EP0179201B1 - Sicherheitsschaltung für ein elektrisches Zündmittel - Google Patents

Description

• Die Erfindung befaßt sich mit einer Sicherheitsschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
• Elektrische Zündmittel, wie Spalt- oder Brückenzündmittel, sind um so empfindlicher gegenüber unbeabsichtigte Zündungen, z.B. durch Streuströme oder Hochfrequenz-Einstreuungen, desto kleiner der für die Auslösung erforderliche Zündstrom ist. Um diese Zündmittel gegen ungewollte Zündung sicherer zu machen, sind verschiedene Maßnahmen bekannt. So werden z.B. gemäß US - A - 4 061 088, US - A - 3 295 447, US - A - 4 380 958, GB - A - 2 083 174 und DE - A - 2 259 378 spannungsresistente Kondensatoren oder nicht-lineare Widerstände der Art von Zener-Dioden mit bleibend von der Spannung abhängigem Widerstandswert oder lineare Widerstände oder Kurzschlußsteckverbindungen parallel zu den Zündmitteln angeordnet. Aufgrund der durch den parallel geschalteten Widerstand bedingten Stromverzweigung wird zwar eine Verkleinerung des über das Zündmittel fließenden Stromes und damit wiederum eine gewisse Erhöhung der Sicherheit erreicht, die aber noch immer nicht zufriedenstellt. Kurzschlußsteckverbindungen müssen vor der gewollten Auslösung der Zündmittel von Hand herausgezogen werden, so daß für einen mehr oder weniger langen Zeitraum keine Schutzwirkung besteht.
• Diese Möglichkeit einer ungewollten Zündung ist insbesondere dann kritisch, wenn bei Funktionstests des Zündmittels mit nachgeordneter detonationsfähiger Ladung oder auch beim Einsatz solcher Zündmittel in der Praxis unerwartete Störungen auftreten. Bei Funktionstests, die stichprobenartig durchgeführt werden, werden die Zündmittel mit nachgeordneter Ladung extremen Beanspruchungen ausgesetzt, die bis an die Grenze der Belastbarkeit gehen. Dabei handelt es sich insbesondere um Vibrationsbeanspruchungen, Falltests, Temperaturwechselbeanspruchungen und Feuchtigkeitstests. Durch solche extremen Belastungen bei Funktionstests oder auch beim praktischen Einsatz kann es zu Kontaktschwierigkeiten in der mechanischen Anordnung des Zündmitteis mit nachgeordneter Ladung kommen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit von elektrischen Zündmitteln mit nachgeordneten detonationsfähigen Ladungen, wie Detonator, Übertragungsladung und eigentliche Sprengladung, noch weiter zu erhöhen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sicherheitsschaltung gelöst, die entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 ausgebildet ist. Damit ist es in vorteilhafter Weise möglich, bei Zündmitteln der genannten Art, deren gewollte Auslösung aufgrund von Unterbrechungen im elektrischen System nicht gelungen ist, die Handhabungssicherheit wieder herzustellen, indem parallel zum Zündmittel eine definierte, von der anliegenden Spannung unabhängige Kurzschlußverbindung hergestellt wird. Solche Unterbrechungen sind deshalb kritisch, da sie instabil sein können, so daß nach deren Wiederverschwinden dann eine ungewollte Auslösung durch z.B. Streuströme möglich wäre. Die tatsächliche Existenz der Kurzschlußverbindung kann durch Ausmessen des Zündkreises kontrolliert werden.
• Für die Erzeugung dieser Kurzschlußverbindung können z.B. Halbleiterwiderstände verwendet werden, die mit einem Strom entsprechender Spannung so zerstört werden können, daß sich ein Kurzschluß bildet. Besonders vorteilhaft ist jedoch gemäß Anspruch 2 die Verwendung von gesinterten Tantalkondensatoren, bei denen gezielte elektrische Durchschläge immer einen Kurzschluß zur Folge haben. Die Energie für die Erzeugung dieser Kurzschlußverbindung ist dabei aber nicht so groß, daß das gesamte Bauteil zerstört wird.
• Um der Möglichkeit Rechnung zu tragen, daß es durch die vorgenannten Belastungen auch zu instabilen Kurzschlüssen z.B. in der Kontaktierung, in den Zuführungen oder im Zündmittel selbst kommen kann, kann gemäß Anspruch 3 in einer Zuleitung eine zusätzliche Sicherung angeordnet werden, die mittels eines Stromes durchgebrannt werden kann, der größer ist als der maximale Zündstrom für 100 %ige Zündung. Auch hier kann wieder vor der Handhabung des Zündmittels durch Ausmessen des Zündkreises überprüft werden, ob die Sicherung tatsächlich durchgebrannt und damit die Zuleitung unterbrochen worden ist.
• Für besonders hohe Sicherheitsanforderungen können auch beide vorgenannten Maßnahmen in der Weise miteinander kombiniert werden, daß - von der Zuführungsseite der Zündenergie her gesehen - das die Kurzschlußverbindung erzeugende Bauteil vor der zusätzlichen Sicherung angeordnet ist. Mut dieser Schaltung ist es dann möglich, zunächst die Sicherung durchzubrennen und dann einen definierten Kurzschluß zu erzeugen.
