EP0681158B1 - Sprengkette - Google Patents

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EP0681158B1
EP0681158B1 EP95105373A EP95105373A EP0681158B1 EP 0681158 B1 EP0681158 B1 EP 0681158B1 EP 95105373 A EP95105373 A EP 95105373A EP 95105373 A EP95105373 A EP 95105373A EP 0681158 B1 EP0681158 B1 EP 0681158B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
detonator
stage
semiconductor switch
explosive
ignition
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95105373A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0681158A1 (de
Inventor
Heinz Dipl.-Phys. Ritter
Wolf Dipl.-Ing. Steinbichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Europe AG
Original Assignee
Euro Matsushita Electric Works AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Euro Matsushita Electric Works AG filed Critical Euro Matsushita Electric Works AG
Priority to EP97120954A priority Critical patent/EP0845652A3/de
Publication of EP0681158A1 publication Critical patent/EP0681158A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0681158B1 publication Critical patent/EP0681158B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
    • F42D3/04—Particular applications of blasting techniques for rock blasting

Definitions

  • the invention relates to an explosive chain with a variety from the ignition stages to be controlled, each of which Explosives are assigned.
  • Such explosive chains are used in particular in mining, with the mine for example a hundred or more holes drilled in each used an explosive device with an associated detonator and the drill holes are closed with plugs.
  • the interval between successive firings is typically between 30 and 50 ms.
  • each ignition level one detonator and one in series with it contains lying thyristor switch, its control electrode with the tap of the detonator of the previous one Stage containing voltage divider is connected.
  • the previous igniter activated its resistance changes from an initially low value to practically infinite, whereby the thyristor switch of the following stage turns on and the next current pulse with him in series trigger detonator.
  • each ignition level except the actual igniter has one Oscillator, a frequency divider and two driver stages contains.
  • the one coming from the previous ignition level Trigger pulse actuates the first driver stage, which in turn a switch for driving the oscillator, the Frequency divider and the second driver stage closes.
  • the first driver stage which in turn a switch for driving the oscillator, the Frequency divider and the second driver stage closes.
  • the second Driver stage operated another switch, via which the Igniter is activated.
  • Each ignition stage also contains one Capacitor for storing all the necessary for ignition Energy.
  • DE-B-1 287 495 is an explosive chain with each Features specified in the first part of claims 1 and 2 known in which the transfer of the control signal from a Ignition level to the next simply by changing the switching state of the semiconductor switch provided in each stage is effected.
  • This explosive chain therefore remains functional even if individual detonators are missing or not working properly become high impedance. Because every semiconductor switch only then Become conductive and activate the ignition device assigned to it can if the semiconductor switch of the previous Has switched stage, the intended firing order is inevitable adhered to. Faulty assembly of the explosive chain cannot cause when turning on the power source the explosive chain at about two different places at the same time starts to ignite.
  • This circuit also needs its own, the first ignition stage upstream switching element for initiation the chain so that it is - at least on the side of the first Ignition level - do not lengthen or shorten as you like leaves.
  • An object of the invention is an explosive chain specify, on the one hand, has the advantage that it works properly even at individual points an igniter is not provided or is faulty, in particular does not immediately become high-resistance when activated, on the other hand one Execution in integrated circuit technology favors.
  • Claims 4 to 7 relate to various Possibilities in the first stage firing order with a Start pulse. Thereby is the measure of the claim 5 advantageous in that it allows minimal Circuit effort of the explosive chain all ignition levels the same build up. An explosive chain for a desired number of Accordingly, detonations can easily be from a longer or continuously cut assembly or be generated by piecing shorter lengths.
  • the design according to claim 8 is useful in so far than the explosive chain links, each surrounded by a housing are the same and incorrect wiring of each Ignition levels is avoided.
  • the individual ignition stages S1 , S2 ,... Lie parallel to one another and in each case between two supply lines A and 0 , which are connected at the right end in FIG. 1 to a DC power source (not shown).
  • the DC power source produces an output voltage of 50 V on line A compared to the earthed line 0 .
