EP0250737A1 - Sprengzeitzünder - Google Patents

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EP0250737A1
EP0250737A1 EP87105426A EP87105426A EP0250737A1 EP 0250737 A1 EP0250737 A1 EP 0250737A1 EP 87105426 A EP87105426 A EP 87105426A EP 87105426 A EP87105426 A EP 87105426A EP 0250737 A1 EP0250737 A1 EP 0250737A1
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EP
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hose
delay device
check valve
detonator
delay
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Hans Dr. Florin
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Dynamit Nobel AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C15/00—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges
    • F42C15/34—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges wherein the safety or arming action is effected by a blocking-member in the pyrotechnic or explosive train between primer and main charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/16—Pyrotechnic delay initiators

Definitions

  • the invention relates to a detonator according to the preamble of patent claim 1.
  • Detonators are used to detonate various charges in a specific order when blasting rocks or mining. Each detonator contains a delay device that delays the ignition of the charge by a precisely defined delay time. Electrical detonators are initiated by electrically igniting a squib. An electrical detonator detonator forms a "closed system" in which all pyrotechnic components are surrounded by a metallic sleeve.
  • non-electrical detonators which are connected to an ignition transmission hose. Threads made of a reactive material run in the tube. Will these threads be on one Ignited hose end, then a self-sustaining pilot flame is created in the hose, combined with a shock wave, whereby flame-sensitive substances can be ignited at the other end of the hose.
  • the hose transmits the ignition flame to the detonator and first causes a pyrotechnic delay set to burn, which determines the individual delay time of the detonator. Since the hose extends into the sleeve of the detonator, the detonator forms an "open system".
  • Such an open system has the disadvantage that the pressure building up in the sleeve can discharge indefinitely through the hose, so that the desired defined delay time cannot be achieved. Detonators according to the open system therefore have a wide range of delays.
  • the invention has for its object to provide a non-electrical detonator according to the preamble of claim 1, which causes a defined ignition delay with a small spread and is equivalent to the electrical detonator.
  • a check valve is arranged between the inside of the hose and the delay device, which only opens when the pressure in the hose is greater than the pressure in the sleeve. If the pilot flame has entered the sleeve, so that the ignition has continued into the sleeve, then an overpressure arises due to gas formation in the sleeve, which causes the check valve to close. From this point on, the detonator works with a "closed system", ie there is a defined pressure build-up and a defined propagation of the ignition through the delay device, without pressure being able to escape into the hose.
  • the advantage of the non-electrical detonator according to the invention lies in the fact that very small spreads in the delay times are achieved.
  • the uniformity achieved with this, with which the detonator detonators of each time step ignite, is of crucial importance for a good detonation result.
  • the delay set burns in a closed room, whereby no pressure and gas relief can take place via the hollow open hose. As a result, a defined delay time is strictly observed.
  • the invention is based on the idea that the part of the detonator igniter containing the delay device is closed off by the check valve with respect to the cavity of the hose as soon as the pilot flame has been transmitted.
  • the check valve opens only in the short time of the ignition phase (a few milliseconds) and then closes again, so that the delay device burns off under the defined and constant conditions of a closed volume.
  • the detonator shown in FIGS. 1 and 2 has a cylindrical sleeve 10 closed at the lower end, into the other end of which the hose 11 leads.
  • the hose 11 is an ignition transmission hose (e.g. "signal tube” manufactured by ATLAS Powder Company).
  • the end part of the hose 10 is surrounded in the interior of the sleeve 10 by a plug 12 which is attached to the sleeve by crimping and causes a seal between the hose and the sleeve.
  • the lower part of the sleeve 10 contains the underload 13 (secondary explosive).
  • the delay device 14 is located above the undercharge.
  • This has a tube 15 which contains in its upper part the delay set 16 which determines the delay time and in its lower part an initial charge 7 (initial explosive) for igniting the underload 13.
  • the sealing plug 12 which is made of elastomer material, encloses the end of the hose 11 in the interior of the sleeve 10.
  • the front end of the sealing plug 12 forms a check valve 18 in the form of the slotted valve shown in detail in FIG.
  • the end wall of the sealing plug 12 is hemispherical, that is to say it is curved toward the inside of the sleeve.
  • the channel 19 for receiving the hose 11 ends according to FIG. 2a on the front bottom wall 20.
  • a slot 21 extends axially from the bottom wall 20 through the front wall of the sealing plug 12.
  • FIG. 2b shows an end view of the sealing plug with the slot 21 closed.
