EP0653046B1 - Vorrichtung zum sequentiellen zünden von elektrischen zündern - Google Patents

Vorrichtung zum sequentiellen zünden von elektrischen zündern Download PDF

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EP0653046B1
EP0653046B1 EP93917631A EP93917631A EP0653046B1 EP 0653046 B1 EP0653046 B1 EP 0653046B1 EP 93917631 A EP93917631 A EP 93917631A EP 93917631 A EP93917631 A EP 93917631A EP 0653046 B1 EP0653046 B1 EP 0653046B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/04—Arrangements for ignition
    • F42D1/045—Arrangements for electric ignition
    • F42D1/05—Electric circuits for blasting
    • F42D1/055—Electric circuits for blasting specially adapted for firing multiple charges with a time delay

Definitions

  • the invention relates to a device for the sequential ignition of electrical detonators, consisting of a power source, electrical supply lines and switches for arming detonator circuits.
  • a disadvantage of these devices is that a separate detonator switch, which is activated electronically, is required for each current ignition circuit.
  • EP-A-0 147 688 discloses a special time delay within an electronic detonator. A sequential ignition of electronic detonators in several ignition circuits is not the subject of this application.
  • GB-A-2 112 014 describes a special high-frequency ignition machine for transformer-coupled igniters. Statements about ignition circuits are not made.
  • a sequential ignition device is also known from US Pat. No. 4,489,655.
  • the disadvantage of this device is that a separate detonator switch, which is pyrotechnically activated and is only suitable for a single use, is required for each detonating circuit.
  • Another disadvantage is that with the multi-wire technology used, a high amount of wiring must be operated, which further increases the cost of this device.
  • an additional changeover switch on a mechanical basis is required for the sequential ignition of the individual detonators in order to use the two current-carrying lines used alternately.
  • the present invention has for its object to further develop the generic device for the sequential ignition of electrical detonators in such a way that the expenditure on line material and mechanical switching devices is considerably reduced.
  • the electronic detonator switch ensures that the specified firing order is reliably maintained. In addition, it is ensured that an unintentional triggering of a detonator cannot take place, because ignition impulses are only forwarded to previously activated detonator circuits.
  • the invention is explained below with reference to the drawing.
  • the single figure shows a schematic diagram of the device according to the invention.
  • an ignition machine 1 is shown, which is connected to an ignition switch 3 via a two-wire electrical lead 2.
  • the detonator switch 3 is connected via a plurality of detonation circuit lines 13a ... 13n to one (or more) electrical detonators 14a ... 14n, to which explosive charges 4a ... 4n are assigned, which are ignited in a predetermined sequence and at selectable time intervals.
  • the structure of the detonator switch 3 is as follows: the two wires of the supply line 2 are electrically connected to the detonator switch 3 via an input connection 6.
  • the individual components of the detonator switch 3 are an ignition current detection circuit 7, a logic circuit 8 connected to the ignition current detection circuit 7, a battery 9 and a plurality of changeover relays 10a ... 10n, to which a pole of the supply line 2 is connected.
  • the switching relays 10a ... 10n are followed by safety resistors 11a ... 11n.
  • the ignition switch 3 is connected to the individual detonating circuit lines 13a ... 13n via the output connections 12a ... 12n.
  • the logic circuit 8 of the detonator switch 3 can be set into its initial position via a reset switch 16.
  • the logic circuit 8 ensures, when performing blasting work, that in the event of an interruption in the ignition circuit lines 13a ... 13n, there is no continuation to the next ignition circuit line. After removing the If this is not the case, the blasting process can continue properly.
  • the application of an interrupted ignition circuit line 13a ... 13n can be detected via the ignition current detection circuit 7 and reported to the logic circuit 8.
  • the logic circuit 8 Via an operating mode switch 17, the logic circuit 8 can also be set so that a switching is carried out after each ignition pulse, even if the detonation of an igniter has not taken place.
  • Both the optocoupler 15 for ignition current detection and the switch contacts of the switching relays 10a ... 10n effectively had a high dielectric strength of 4000 volts, so that no destructive voltage flashovers from the ignition voltage, which was around 700 volts, occurred in the electronics.