  • Each of the identical ignition stages S1 , S2 , ... contains a series circuit between a supply line A , 0 , consisting of a thyristor T and an ignition device ZE , which has two detonators Z1 , Z2 connected in series. Each detonator Z1 , Z2 is used to trigger an explosive charge (not shown). In the circuits described here, detonators with a built-in delay of 0.5 to 1.5 s are used.
  • the control electrode of the thyristor T is connected via a Zener diode ZD (Zener voltage: 35 V) at the connection point P between a resistor R1 (2.2 K ⁇ ), which has its other end connected to the supply line A , and a capacitor belonging to the preceding ignition stage S1 C (22 ⁇ F), whose other electrode is connected to supply line 0 .
  • the connection point P is also connected via a diode D to the connection point between the thyristor T and the ignition device ZE of the previous ignition stage.
  • a resistor R2 (100 ⁇ ) is connected between the control electrode and the cathode of the thyristor T.
  • Another resistor R3 lies between the connection point of the cathodes of the thyristor T and the diode D on the one hand and the ignition device ZE .
  • a fourth resistor R4 (470 ⁇ ) bridges the ignition device ZE .
  • the resistors R1 and R4 are dimensioned such that when the voltage of 50 V is applied to line A, the potential at connection point P is not sufficient to switch through thyristor T of stage S2 . Only when the thyristor T of the preceding stage S1 conducts does the point P reach a potential (50 V minus the voltage drop across the thyristor T and across the diode D ) at which the capacitor C rises to such a high level via the resistor R1 Value can charge that the ignition voltage for the thyristor T of stage S2 is reached. Taking into account the Zener voltage (35 V) of the Zener diode ZD, this value is approximately 15 V, which is sufficient for switching the thyristor T.
  • the delay with which the thyristor T of stage S2 becomes conductive after the thyristor T of stage S1 has been switched on depends on the time constant of the RC element formed by resistor R1 and capacitor C.
  • the required delay of 30 to 50 ms can be achieved by appropriate dimensioning.
  • the transmission of the trigger pulse from stage to stage with the specified delay time is independent of the ignition device ZE . This means that the circuit works properly even if one or several ignition stages has been forgotten to insert an ignition device.
  • the circuit according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that a current source is used which alternately gives current pulses on two channels to which the supply lines A and B are connected, which preferably do not overlap one another.
  • the ignition stages are alternately connected to the supply lines A and B.
  • the ignition delay from one stage to the next is thus predetermined by the pulse current source.
  • the individual ignition stages S1 , S2 , ... therefore do without an RC element, and the resistor R1 present in FIG. 1 can be omitted.
  • the Zener diode ZD provided in FIG. 1 is replaced in the circuit according to FIG. 2 by a resistor R5 (1 K ⁇ ).
  • each ignition stage is only activated in FIG. 2 when the thyristor T has become conductive due to a corresponding signal on its control electrode and a pulse is present on the supply line A or B , it is not necessary to provide a series connection of two detonators as the ignition device . Even if the individual detonator does not become properly high-resistance when activated, the current consumption is limited to the short time interval (for example 10 to 20 ms) during which the current pulse is present on the supply line A , B.
  • the capacitor C (4.7 ⁇ F) only charges when the thyristor T of the previous ignition stage is conductive. At a certain potential of the capacitor C , the ignition voltage for the thyristor T is reached, so that the latter is switched through by the subsequent current pulse on the associated supply line A , B.
  • a resistor R1 is shown in the first ignition stage S1 , which is connected to the same supply line A as the thyristor T of the first ignition stage S1 .
  • This resistor R1 is used in connection with a corresponding overvoltage pulse (80 ⁇ 100 V / 1 ms) on the supply line A for the initial ignition of the explosive chain.
  • an identical resistor R1 can be provided for all ignition stages S1 , S3 , ... which are connected to the same supply line ( A ).
  • Such a resistor R1 (which is not required for the function of the circuit) is shown in dashed lines in the ignition stage S3 in FIG.
  • the circuit according to FIG. 3 is largely similar to that according to FIG. 2, but differs in that a common capacitor is provided for two successive ignition stages. In FIG. 3, this is the capacitor C (4.7 ⁇ F) located in the ignition stage S1 , which is used to generate the control voltages for the thyristors T of the ignition stages S2 and S3 . Otherwise, the circuit of FIG. 3 is the same as that of FIG. 2, the diode D being replaced by a resistor R6 (2.2 K ⁇ ).
