brunnen wieder geschlossen
und der Kontakt 146 wieder geschlossen, da die Zündkammer angenommen wird.
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Das Innere der Lochungsvorrichtung gemäß Fig. 15 ist flüssigkeitsdicht
abgeschlossen, um gewissermaßen einen Raum zur Ausdehnung der Gase, die bei der
Zündung entstehen, zu bilden und so eine Zerstörung des Gehäuses bzw. der Brunnenwand
und der umliegenden Gesteinsschichten zu verhindern; außerdem werden hierdurch keine
druckdichten Zündkammern und Ladungsbehälter benötigt.
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An Stelle der Vorrichtung gemäß Fig. 15 kann der Träger für eine Mehrzahl
von Ladungen auch aus einem zerstörbaren Zylinder aus trägem oder festem Material,
wie Holz, Kunststoff u. dgl., bestehen, in dem Aussparungen zur Aufnahme der besonders
gestalteten Ladungseinheiten beliebiger Anzahl und beliebigen Abstandes und Verteilung
angebracht sind. Fig. 16 zeigt einen Querschnitt durch einen solchen zerstörbaren
Körper, der besonders gestaltete Ladungen enthält, um Auskleidungen von Brunnenbohrungen
zu lochen. Die Anordnung ist so getroffen, daß alles, außer dem Tragkabel, in der
Brunnenbohrung im Augenblick der Zündung zerstört wird, so daß anschließend hieran
nur das Kabel herausgezogen wird.
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Der Hauptkörper 2ö1 der Lochungsvorrichtung besteht aus einem trägen
Material, wie Holz, Kunststoff oder Zement in Form eines Zylinders, der so ausgebildet
ist, daß er in einer Brunnenauskleidung 2o2 auf und ab bewegt werden kann.
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An einem Ende des Körpers ist eine zentrische Aussparung 2o3 angebracht
zur Aufnahme einer Zündkammer 204, die Vorrichtungen enthält, um ein sicheres Hantieren
zu gewährleisten und die Vorrichtung in einer beliebigen Tiefe in Innern der Brunnenbohrung
zur Wirkung zu bringen. Von dem Boden der zylindrischen Aussparung 203 geht
eine Axialbahrung 205 durch die gesamte Länge des Körpers 201 und hat eine
solche Abmessung, daß ein Zündstreifen 2o6; beispielsweise aus Folie, eingesetzt
werden kann. Andere Aussparungen 207 sind in Durchmesserrichtung in dem Körper
toi angebracht, um. die Sprengladungen 2o8 aufzunehmen. Diese Aussparungen
207
haben in waagerechter und senkrechter Richtung beliebige Abstände. Sie
können z. B. auch schraubenförmig um den zylindrischen Körp3r herum angeordnet werden,
oder ein oder mehrere Aussparungen können in horizontalen Ebenen liegen. Ferner
kann eine Aussparung über der anderen angebracht sein, wobei eine oder mehrere sich
in einer horizontalen Ebene befinden, die unter sich einen beliebigen senkrechten
Abstand voneinander haben. Jede einzelne Aussparung besteht aus einer engeren zylindrischen
Bohrung 225, die bis zur einen Seite des Körpers durchgeht und aus einer konischen
Aussparung 207,
die auch zylindrisch oder von ähnlicher Gestalt sein kann
(Fig. 16).
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Jede Aussparung 207 und 225 ist am äußeren Ende versenkt, wodurch
Schultern 209 und 210 gebildet werden. Die Schulter 2o9 dient als Sitz für den Flansch
211 der konischen Ladungsauskleidung 212. Eine geeignete Dichtung 213 ist so an
dem Flansch 211 angeordnet, daß, wenn die Abdeckscheibe 214 durch geeignete Mittel
angepreßt wird, ein druckdichter Abschluß entsteht, so daß Brunnenflüssigkeiten
nicht in das Innere der Aussparung 207 eintreten können. Am anderen Ende der Aussparung
207 sitzt eine weitere Dichtung 215 mit einem Dichtungsring 216, der gegen
die Schulter 210 gepreßt wird und ebenfalls verhindert, daß von dieser Seite aus
Flüssigkeit hindurchtreten kann. Ferner ist eine Abdichtung 217 und ein Dichtungsring
218 am unteren Ende der Mittelbohrung 205 vorgesehen, um einen Eintritt von
Brunnenflüssigkeit zu verhindern. Ein Gewicht 219 z. B. aus Blei kann an der Unterseite
des Körpers 201 befestigt werden, für den Fall, daß ein zusätzliches Gewicht zum
Absenken des Köpers in Brunnenflüssigkeit erforderlich wird.