• Um schließlich noch der Möglichkeit Rechnung zu tragen, daß auch bei ordnungsgemäßen Zustand des Zündkreises eine Auslösung durch Streuströme oder Hochfrequenz-Einstreuungen möglich ist, kann noch gemäß Anspruch 4 ein weiteres Sicherungselement vorgesehen werden. Bei diesem Sicherungselement handelt es sich um eine Kurzschlußbrücke, die vorzugsweise als ein zwischen den beiden Zuleitungen eingelöteter Draht ausgebildet ist, der aufgrund eines nachgeordneten sperrenden Halbleiterelementes, vorzugsweise einer Sperrdiode, mittels eines Stromes entsprechender Größe und Polarität gezielt zerstörbar ist, ohne daß das Zündmittel ausgelöst wird. Anstelle der Drahtbrücke kann aber z.B. auch eine dünne Leiterbahn, die verbrennt, oder ein niederohmiger Widerstand, der unterbrochen wird, vorgesehen werden.
• Dieses Kurzschlußelement stellt eine zusätzliche Vorentsicherung dar, die erst unmittelbar vor dem gewollten Auslösen mittels eines entsprechenden elektrischen Stromes aufgehoben wird. Zuvor ist es möglich, die Zündleitungen über dieses Kurzschlußelement separat bezüglich der Einhaltung der geforderten Widerstandsdaten auszumessen. Nach Beseitigen dieser Vorentsicherung kann dann der gesamte Zündkreis nochmals ausgemessen werden, um seinen einwandfreien Zustand oder eine evtl. Unterbrechung bzw. einen Kurzschluß feststellen zu können.
• Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung ist bevorzugt direkt in die Zündmittelanordnung integriert, sie kann aber auch nahe bei ihr angeordnet sein.
• Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel gezeigt und wird anhand dieses nachstehend noch näher erläutert.
• Das Zündmittel 1 mit nicht gezeigter nachgeordneter detonationsfähiger Ladung ist über die Zuleitungen 2 und 3 mit einer nicht gezeigten elektrischen Stromquelle verbindbar. Die Zuleitungen sind bei 2' und 3' unterbrochen dargestellt, um anzudeuten, daß die nachstehend näher erläuterte Sicherheitsschaltung auch im Abstand vom Zündmittel 1 angeordnet sein kann. Zwischen den beiden Zuleitungen 2 und 3 ist das einen gezielten Kurzschluß ermöglichende Bauteil 4, vorzugsweise ein gesinterter Tantalkondensator, angeordnet. In der Zuleitung 2 ist weiterhin die Sicherung 5 angeordnet, welche im Kurzschlußfall eine gezielte Unterbrechung der Zuleitung 2 ermöglicht. Parallel zum Zündmittel 1 ist schließlich noch die Kurzschlußbrücke 7 mit einer hier symbolisch angedeuteten niederohmigen Sicherung 7' vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich bei der Brücke 7 um eine zwischen den beiden Zuleitungen 2 und 3 direkt eingelötete Drahtbrücke. Von der Zuführungsseite der Zündenergie her gesehen ist hinter der Kurzschlußbrücke 7 in der Zuleitung 2 schließlich noch die Sperrdiode 8 angeordnet, die hier so ausgebildet ist, daß sie gegen einen negativen Strom sperrt.
• In bekannter Weise kann dann noch parallel zum Zündmittel 1 der Widerstand 9 zwecks Erreichung einer Stromverzweigung vorgesehen sein. Zum weiteren Schutz gegenüber starken Streuströmen oder Hochfrequenz-Einstreuungen kann in an sich bekannter Weise in der Zuleitung 2 auch noch das Bauteil 10 vorgesehen sein, bei dem es sich um einen Widerstand oder eine Drosselspule handeln kann. Solche starken Störspannungen können z.B. bei der Sprengung in der Nähe von Transformatorenstationen, Radaranlagen, Hochspannungsleitungen oder blitzgefährdeten Gebieten auftreten, wo eine extrem hohe Streustromsicherheit gefordert wird. Die Kurzschlußbrücke 7 macht dabei aus einem empfindlichen Zündmittel ein hochunempfindliches.
• Die Funktionsweise der Sicherheitsschaltung ist wie folgt: Durch eine an die Zuleitung 2 angelegte negative Spannung wird, ggf. nach vorherigem Ausmessen der Zündleitungen, die Kurzschlußbrücke 7 gezielt zerstört, wobei die Sperrdiode 8 eine Beeinflussung des Zündmittels 1 verhindert. Nach Beseitigen der Kurzschlußbrücke 7 kann dann ggf. der gesamte Zündkreis ausgemessen werden. Sollte sich hierbei ergeben, daß der Widerstand unendlich oder doch wesentlich zu groß ist, so kann mittels eines Stromes entsprechender Größe über das Bauteil 4 gezielt ein Kurzschluß parallel zum Zündmittel 1 hergestellt werden. Sollte dagegen die Ausmessung des Zündkreises einen Kurzschluß oder einen kurzschlußähnlichen Zustand ergeben haben, so kann durch Unterbrechen der Sicherung 5 mittels einer an die Zuleitung 2 angelegten positiven Spannung die Zuleitung 2 gezielt unterbrochen werden, so daß auch hier wiederum die Handhabungssicherheit gewährleistet ist. Ggf. kann auch zur noch weiter erhöhten Sicherheit mittels einer positiven Spannung an der Zuleitung 2 auch noch über das Bauteil 4 ein zusätzlicher definierter Kurzschluß erzeugt werden.
• Die gewollte Auslösung des Zündmittels 1 mit nachgeordneter detonationsfähiger Ladung erfolgt, wenn keine Fehlzustände des Zündkreises festgestellt wurden, durch Anlegen einer positiven Spannung entsprechender Größe an die Zuleitung 2.