  • the end of the capacitor C facing away from the supply line 0 is connected, as in FIG. 2, to the control electrode of the thyristor T of stage S2 via a resistor R5 (1 K ⁇ ).
  • the same electrode of the capacitor C is also connected via a resistor R7 (4.7 K ⁇ ) and the resistor R5 (1 K ⁇ ) to the control electrode T of the ignition stage S3 .
  • resistor R1 If resistor R1 is not provided, the two series resistors R7 and R5 could also be combined to form a resistor (5.7 K ⁇ ).
  • the embodiment shown in FIG. 3 was chosen for the reasons described above for the equality of all the links in a chain, again the resistance R1 (5 KQ) shown in broken lines in stage S3 is not required for the function.
  • the capacitor C charges up to about 15 V via the resistor R6 . This value is sufficient to ignite the thyristor T of stage S2 . If the thyristor T of stage S2 switches on at the next current pulse on the supply line B , the capacitor C is further charged to about 34 V via the resistor R2 (100 ⁇ ) and the resistor R5 (1 K ⁇ ), which now takes into account the resistors R7 and R5 are sufficient to ignite the thyristor T of the ignition stage S3 , which then switches on when the next pulse occurs on the supply line A.
  • two ignition units connected in parallel can be provided in each ignition stage.
  • the initial ignition of the first stage S1 can take place via the resistor R1 provided there and an initial overvoltage pulse on the supply line A.
  • the circuit according to FIG. 1 works with a capacitor in order to achieve the desired delay of 50 ms between the successive ignition stages.
  • the timer consists of the resistor R1 and the capacitor C , and the switching threshold (35 V) is determined by the Zener diode ZD .
  • circuits of Figures 1 and 2 use a capacitor to pass the switching pulse from one stage to the next and to store (about 1 to 2 ms) during the gap between successive pulses on lines A and B.
  • this memory function is taken over by the thyristor itself.
  • the circuit according to FIG. 4 is identical to that according to FIG. 2, the diode of FIG. 2 being replaced by a resistor R6 (2.2 K ⁇ ) similar to FIG. 3 and a resistor R8 (1 K ⁇ ) being provided instead of the capacitor C.
  • a further difference from the circuits according to FIGS. 2 and 3 is that the pulses supplied by the current source via the supply lines A , B connect directly to one another in time and each pulse according to FIG. 5 has an initial interval of reduced voltage which corresponds to the previous pulse on the respective other supply line overlaps.
  • a further resistor R1 (10 K ⁇ ) is also present in the circuit according to FIG. 4 in the first stage S1 , which is used in conjunction with the first overvoltage pulse shown in FIG. 5 for the initial ignition of the explosive chain.
  • the same resistor R1 is not required for the function of the circuit in the other stages with the exception of the first ignition stage S1 and is therefore only shown in broken lines. As above, it can be provided in order to be able to construct the entire ignition chain from identical links. Likewise, two igniters connected in parallel can also be provided in the circuit according to FIG. 4 in the ignition stage.
  • FIG. 6 shows a variant for the first ignition stage S1 of an explosive chain, which is otherwise constructed in accordance with FIG. 2. The same variant is also suitable for the circuits according to FIGS. 3 and 4.
  • the resistor R1 shown in FIG. 1 is replaced by a parallel circuit consisting of a resistor R1 '(> 100 K ⁇ ) and a capacitor C2 (1 ⁇ F). This ensures that only the first pulse of 50 V applied to supply line A can ignite while capacitor C2 is still empty in thyristor T of first stage S1 .
  • the resistor R1 ' causes the capacitor C2 to discharge so slowly that all further pulses on the supply line A no longer reach the control electrode of the thyristor T.
  • the first ignition stage S1 of the explosive chain has a special configuration; this means that the explosive chain begins to work as soon as the pulse current source is switched on without an overvoltage initial pulse being required; on the other hand, it is no longer possible to produce a functional explosive chain simply by cutting off a longer, prefabricated explosive chain.