  • the slot 21 Due to the elasticity of the sealing plug, the slot 21 is closed held as long as there is no excess pressure inside the sealing plug or the hose 11. In the event of overpressure in the sealing plug 12, the slot edges are spread apart as shown in FIG. 2c, so that the slot 21 opens.
  • the detonator according to Figures 1 and 2 has the following function:
  • the reaction which continues in the hose 11 causes an increase in gas pressure, by means of which the check valve 18 is opened, so that the pilot flame from the hose 11 hits the ignition surface of the delay set 16 through the opened slot 21 and the empty space 22. This ignites the ignition charge 16. After a predetermined delay time, the length of which is determined by the delay device 14, the undercharging 13 is detonated.
  • the tube 11 Since the tube 11 is open to the outside through its cavity, the pressure increase caused by the reaction in the tube is short-lived.
  • the overpressure in the hose drops back to normal pressure after about 5 ms, so that the slot 21 closes again after this time.
  • a gas overpressure remains in the intermediate space 22. Due to the hemispherical shape of the front end of the sealing plug 12 and the excess pressure in the intermediate space 22, the check valve 18 closes, so that the delay set 16 burns in a closed space.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the sealing plug 12 which forms the check valve 18
  • the end wall of the sealing plug here consists of a frustoconical region 23 adjoining the side wall and an adjoining cylindrical region 24.
  • the slot 21 runs through the regions 23 and 24. Again, slot 21 is normally kept closed due to the elasticity of the plug material; the slot 21 opens according to FIG. 3c only if there is excess pressure inside the sealing plug 12.
  • FIG. 4 corresponds to that of FIGS. 1 and 2, with the exception of the fact that a pyrotechnic reactive substance 25 is arranged in a loose filling in the space 22 between the front end of the sealing plug 12 and the delay device 14.
  • This substance 25 has the task of transferring the ignition from the open slot of the check valve 18 to the delay set 16.
  • a mixture which generates a lot of heat but little gas is preferably considered as the pyrotechnic substance, so that the heat produced melts the surface of the check valve 18 and the valve slot is sealed even better by fusing.
  • the check valve 18 has an essentially rigid valve body 26 which projects with a tubular region 27 into the end of the hose 12 and is supported with its end wall 28 on the end of the hose 11 which is open at the end.
  • the plug 12 ends flush with the hose 11 inside the sleeve 10.
  • radial outflow openings 29 are provided in the vicinity of the end wall 28.
  • the holes 29 are located in the interior of the hose 11, through which they are closed.
  • the valve body 26 moves axially into the intermediate space 22, the rear end still being guided within the hose 11, while the end wall 28 abuts against the transfer charge 30 resting on the delay device 14 (FIG. 6).
  • the transfer charge 30 is ignited with the check valve open through the openings 29 from the inside of the hose 11.
  • the transfer charge 30 is designed such that on the one hand it ignites the delay set 16 and on the other hand suddenly generates so much gas that the check valve 18 is thereby closed again by pushing back the valve body 26 into the hose 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen nicht elektrischen Sprengzeitzünder, bei dem aus einem Anzündübertragungsschlauch (11) eine Zündflamme auf eine Verzögerungseinrichtung (14) geleitet wird, die nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit die Unterladung (13) zur Detonation bringt. Zur Erzielung reproduzierbarer Verzögerungszeiten der Verzögerungseinrichtung (14) ist zwischen dem Anzündübertragungsschlauch (11) und der Verzögerungseinrichtung (14) ein Rückschlagventil (18) angeordnet, das durch den Überdruck im Schlauch (11) kurzzeitig öffnet und die Zündflamme durchläßt. Während des Abbrennens der Verzögerungseinrichtung (14) ist das Rückschlagventil wieder geschlossen, so daß die Verzögerungseinrichtung in einem geschlosssenen System abbrennt. Dadurch werden undefinierte Druck- und Gasverluste vermieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sprengzeitzünder nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Sprengzeitzünder dienen dazu, bei der Sprengung von Felsen oder im Bergbau verschiedene Ladungen in bestimm­ter Reihenfolge zur Explosion zu bringen. Jeder Spreng­zeitzünder enthält eine Verzögerungsvorrichtung, die das Anzünden der Ladung um eine genau definierte Ver­zögerungszeit verzögert. Elektrische Sprengzeitzünder werden durch das elektrische Anzünden einer Zündpille initiiert. Ein elektrischer Sprengzeitzünder bildet ein "geschlossenes System", bei dem alle pyrotechnischen Komponenten von einer metallischen Hülse abdichtend umgeben sind.