Claims (4)

1. Sicherheitsschaltung für ein elektrisches Zündmittel (1) mit nachgeordneter detonationsfähiger Ladung und zwei elektrischen Zuleitungen (2,3), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Zündmittel (1) zwischen den beiden Zuleitungen (2, 3) ein elektrisches Bauteil (4) geschaltet ist, das in seinem Ausgangszustand zumindest im wesentlichen elektrisch nicht leitend ist, jedoch durch einen Strom mit einer Spannung oberhalb der für die Auslösung des Zündmittels (1) vorgesehenen maximalen Zündspannung in einen Endzustand überführbar ist, in dem es einen Kurzschluß parallel zum Zündmittel (1) bildet.
2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (4) ein gesinterter Tantalkondensator ist.
3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zuleitung (2) eine Sicherung (5) angeordnet ist, die durch einen Strom mit einer Stromstärke größer als der für die Auslösung des Zündmittels (1) vorgesehenen maximalen Stromstärke zerstörbar ist.
4. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zuleitung (2) ein den Stromfluß in einer Richtung sperrendes Halbleiterelement (8) und - von der Zuführungsseite der Zündenergie her gesehen - vor dem Halbleiterelement (8) eine beide Zuleitungen (2, 3) verbindende Kurzschlußbrücke (7) angeordnet ist, die von einem Strom, gegenüber dem das Halbleiterelement (8) sperrt, ohne Auslösung des Zündmittels (1) zerstörbar ist.

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