  • the thyristor T of the first stage S1 can also be ignited without an initial overvoltage pulse.
  • the circuit according to FIG. 7 assumes that a current pulse is briefly generated on both lines A, B for initial ignition, which current is added via the two resistors R1 , R1 "(10 K ⁇ each) provided here. to build the entire explosive chain from identical links and thus to obtain a functional explosive chain by simply cutting off a greater length, provided that the resistances R1 , R1 "are doubled at every (or every other) ignition stage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sprengkette mit einer Vielzahl von der Reihe nach anzusteuernden Zündstufen, denen jeweils Sprengsätze zugeordnet sind. Derartige Sprengketten finden insbesondere im Bergbau Anwendung, wobei am Abbaustoß beispielsweise hundert oder mehr Bohrlöcher angebracht, in jedes ein Sprengsatz mit einem zugehörigen Zünder eingesetzt und die Bohrlöcher mit Stopfen verschlossen werden. Um einen wirksamen Abbau zu gewährleisten, kommt es darauf an, daß die Sprengsätze in vorgegebener Reihenfolge nacheinander detonieren, wobei der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Zündungen typisch zwischen 30 und 50 ms liegt.
Aus US-A-4 099 467 ist eine Sprengkette bekannt, bei der jede Zündstufe einen Zünder und einen mit diesem in Serie liegenden Thyristorschalter enthält, dessen Steuerelektrode mit dem Abgriff eines den Zünder der jeweils vorhergehenden Stufe enthaltenden Spannungsteilers verbunden ist. Wird der vorhergehende Zünder aktiviert, so ändert sich sein Widerstand von einem zunächst geringen Wert auf praktisch unendlich, wodurch der Thyristorschalter der folgenden Stufe durchschaltet und der nächste Stromimpuls den mit ihm in Serie liegenden Zünder auslöst.
Parallel zu jedem Zünder liegt eine Schmelzsicherung, die dafür sorgen soll, daß die für die Auslösung der nächsten Stufe und damit für die Weiterschaltung der Sprengkette erforderliche Widerstandsänderung auch dann eintritt, wenn an einer Stelle kein Zünder vorhanden ist. Diese Schmelzsicherung bildet jedoch eine Kurzschlußbrücke und erhöht den Strombedarf beträchtlich.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß eine derartige Schmelzsicherung ein zusätzliches, in jede Zündstufe einzufügendes diskretes Bauelement darstellt. Wird die Sicherung in einer gedruckten Schaltung durch einen schwachen Leiterbahnabschnitt verwirklicht, so sind bei Herstellung der gedruckten Schaltung genaue Toleranzen einzuhalten, was zu einer Verteuerung führt.
Ist ein Zünder zwar angeschlossen, jedoch in der Weise fehlerhaft, daß er trotz Auslösung nicht sofort, sondern erst beim Detonieren der zugeordneten Sprengladung (üblicherweise zwischen 0,5 und 1,5 s später) hochohmig wird, so resultiert dies in einer übermäßig langen Verzögerung innerhalb der Sprengkette, so daß sich die Druckwelle am Abbaustoß nicht in der programmierten Weise ausbreiten kann. In einem solchen Fall verringert sich auch die Zuverlässigkeit der Sprengkette erheblich, da der Abstand zwischen der elektrischen Sequenz und der Explosionswelle stark verkürzt wird.
Ähnliche Probleme bestehen bei der aus US-A-4 760 791 bekannten Sprengkette. Hier ist zu jedem Zünder ein Transistor parallel geschaltet, der bei fehlendem Zünder an dessen Stelle Strom führt und verhindert, daß die Zündfolge an der Stelle eines fehlenden Zünders unterbrochen wird. Zu der Parallelschaltung aus Zünder und Transistor liegt ferner eine Schmelzsicherung in Serie, die verhindern soll, daß ein nicht ordnungsgemäß sofort hochohmig werdender Zünder die Impulsweitergabe bis zur eigentlichen Detonation verzögert. Die oben beschriebenen Schwierigkeiten sind auch bei dieser bekannten Sprengkette gegeben.