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Abstract

Vorrichtung zum sequentiellen Zünden von elektrischen Zündern in mehreren Zündkreisen, bestehend aus einer Zündmaschine, aus elektrischen Zuleitungen und aus Umschaltern zum Scharfmachen der Sprengzündkreise, wobei die Zündmaschine (1) über eine Zuleitung (2) mit einem elektronischen Zünderumschalter (3) verbunden ist, an den die Sprengzündkreise (13a... 13n), bestehend aus einem oder mehreren in Serie geschalteten elektrischen Zündern (14a... 14n) und durch diese zündbare Sprengladungen (4a... 4n), angeschlossen sind, und der elektronische Zünderumschalter (3) aus einer Zündstromerkennungsschaltung (7), einer Logikschaltung (8), Umschaltrelais (10a... 10n), einer Stromquelle (9) und Schutzwiderständen (11a... 11n) besteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sequentiellen Zünden von elektrischen Zündern, bestehend aus einer Stromquelle, aus elektrischen Zuleitungen und aus Umschaltern zum Scharfmachen von Sprengzündkreisen.
  • Aus der US-A-4 099 467 und EP-A-0 136 919 sind Vorrichtungen zum sequentiellen Zünden bekannt, bei denen eine spezielle Stromversorgungseinheit über aufwendige Schaltvorrichtungen ein sequentielles Zünden ermöglichen.
  • Nachteilig für diese Vorrichtungen ist, daß für jeden Stromzündkreis ein eigener Zünderumschalter benötigt wird, der elektronisch aktiviert wird.
  • In der EP-A-0 147 688 wird eine spezielle Zeitverzögerung innerhalb eines elektronischen Zünders offenbart. Ein sequentielles Zünden von elektronischen Zündern in mehreren Zündkreisen ist nicht Gegenstand dieser Anmeldung.
  • In der GB-A-2 112 014 wird eine spezielle Hochfrequenzzündmaschine für transformatorgekoppelte Zünder beschrieben. Aussagen über Zündkreise werden nicht gemacht.
  • Eine Vorrichtung zum sequentiellen Zünden ist außerdem aus der US-PS 4 489 655 A bekannt. Nachteilig ist bei dieser Einrichtung, daß für jeden Sprengzündkreis ein eigener Zünderumschalter benötigt wird, der pyrotechnisch aktiviert wird und nur für einen einmaligen Gebrauch geeignet ist. Nachteilig ist weiterhin, daß bei der angewendeten Vieladertechnik ein hoher Leitungsaufwand betrieben werden muß, was diese Einrichtung weiter verteuert. Schließlich wird für das sequentielle Zünden der einzelnen Zünder ein zusätzlicher Wechselschalter auf mechanischer Basis benötigt, um die beiden verwendeten stromführenden Leitungen alternierend einzusetzen.
  • Weitere Vorrichtungen zum sequentiellen Zünden von elektrischen Zündern sind aus der EP 0 251 824 B1 und der GB 21 32 041 A bekannt. Bei diesen Vorrichtungen ist der Aufwand an Leitungsmaterial bzw. an Schaltvorrichtungen relativ hoch.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung zum sequentiellen Zünden von elektrischen Zündern dahingehend weiterzuentwickeln, daß der Aufwand an Leitungsmaterial und mechanischen Schaltvorrichtungen beträchtlich verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorzugsweise weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 und 3 niedergelegt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nur eine zweiadrige elektrische Zuleitung zwischen der Zündmaschine und dem elektronischen Zünderumschalter erforderlich, an den die einzelnen Sprengzündkreise angeschlossen sind. Aufwendige mechanische Schaltvorrichtungen zum wechselweisen Umschalten bei einer dreiadrigen elektrischen Zuleitung werden ebenso vermieden wie die Zuordnung von mechanischen Umschaltern zu jedem einzelnen Sprengzündkreis.
  • Über den elektronischen Zünderumschalter ist sichergestellt, daß die vorgegebene Zündreihenfolge zuverlässig eingehalten wird. Außerdem ist gewährleistet, daß kein unbeabsichtigtes Auslösen eines Zünders erfolgen kann, weil Zündimpulse nur an zuvor freigeschaltete Sprengzündkreise weitergeleitet werden.
  • Fehlzündungen durch die Stromversorgung des elektronischen Zünderumschalters sind ausgeschlossen, da die niedrige Versorgungsspannung in Verbindung mit den Schutzwiderständen eine maximale Stromstärke ergibt, die weit unterhalb der zum Zünden eines Zünders erforderlichen Stromstärke liegt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • In dem Anwendungsbeispiel der Figur ist eine Zündmaschine 1 dargestellt, die über eine zweiadrige elektrische Zuleitung 2 an einen Zünderumschalter 3 angeschlossen ist. Der Zünderumschalter 3 ist über mehrere Sprengzündkreisleitungen 13a ... 13n mit einem (oder mehreren) elektrischen Zündern 14a ... 14n verbunden, denen Sprengladungen 4a ... 4n zugeordnet sind, die in einer vorgegebenen Reihenfolge und in wählbaren zeitlichen Abständen gezündet werden.