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Die gesamte Anordnung ist im Innern der Brunnenbohrung durch ein ein
elektrisches Kabel enthaltendes oder ein solches bildendes Seil aufgehängt. Das
Seil 220 ist in dem Körper 201 durch eine Klemmbüchse 221 befestigt, die gleichzeitig
einen druckdichten Abschluß zwischen dem Seil und dem Körper 201 unter Verwendung
eines Dichtungsringes 222 bildet. Hierdurch wird auch das obere Ende des Körpers
gegen Flüssigkeitseintritt abgedichtet. Das Seil 220 steht in elektrischer
Verbindung mit der Zündkammer 204. Diese kann Sicherheitseinrichtungen in Form eines
Zeitschalters, eines druckempfindlichen Sicherheitsschalters o. dgl., wie sie für
diese Zwecke üblich sind, enthalten. In der Zeichnung wurden diese Geräte der Einfachheit
halber nicht mit aufgenommen, und das Seil 220 ist lediglich unmittelbar mit dem
Zünder 226 verbunden.
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Die praktische Handhabung, um die Lochungsvorrichtung für den Gebrauch
vorzubereiten und diese in eine Brunnenbohrung abzusenken, verläuft folgendermaßen:
Zunächst wird der Zünder 2o6 in die Mittelbohrung 2o5 des Körpers 201, der mit mehreren
Aussparungen versehen ist, eingesetzt. Um den Zünder im Innern der Bohrung zu halten,
kann eine Schlinge 223 im oberen Bereich des Zünders angebracht werden. Hierauf
wird die Abdichtung 217 und der Dichtungsring 218 an dem unteren Ende des Körpers
im Bereich der Axialbohrung 205 befestigt. Nunmehr werden die konischen Auskleidungen
212 in
die Aussparungen 207 derart -eingesetzt, daß die Flansche
211 auf den Schultern 2o9 aufliegen. Nunmehr wird die Dichtung 213 und die Abdeckung
eingesetzt und auf geeignete Weise befestigt. Die Ladung 2o8 kann hierauf in die
Aussparungen 207 durch den engen Teil der Aussparung und hinter die konischen Auskleidungen
212 eingebracht werden. Die Art der Einbringung der Ladung entweder durch Gießen,
Pressen oder auf sonstige Weise richtet sich nach dem Typ des verwendeten Sprengstoffes
und nach der Verteilung der Aussparungen. Es ist jedoch erforderlich, daß die Ladung
vollständig mit den konischen Auskleidungen in Berührung kommt und Porosität der
Ladung auf ein Minimum herabgedrückt wird. Ferner muß ein guter Kontakt zwischen
dem Sprengstoff und dem Zünder 2o6 an der Stelle, an der der letztere die Aussparung
durchdringt, vorhanden sein. Der erforderliche Sprengstoff innerhalb einer Aussparung
2o5 braucht lediglich diese so weit zu füllen, daß sie etwas über den Zünder hinausreicht,
wobei der verbleibende leere Raum mit Luft oder mit einer trägen Masse, wie hochschmelzendem
Wachs oder Pulver, gefüllt sein kann. Hierauf werden die Abdichtung 215 und
der Dichtungsring 216 am Ende der Aussparung 207 eingesetzt, und die Ladung
ist abgeschlossen. Das obere Ende des Zünders 2o6 wird hierauf in die entsprechend
vorbereitete Zündkammer eingeführt, die hierauf in die Aussparung des Körpers 201
eingesetzt wird. Dcr überflüssige Teil des Zündermaterials wird in Form einer Schlinge
unterhalb der Zündkammer gebogen. Hierauf wird die Haltevorrichtung angebracht,
und die Einheit ist fertig, um in den Brunnen herabgelassen zu werden.
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Nachdem die Lochungsvorrichtung in die vorgesehene Tiefe des Brunnens
herabgelassen wurde und die entsprechenden Sicherheitseinrichtungen in der Zündkammer
so eingestellt sind, daß die Zündung bei Einschalten eines elektrischen Impulses
in Tätigkeit gesetzt wird, kann das Bedienungspersonal von der Erdoberfläche aus
durch das Seil 22o die Auslösung des Zünders 2o6, dessen oberes Ende sich in der
Zündkammer befindet und damit die Zündung einleiten. Die Zündungswelle läuft an
dem Zünder entlang und wird auf die Ladungen 208 übertragen, die eine nach
der anderen in schneller Reihenfolge hintereinander gezündet werden. Hierdurch wird
jeweils gegenüber einer Ladung in der Brunnenauskleidung, in der Zementschicht und
in der umliegenden Gesteinsformation eine Lochung durchgeführt. Der Hauptkörper
201 der Lochungsvorrichtung wird hierbei zerstört, und das Gewicht 219 fällt auf
den Boden der Brunnenbohrung, wo es keinen Schaden anrichten kann, da es aus Blei
oder anderem verhältnismäßig weichen Material besteht; es bietet auch keine großen
Schwierigkeiten, das nach unten gefallene Gewicht mit Hilfe irgendwelcher geeigneten
Werkzeuge anschließend auf dem Boden der Brunnenbohrung zu zerteilen oder zu zerdrücken.