Ein noch gravierenderes Problem besteht darin, daß ein weiterer Transistor so benutzt wird, daß er beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaltung durchlegiert, um eine Kurzschlußverbindung für den Zündstromimpuls herzustellen. Da hierbei der Transistor zerstört wird, läßt sich an der bekannten Sprengkette keine Funktionsprüfung vor dem eigentlichen Einsatz durchführen. Ebensowenig ist eine Wiederverwendung des elektronischen Schaltungsteils der Sprengkette möglich. Schließlich besteht die Gefahr, daß die nur wenig belastbaren Basisanbondungen dieses Transistors durch die erheblichen Ströme durchgebrannt werden, noch bevor der Zünder aktiviert ist.
Außerdem ist es erforderlich, am Anfang der Kette ein eigenes Aktivierungsglied einzutügen, so daß es nicht möglich ist, Sprengketten gewünschter Länge einfach durch Abschneiden von einer größeren Länge oder Aneinanderfügen kürzerer Stücke herzustellen.
In DE-B-2 356 875 ist eine weitere Sprengkette beschrieben, bei der jede Zündstufe außer dem eigentlichen Zünder einen Oszillator, einen Frequenzteiler und zwei Treiberstufen enthält. Der von der jeweils vorhergehenden Zündstufe kommende Auslöseimpuls betätigt die erste Treiberstufe, die ihrerseits einen Schalter für die Ansteuerung des Oszillators, des Frequenzteilers und der zweiten Treiberstufe schließt. Der Ausgang des Frequenzteilers liefert das Auslösesignal für die in der Sprengkette nachfolgende Zündstufe, während die zweite Treiberstufe einen weiteren Schalter betätigt, über den der Zünder aktiviert wird. Ferner enthält jede Zündstufe einen Kondensator zur Speicherung der gesamten für die Zündung erforderlichen Energie.
Die Impulsweitergabe erfolgt zwar hier unabhängig vom Vorhandensein und von der Funktionsfähigkeit des Zünders; die Schaltung erfordert aber einen für praktische Sprengketten nicht vertretbaren Schaltungsaufwand.
Aus DE-B-1 287 495 ist eine Sprengkette mit den jeweils im ersten Teil der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmalen bekannt, bei der die Weitergabe des Steuersignals von einer Zündstufe zur nächsten allein durch die Änderung des Schaltzustandes des in jeder Stufe vorgesehenen Halbleiterschalters bewirkt wird. Diese Sprengkette bleibt daher auch dann funktionsfähig, wenn einzelne Zünder fehlen oder nicht ordnungsgemäß hochohmig werden. Da jeder Halbleiterschalter nur dann leitend werden und die ihm zugeordnete Zündeinrichtung aktivieren kann, wenn der Halbleiterschalter der vorhergehenden Stufe geschaltet hat, wird die vorgesehene Zündfolge zwangsläufig eingehalten. Fehlerhafte Bestückung der Sprengkette kann nicht dazu führen, daß beim Einschalten der Stromquelle die Sprengkette etwa an zwei verschiedenen Stellen gleichzeitig zu zünden beginnt.
Die bekannte Sprengkette erfordert aber in jeder Zündstufe mindestens einen Kondensator für die Impulsweitergabe von einer Zündstufe zu nächsten erfordert. Wegen dieser Kondensatoren läßt die bekannte Schaltung nicht vollständig integrieren.
Außerdem benötigt auch diese Schaltung ein eigenes, der ersten Zündstufe vorgeschaltetes Schaltglied zur Initiierung der Kette, so daß sie sich - jedenfalls an der Seite der ersten Zündstufe - nicht beliebig verlängern oder verkürzen läßt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sprengkette anzugeben, die einerseits den Vorteil aufweist, daß sie auch dann ordnungsgemäß arbeitet, wenn an einzelnen Stellen ein Zünder nicht vorgesehen oder fehlerhaft ist, insbesondere nicht sofort bei Ansteuerung hochohmig wird, andererseits eine Ausführung in integrierter Schaltungstechnik begünstigt.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Die danach ausgebildete Sprengkette kommt mit einer unaufwendigen Schaltung ohne Kondensatoren aus, läßt sich daher ohne weiteres integrieren, und erfüllt dennoch alle Anforderungen an die Betriebssicherheit selbst bei nicht ordnungsgemäßer oder fehlerhafter Bestückung.