  • Bekannt sind ferner nicht- elektrische Sprengzeitzün­der, die mit einem Anzündübertragungsschlauch verbunden sind. In dem Schlauch verlaufen Fäden aus einem reak­tionsfähigen Material. Werden diese Fäden an einem Schlauchende gezündet, dann entsteht in dem Schlauch eine sich selbst aufrechterhaltende Zündflamme, ver­bunden mit einer Schockwelle, wodurch am anderen Schlauchende flammempfindliche Stoffe angezündet werden können. Der Schlauch überträgt die Anzündflamme zu dem Sprengzeitzünder und bewirkt zunächst den Abbrand eines pyrotechnischen Verzögerungssatzes, der die indivi­duelle Verzögerungszeit des Sprengzeitzünders bestimmt. Da der Schlauch in die Hülse des Sprengzeitzünders hin­einragt, bildet der Sprengzeitzünder ein "offenes System". Ein solches offenes System hat den Nachteil, daß der sich in der Hülse aufbauende Druck sich teil­weise undefiniert durch den Schlauch hindurch entladen kann, so daß die angestrebte definierte Verzögerungs­zeit nicht erzielbar ist. Sprengzeitzünder nach dem offenen System haben daher erhebliche Streubreiten der Verzögerungszeiten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nicht elektrischen Sprengzeitzünder nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der eine definierte Zünd­verzögerung mit geringer Streubreite bewirkt und inso­weit den elektrischen Sprengzeitzündern gleichwertig ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentan­spruchs 1.
  • Nach der Erfindung ist zwischen dem Inneren des Schlauchs und der Verzögerungseinrichtung ein Rück­schlagventil angeordnet, das nur öffnet, wenn der Druck im Schlauch größer ist als der Druck in der Hülse. Wenn die Zündflamme in die Hülse eingedrungen ist, so daß die Zündung sich bis in die Hülse hinein fortgesetzt hat, dann entsteht durch Gasbildung in der Hülse ein Überdruck, wodurch das Ruckschlagventil schließt. Von diesem Zeitpunkt ab arbeitet der Sprengzeitzünder mit "geschlossenem System", d.h. es ergibt sich ein defi­nierter Druckaufbau und eine definierte Fortpflanzung der Zündung durch die Verzögerungseinrichtung hindurch, ohne daß Druck in den Schlauch hinein entweichen kann. Der Vorteil des erfindungsgemäßen nicht-elektrischen Sprengzeitzünders liegt in der Erzielung sehr kleiner Streubreiten der Verzögerungszeiten. Die dadurch er­zielte Gleichmäßigkeit, mit der die Sprengzeitzünder einer jeden Zeitstufe zünden, ist von entscheidender Bedeutung für ein gutes Sprengergebnis. Der Verzöge­rungssatz brennt in einem geschlossenen Raum ab, wobei keine Druck- und Gasentlastung über den hohlen offenen Schlauch erfolgen kann. Dadurch wird eine definierte Verzögerungszeit genau eingehalten. Mit der Erfindung ist es möglich, bei nicht-elektrischen Sprengzeitzün­dern ähnlich kleine Verzögerungsstreubreiten zu erhal­ten, wie sie sonst nur bei elektrischen Sprengzeit­zündern mit geschlossenem System möglich sind. Der Er­findung liegt der Gedanke zugrunde, daß der die Verzöge­rungseinrichtung enthaltende Teil des Sprengzeitzünders durch das Rückschlagventil gegenüber dem Hohlraum des Schlauchs abgeschlossen wird, sobald die Zündflamme übertragen wurde. Das Rückschlagventil öffnet nur in der kurzen Zeit der Anzündungsphase (wenige Millise­kunden) und schließt dann wieder, so daß die Verzöge­rungseinrichtung unter den definierten und gleich­bleibenden Bedingungen eines abgeschlossenes Volumens abbrennt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeich­nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher er­läutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Aus­führungsform des Sprengzeitzünders,
    • Fig. 2 einen Längsschnitt des Rückschlagventils des Sprengzeitzünders von Figur 1 sowie eine Stirnansicht in geschlossenem und eine weitere Stirnansicht in geöffnetem Zustand des Ventils,
    • Fig. 3 in ähnlicher Darstellung wie Figur 2 eine andere Ausführungsform des Rückschlag­ventils,
    • Fig. 4 einen Sprengzeitzünder mit einer zusätz­lichen pyrotechnischen Substanz zum Zu­schweißen des Rückschlagventils nach dessem Wiederverschließen,
    • Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel des Spreng­zeitzünders mit einem Rückschlagventil, das einen verschiebbaren Ventilkörper aufweist, bei geschlossenem Ventil und
    • Fig. 6 den Sprengzeitzünder nach Figur 5 bei ge­öffnetem Ventil.
  • Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Sprengzeit­zünder weist eine am unteren Ende geschlossene zylin­drische Hülse 10 auf, in deren anderes Ende der Schlauch 11 hineinführt. Der Schlauch 11 ist ein An­zündübertragungsschlauch (z.B. "Signal-Tube", herge­stellt von ATLAS Powder Company). Der Endteil des Schlauchs 10 ist im Inneren der Hülse 10 von einem Ver­schlußstopfen 12 umgeben der durch Krimpen an der Hülse befestigt und eine Abdichtung zwischen Schlauch und Hülse bewirkt.
  • Der untere Teil der Hülse 10 enthält die Unterladung 13 (Sekundärsprengstoff). Über der Unterladung befindet sich die Verzögerungseinrichtung 14. Diese weist ein Rohr 15 auf, das in seinem oberen Teil den die Verzöge­rungszeit bestimmenden Verzögerungssatz 16 und in seinem unteren Teil eine Initialladung 7 (Initial­sprengstoff) zum Zünden der Unterladung 13 enthält.
  • Der aus Elastomermaterial bestehende Verschlußstopfen 12 umschließt im Inneren der Hülse 10 das Ende des Schlauchs 11. Das stirnseitige Ende des Verschluß­stopfens 12 bildet ein Rückschlagventil 18 in Form des detailliert in Figur 2 dargestellten Schlitzventils. Die Stirnwand des Verschlußstopfens 12 ist halbkugel­förmig ausgebildet, d.h. zum Hülseninneren hin gewölbt. Der Kanal 19 zur Aufnahme des Schlauchs 11 endet gemäß Figur 2a an der stirnseitigen Bodenwand 20. Von der Bodenwand 20 erstreckt sich ein Schlitz 21 axial durch die Stirnwand des Verschlußstopfens 12 hindurch. Figur 2b zeigt eine Stirnansicht des Verschlußstopfens bei geschlossenem Schlitz 21. Infolge der Elastizität des Verschlußstopfens wird der Schlitz 21 geschlossen gehalten, solange kein Überdruck im Inneren des Ver­schlußstopfens bzw. des Schlauchs 11 auftritt. Bei einem Überdruck im Verschlußstopfen 12 werden die Schlitzränder gemäß Figur 2c auseinandergespreizt, so daß der Schlitz 21 sich öffnet.
  • Der Sprengzeitzünder nach den Figuren 1 und 2 hat fol­gende Funktionsweise:
  • Die sich im Schlauch 11 fortsetzende Reaktion bewirkt einen Gasdruckanstieg, durch den das Rückschlagventil 18 geöffnet wird, so daß die Zündflamme aus dem Schlauch 11 durch den geöffneten Schlitz 21 und den leeren Zwischenraum 22 hindurch auf die Anzündfläche des Verzögerungssatzes 16 trifft. Dadurch wird der An­zündsatz 16 angezündet. Nach einer vorbestimmten Ver­zögerungszeit, deren Länge durch die Verzögerungsein­richtung 14 bestimmt ist, wird die Unterladung 13 zur Detonation gebracht.
  • Da der Schlauch 11 durch seinen Hohlraum nach außen hin offen ist, ist der durch die Reaktion im Schlauch be­wirkte Druckanstieg nur von kurzer Dauer. Der Überdruck im Schlauch fällt nach etwa 5 ms wieder auf Normaldruck ab, so daß der Schlitz 21 sich nach dieser Zeit wieder schließt. Im Zwischenraum 22 verbleibt ein Gasüber­druck. Durch die Halbkugelform des stirnseitigen Endes des Verschlußstopfens 12 und durch den Überdruck im Zwischenraum 22 schließt das Rückschlagventil 18, so daß der Verzögerungssatz 16 in einem geschlossenen Raum abbrennt.
  • Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform des das Rück­schlagventil 18 bildenden Verschlußstopfens 12. Die Stirnwand des Verschlußstopfens besteht hierbei aus einem sich an die Seitenwand anschließenden kegel­stumpfförmigen Bereich 23 und einem sich daran an­schließenden zylindrischen Bereich 24. Der Schlitz 21 verläuft durch die Bereiche 23 und 24 hindurch. Auch hierbei wird der Schlitz 21 infolge der Elastizität des Stopfenmaterials normalerweise geschlossen gehalten; nur wenn im Inneren des Verschlußstopfens 12 ein Über­druck auftritt, öffnet der Schlitz 21 gemäß Figur 3c.
  • Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 entspricht dem­jenigen der Figuren 1 und 2, mit Ausnahme der Tatsache, daß in dem Zwischenraum 22 zwischen dem stirnseitigen Ende des Verschlußstopfens 12 und der Verzögerungsein­richtung 14 eine pyrotechnische reaktionsfähige Substanz 25 in lockerer Füllung angeordnet ist. Diese Substanz 25 hat die Aufgabe, die Anzündung vom geöff­netem Schlitz des Rückschlagventils 18 auf den Ver­zögerungssatz 16 zu übertragen. Als pyrotechnische Substanz kommt vorzugsweise ein Gemisch in Betracht, welches viel Wärme, jedoch wenig Gas erzeugt, so daß die produzierte Wärme die Oberfläche des Rückschlag­ventils 18 zum Schmelzen bringt und der Ventilschlitz durch Verschmelzung noch besser abgedichtet wird.
  • Auch das Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 ent­spricht weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß die nachfolgende Beschreibung sich auf die Unter­schiede beschränken kann. Das Rückschlagventil 18 weist gemäß Figuren 5 und 6 einen im wesentlichen starren Ventilkörper 26 auf, der mit einem rohrförmigen Bereich 27 in das Ende des Schlauchs 12 hineinragt und sich mit seiner Stirnwand 28 am stirnseitig offenen Ende des Schlauchs 11 abstützt. Der Verschlußstopfen 12 endet bündig mit dem Schlauch 11 im Inneren der Hülse 10. Im rohrförmigen Teil 27 sind in der Nähe der Stirnwand 28 radiale Ausströmöffnungen 29 vorgesehen.
  • Im abgedichteten Zustand befinden sich die Löcher 29 im Inneren des Schlauchs 11, durch den sie verschlossen werden. Zum Öffnen des Rückschlagventils 18 bewegt sich der Ventilkörper 26 axial in den Zwischenraum 22 hinein, wobei das rückwärtige Ende noch innerhalb des Schlauchs 11 geführt ist, während die Stirnwand 28 gegen die an der Verzögerungseinrichtung 14 anliegende Übertragungs­ladung 30 stößt (Figur 6). Die Übertragungsladung 30 wird bei geöffnetem Rückschlagventil durch die Öffnun­gen 29 hindurch vom Inneren des Schlauchs 11 her ange­zündet. Die Übertragungsladung 30 ist so ausgebildet, daß sie einerseits den Verzögerungssatz 16 anzündet und andererseits plötzlich so viel Gas erzeugt, daß hier­durch das Rückschlagventil 18 durch Zurückstoßen des Ventilkörpers 26 in den Schlauch 11 wieder geschlossen wird.
  • Ferner ist es möglich, eine (nicht dargestellte) elastische Einrichtung vorzusehen, die den Ventilkörper 26 auf seinen Schließzustand hin vorspannt.

Claims (6)

1. Sprengzeitzünder mit einer Hülse (10), die hinter­einander eine Unterladung (13) und eine Verzöge­rungseinrichtung (14) enthält und in deren eines Ende durch einen Verschlußstopfen (12) ein Anzünd­übertragungsschlauch (11) hineinführt, wobei eine aus dem Anzündübertragungsschlauch (11) austre­tende Zündflamme auf die Verzögerungseinrichtung (14) übertragen wird, die ihrerseits nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit die Unterladung (13) zur Detonation bringt,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Inneren des Schlauchs (11) und der Verzögerungseinrichtung (14) ein nur in Rich­tung von dem Schlauch (11) zur Verzögerungsein­richtung (14) durchlässiges Rückschlagventil (18) angeordnet ist.
2. Sprengzeitzünder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Rückschlagventil (18) aus einem dem Verschlußstopfen (12) einstückig angeformten elastischen Schlitzventil besteht, welches das offene Schlauchende im Inneren der Hülse (10) übergreift.
3. Sprengzeitzünder nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß zwischen dem Schlitzventil und der Verzögerungseinrichtung (14) eine pyrotechnische Substanz (25) angeordnet ist, die von der Zünd­flamme erfaßt wird und beim Abrennen das geschlos­sene Schlitzventil zuschweißt.
4. Sprengzeitzünder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Rückschlagventil (18) einen in Längsrichtung des Schlauchendes verschiebbaren Ventilkörper (26) aufweist.
5. Sprengzeitzünder nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Ventilkörper (26) zum Ver­schließen des Schlauchs (11) elastisch vorge­spannt ist.
6. Sprengzeitzünder nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß zwischen dem Rückschlagventil (18) und der Verzögerungseinrichtung (14) eine Anzünd­übertragungsladung (30) angeordnet ist.
EP87105426A 1986-04-26 1987-04-11 Sprengzeitzünder Expired - Lifetime EP0250737B1 (de)

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EP (1) EP0250737B1 (de)
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