  • Der Aufbau des Zünderumschalters 3 ist folgender: Über einen Eingangsanschluß 6 werden die beiden Adern der Zuleitung 2 elektrisch mit dem Zünderumschalter 3 verbunden. Die einzelnen Bauteile des Zünderumschalters 3 sind eine Zündstromerkennungsschaltung 7, eine mit der Zündstromerkennungsschaltung 7 verschaltete Logikschaltung 8, eine Batterie 9 und mehrere Umschaltrelais 10a ... 10n, denen ein Pol der Zuleitung 2 aufgeschaltet ist. Den Umschaltrelais 10a ... 10n sind Sicherheitswiderstände 11a ... 11n nachgeschaltet. Über die herausgeführten Ausgangsanschlüsse 12a ... 12n ist der Zünderumschalter 3 mit den einzelnen Sprengzündkreisleitungen 13a ... 13n verbunden.
  • Die Logikschaltung 8 des Zünderumschalters 3 ist über einen Rücksetzschalter 16 in ihre Ausgangslage setzbar. Durch die Logikschaltung 8 wird beim Durchführen von Sprengarbeiten gewährleistet, daß bei einer Unterbrechung der Zündkreisleitungen 13a ... 13n eine Fortschaltung auf die jeweils nächste Zündkreisleitung unterbleibt. Nach Beseitigung des Fehlers kann dann der Sprengvorgang ordnungsgemäß fortgesetzt werden. Über die Zündstromerkennungsschaltung 7 kann die Beaufschlagung einer unterbrochenen Zündkreisleitung 13a ... 13n erkannt und an die Logikschaltung 8 gemeldet werden. Über einen Betriebsartenschalter 17 kann die Logikschaltung 8 aber auch so eingestellt werden, daß eine Weiterschaltung nach jedem Zündimpuls vorgenommen wird, auch wenn die Sprengung eines Zünders nicht erfolgt ist.
    • Beispiel
  • Die im elektrischen Prinzipschaltbild der Figur niedergelegte beispielhafte Schaltung wurde in Tests geprüft.
  • Sowohl der Optokoppler 15 zur Zündstromerkennung als auch die Schalterkontakte der Umschaltrelais 10a ... 10n wiesen eine hohe Spannungsfestigkeit von 4000 Volt effektiv auf, so daß keine zerstörerischen Spannungsüberschläge von der Zündspannung, die um 700 Volt betrug, in die Elektronik erfolgt sind.
  • Um auszuschließen, daß eine defekte Elektronik eine Ladung zünden kann, wurde eine ausreichend niedrige Betriebsspannung der Elektronik von 3 Volt gewählt, die zusammen mit den auf 60 Ohm festgelegten Sicherheitswiderständen lla ... 11n einen maximalen Fehlerstrom von 50 Milliampere ergibt, auf die mit Sicherheit kein Zünder anspricht, da die in Deutschland verwendeten Zünder eine garantierte Nichtansprechstromstärke von 0,45 A aufweisen.
  • In Umschaltversuchen wurde ein zuverlässiges Ansprechen des jeweils nächsten Sprengzünders 14a ... 14n erreicht. Trotz der hohen Spannungen der Zündmaschine (bis 1000 Volt) und der hohen Zündströme (etwa 20 Ampere) haben die vergleichsweise kleinen Schaltrelais 10a ... 10n einwandfrei funktioniert, da immer nur lastfrei geschaltet wurde und die Belastung nur jeweils für eine ganz kurze Zeit (ca. 3 ms) erfolgte.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zum sequentiellen Zünden von elektrischen Zündern, bestehend aus einer Stromquelle, aus elektrischen Zuleitungen (2) und aus Umschaltern (3) zum Scharfmachen von Sprengzündkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zündmaschine (1) über eine Zuleitung (2) mit einem elektronischen Zünderumschalter (3) verbunden ist, an den die Sprengzündkreise (13a ... 13n), bestehend aus einem Zünder oder mehreren in Serie geschalteten elektrischen Zündern (14a ... 14n) und durch diese zündbare Sprengladungen (4a ... 4n), angeschlossen sind, und der elektronische Zünderumschalter (3) aus einer Zündstromerkennungsschaltung (7), einer Logikschaltung (8), Umschaltrelais (10a ... 10n), einer Stromquelle (9) und Schutzwiderständen (11a ... 11n) besteht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle des Zünderumschalters (3) eine Batterie (9) mit niedriger Spannung dient und Schutzwiderstände (11a ... 11n) zur Begrenzung eines auftretenden Fehlerstroms auf einen Wert, der höchstens bei 1/3 der Nichtansprechstromstärke der elektrischen Zünder (14a ... 14n) liegt, vorgesehen sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, um ein Überbrücken der Schutzwiderstände (11a ... 11n) im Fehlerfall auszuschließen, die Batterie (9) in einem Behälterteil (18) und die Schutzwiderstände (11a ... 11n) in einem Behälterteil (19) getrennt voneinander untergebracht sind.
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