Eine weitere Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 2 angegeben. Bei dieser Schaltung wird derselbe Kondensator für jeweils zwei aufeinanderfolgende Zündstufen herangezogen, so daß die gesamte Sprengkette nur halb so viele Kondensatoren benötigt wie der Stand der Technik, ohne diesem in der Betriebssicherheit nachzustehen.
Die Ansprüche 4 bis 7 beziehen sich auf verschiedene Möglichkeiten, die in der Zündfolge erste Stufe mit einem Startimpuls zu versehen. Dabei ist die Maßnahme des Anspruchs 5 insofern vorteilhaft, als sie es gestattet, bei minimalem Schaltungsaufwand der Sprengkette sämtliche Zündstufen gleich aufzubauen. Eine Sprengkette für eine gewünschte Anzahl von Detonationen kann demnach einfach von einer längeren oder kontinuierlich hergestellten Anordnung abgeschnitten oder durch Anstückeln kürzerer Längen erzeugt werden.
Die Gestaltung nach Anspruch 8 ist insofern zweckmäßig, als die von jeweils einem Gehäuse umgebenen Sprengkettenglieder gleich sind und eine falsche Verdrahtung der einzelnen Zündstufen vermieden wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
  • Figur 1 einen Teil einer Sprengkette,
  • Figur 2 eine der Figur 1 ähnliche Darstellung einer Sprengkette gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Figur 3 eine Variante der Schaltung nach Figur 2,
  • Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sprengkette,
  • Figur 5 ein Impulsdiagramm der von einer Stromquelle zum Betrieb der Sprengkette nach Figur 4 erzeugten Stromimpulse,
  • Figur 6 eine Ausgestaltung für die in der Zündfolge erste Zündstufe, und
  • Figur 7 eine Variante der Sprengkettenschaltung nach Figur 2 mit einer weiteren Maßnahme zur Auslösung der ersten Zündstufe.
    • Bei der Sprengkettenschaltung nach Figur 1 liegen die einzelnen Zündstufen S1, S2, ... parallel zueinander und jeweils zwischen zwei Versorgungsleitungen A und 0, die an dem in Figur 1 rechten Ende an eine (nicht gezeigte) Gleichstromquelle angeschlossen sind. Die Gleichstromquelle erzeugt eine Ausgangsspannung von 50 V auf der Leitung A gegenüber der geerdeten Leitung 0.
    Jede der identisch aufgebauten Zündstufen S1, S2, ... enthält eine zwischen den Versorgungsleitungen A, 0 liegende Serienschaltung aus einem Thyristor T und einer Zündeinrichtung ZE, die zwei in Serie geschaltete Zünder Z1, Z2 aufweist. Jeder Zünder Z1, Z2 dient zur Auslösung einer (nicht gezeigten) Sprengladung. In den hier beschriebenen Schaltungen werden Zünder mit einer eingebauten Verzögerung von 0,5 bis 1,5 s verwendet.
    Die Steuerelektrode des Thyristors T liegt über eine Zenerdiode ZD (Zenerspannung: 35 V) am Verbindungspunkt P zwischen einem Widerstand R1 (2,2 KΩ), der mit seinem anderen Ende an die Versorgungsleitung A angeschlossen ist, und einem zur vorhergehenden Zündstufe S1 gehörigen Kondensator C (22 µF), der mit seiner anderen Elektrode an die Versorgungsleitung 0 angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt P ist ferner über eine Diode D mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Thyristor T und der Zündeinrichtung ZE der jeweils vorherigen Zündstufe verbunden. Zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors T ist ein Widerstand R2 (100 Ω) eingeschaltet. Ein weiterer Widerstand R3 (5 Ω) liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Kathoden des Thyristors T und der Diode D einerseits und der Zündeinrichtung ZE. Ein vierter Widerstand R4 (470 Ω) überbrückt die Zündeinrichtung ZE.