Es bleibt demnach lediglich das Tragseil übrig, das aus der Bohrung herausgezogen
wird und anschließend wieder für eine andere Lochungsvorrichtung verwendet werden
kann Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten und hier beschriebenen
Ausführungsformen, insbesondere der Fig. 15 und 16, beschränkt, sondern es können
beispielsweise auch Änderungen in der Anzahl der Ladungen in einer oder mehreren
Horizontalebenen, etwa gemäß den Fig. 9 bis 14, vorgenommen werden, um gleichzeitig
mehrere Lochungen auf einmal durchführen zu können.
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Die Art der Lochungen, die durch die Ladungen 115 gemäß Fig. 15 geschlagen
werden, hängen von der Gestalt und den Abmessungen der Auskleidung iii und von dem
Abstand zwischen der Basis der Auskleidung und dem zu durchschlagenden Material,
das aus der Abdeckkappe io7, dem Brunnengehäuse 145 und der dazwischen befindlichen
Flüssigkeit, gegebenenfalls auch dem hinter dem Brunnengehäuse befindlichen Zement
gebildet wird, ab.
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Die Eindringtiefe in das zu durchschlagende Material vergrößert sich
in dem Maße, wie sich dieser Abstand vergrößert, und zwar höchstens bis zu einem
Abstand, der sehr groß ist im Vergleich zu dem Durchmesser der Ladung. Ferner erhält
man bei Verwendung einer Stahlbrunnenauskleidung und einer Stahlauskleidung der
Ladung einen Krater am Eingang der Lochung in dem zu durchschlagenden Material,
der etwas über die Oberfläche heraussteht und eine scharfe Kante bildet. Die Beseitigung
solcher nachteiliger Kanten ist erforderlich, ist aber mit einem teuren Verfahren
verbunden. Es wurde aber gefunden, daß bei Verwendung von Stahlauskleidungen der
Ladung der Abstand so verringert werden muß, daß er nicht größer ist als der Durchmesser
der Ladung; hierdurch wird die Bildung von scharfen Kanten verhindert, und die Lochung,
obwohl sie in ihrer Tiefe etwas geringer wird, ist ausreichend, um eine genügend
große Öffnung in der Brunnenauskleidung und in der umliegenden Gesteinsformation
zu bilden.
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Manche Arten von Ladungsauskleidungen verursachen sogenannte Pfropfen,
das sind feste Metallstücke, die sich während der Explosion der Ladungen bilden
und die in die zu schlagende Lochung eindringen. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung
eines Stahlkonus mit einer Dicke von i bis 3°/o des Durchmessers der Ladung der
sich bildende Pfropfen klein genug ist, um in die Bohrung einzudringen und am Ende
der Lochung im Innern der umliegenden Gesteinsschichten zur Ruhe kommt, wo er kaum
den Durchtritt der Flüssigkeit durch die Lochung in das Innere des Brunnengehäuses
verhindern kann.
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Darüber hinaus wurde gefunden, daß man bei Verwendung eines spitzen
Winkels der Stahlauskleidung im Bereich von etwa 3o bis 8o' die besten Resultate
erzielt und dann, wenn die Länge der Ladung, gemessen von der Basis der Auskleidung,
in einem Bereich von etwa il/, bis 3 Durchmesser (Ladungsdurchmesser) beträgt. Der
Durchmesser der konischen Kavität beträgt am zweckmäßigsten etwa das Ein- oder Zweifache
der Dicke der zu durchschlagenden Stahlauskleidung.
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Es können auch Ladungsauskleidungen aus Aluminium verwendet werden,
in welchem Fall der spitze Winkel und der Durchmesser ungefähr der gleiche ist wie
bei der Stahlausführung. Die Dicke einer Aluminiumauskleidung liegt dagegen zweckmäßig
in einem Bereich von 2 bis 6°/o des Durchmessers der konischen
Auskleidung,
und der Abstand ist etwa gleich Null oder entspricht höchstens dem zweifachen Ladungsdurchmesser.
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Die hier erwähnten Ausführungsformen der Auskleidung, das Material,
die Dimensionen und der Abstand sind nicht nur zur Verwendung bei Ladungen gemäß
Fig. 15, sondern auch bei solchen gemäß Fig. 16 und bei allen Anordnungen, wo derartige
Ladungen benötigt werden, verwendbar.