    Die Widerstände R1 und R4 sind so bemessen, daß bei Anlegen der Spannung von 50 V an die Leitung A das Potential am Verbindungspunkt P nicht ausreicht, um den Thyristor T der Stufe S2 durchzuschalten. Erst dann, wenn der Thyristor T der vorhergehenden Stufe S1 leitet, gelangt der Punkt P auf ein Potential (50 V minus dem Spannungsabfall am Thyristor T und an der Diode D), bei dem sich der Kondensator C über den Widerstand R1 auf einen so hohen Wert aufladen kann, daß die Zündspannung für den Thyristor T der Stufe S2 erreicht wird. Dieser Wert beträgt unter Berücksichtigung der Zenerspannung (35 V) der Zenerdiode ZD etwa 15 V, was zum Durchschalten des Thyristors T ausreicht.
    Die Verzögerung, mit der der Thyristor T der Stufe S2 nach dem Durchschalten des Thyristors T der Stufe S1 leitend wird, richtet sich nach der Zeitkonstante des aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C gebildeten RC-Glied. Durch entsprechende Dimensionierung läßt sich die üblicherweise gewünschte Verzögerung von 30 bis 50 ms erreichen.
    Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist die Weitergabe des Auslöseimpulses von Stufe zu Stufe mit der angegebenen Verzögerungszeit von der Zündeinrichtung ZE unabhängig. Das bedeutet, daß die Schaltung auch dann ordnungsgemäß arbeitet, wenn bei einer oder einigen Zündstufen vergessen wurde, eine Zündeinrichtung einzufügen.
    Das gleiche gilt, wenn eine Zündeinrichtung zwar vorhanden ist, aber nicht ordnungsgemäß arbeitet und nicht sofort bei Beaufschlagung hochohmig wird. In diesem Fall würde der Zünder seinen sehr niedrigen ursprünglichen Widerstand so lange beibehalten, bis die eigentliche Sprengladung explodiert (und damit den Zünder zerstört). In der Praxis hat sich gezeigt, daß einige Prozent sämtlicher Zünder ein derartiges Verhalten zeigen.
    Legt man zwei Zünder Z1, Z2 in Serie, wie dies in Figur 1 angenommen ist, so ist die Wahrscheinlichkeit, daß beide Zünder dieses Fehlverhalten zeigen, außerordentlich gering. Dadurch läßt sich praktisch mit Sicherheit vermeiden, daß während der gesamten Zeitspanne vom Durchschalten des Thyristors T bis zur Detonation der Sprengladung (also etwa 0,5 bis 1,5 s lang) Kurzschlußstrom aus der Stromquelle entnommen wird. Der Widerstand R3 ist dabei für den sehr seltenen Fall vorgesehen, daß die beiden in Serie liegenden Zünder Z1, Z2 gleichzeitig hochohmig werden.
    Bei der Sprengkette nach Figur 1 sind sämtliche Zündstufen S1, S2, ... identisch aufgebaut. Es ist daher möglich, Sprengketten mit einer gewünschten Anzahl von Zündstufen durch einfaches Abschneiden von einer größeren Länge herzustellen. In diesem Fall fehlt bei der in der Zündfolge ersten Stufe (S1 in Figur 1) der sonst in der vorherigen Stufe gelegene Kondensator C zur Erzeugung der Zündspannung. Die Zündung der ersten Stufe S1 erfolgt ohne Verzögerung mit dem Anlegen der Versorgungsspannung an die Leitung A über die Zenerdiode ZD und den Widerstand R3, da die Schaltungselemente D, R3 und R4 einer vorherigen Stufe nicht vorhanden sind.
    Die Schaltung nach Figur 2 unterscheidet sich von der nach Figur 1 dadurch, daß eine Stromquelle verwendet wird, die auf zwei Kanäle, an die die Versorgungsleitungen A und B angeschlossen sind, abwechselnd Stromimpulse gibt, die vorzugsweise einander nicht überlappen. Die Zündstufen sind dabei jeweils abwechselnd an die Versorgungsleitungen A und B angeschlossen.
    Bei der Schaltung nach Figur 2 wird somit die Zündverzögerung von einer Stufe zur nächsten durch die Impulsstromquelle vorgegeben. Die einzelnen Zündstufen S1, S2,... kommen daher ohne RC-Glied aus, und der in Figur 1 vorhandene Widerstand R1 kann entfallen. Ferner ist die in Figur 1 vorgesehene Zenerdiode ZD in der Schaltung nach Figur 2 durch einen Widerstand R5 (1 KΩ) ersetzt.
    Da in Figur 2 jede Zündstufe nur dann aktiviert ist, wenn der Thyristor T durch ein entsprechendes Signal an seiner Steuerelektrode leitend geworden ist und an der Versorgungsleitung A bzw. B ein Impuls anliegt, ist es nicht erforderlich, als Zündeinrichtung eine Serienschaltung aus zwei Zündern vorzusehen. Selbst wenn der einzelne Zünder bei Aktivierung nicht ordnungsgemäß hochohmig werden sollte, ist der Stromverbrauch auf dasjenige kurze Zeitintervall (beispielsweise 10 bis 20 ms) begrenzt, während dessen der Stromimpuls an der Versorgungsleiteung A, B anliegt.
    In der Schaltung nach Figur 2 ist dafür als Variante die Parallelschaltung zweier Zünder Z1 und Z3 mit jeweiligem Vorwiderstand R3 angenommen. Diese Parallelschaltung stellt lediglich eine Sparmaßnahme dar. In einem solchen Fall werden zwei Zünder gleichzeitig beaufschlagt, so daß auch die entsprechend zugeordneten Sprengladungen gleichzeitig detonieren. Der Widerstand R3 ermöglicht es dem Thyristor T, auch bei Kurzschluß des jeweiligen Zünders Z1, Z3 durchzuschalten und den Kondensator C der nachfolgenden Stufe aufzuladen.
    Im übrigen lädt sich ähnlich wie in der Schaltung nach Figur 1 der Kondensator C (4,7 µF) nur dann auf, wenn der Thyristor T der jeweils vorherigen Zündstufe leitend ist. Bei einem bestimmten Potential des Kondensators C wird die Zündspannung für den Thyristor T erreicht, so daß dieser durch den anschließenden Stromimpuls auf der zugehörigen Versorgungsleitung A, B durchgeschaltet wird.
    In Figur 2 ist in der ersten Zündstufe S1 ein Widerstand R1 eingezeichnet, der mit der gleichen Versorgungsleitung A verbunden ist wie der Thyristor T der ersten Zündstufe S1. Dieser Widerstand R1 dient in Verbindung mit einem entsprechenden Uberspannungsimpuls (80~100 V / 1 ms) auf der Versorgungsleitung A zur Initialzündung der Sprengkette.
    Will man die Sprengkette durchgehend gleichartig aufbauen, so kann ein gleicher Widerstand R1 bei sämtlichen Zündstufen S1, S3, ... vorgesehen werden, die mit der gleichen Versorgungsleitung (A) verbunden sind. In Figur 2 ist ein solcher (für die Funktion der Schaltung nicht erforderlicher) Widerstand R1 in der Zündstufe S3 gestrichelt eingezeichnet.
    Bei einer Impulsdauer von 1 ms ist es für alle nachfolgenden Stufen unmöglich durchzuschalten, da der zugehörige Kondensator C nur auf etwa 5 V aufgeladen wird. Nur die erste Stufe S1, die keinen Kondensator enthält, kann bei einem so kurzen Impuls durchschalten. Dadurch wird gewährleistet, daß die Zündsequenz immer am Anfang der Sprengkette beginnt.
    Die Schaltung nach Figur 3 ist der nach Figur 2 weitgehend ähnlich, unterscheidet sich jedoch dadurch, daß für jeweils zwei aufeinanderfolgende Zündstufen ein gemeinsamer Kondensator vorhanden ist. In Figur 3 ist dies der in der Zündstufe S1 gelegene Kondensator C (4,7 µF), der zur Erzeugung der Steuerspannungen für die Thyristoren T der Zündstufen S2 und S3 dient. Im übrigen ist die Schaltung nach Figur 3 der nach Figur 2 gleich, wobei die Diode D durch einen Widerstand R6 (2,2 KΩ) ersetzt ist.
    Das von der Versorgungsleitung 0 abgewandte Ende des Kondensators C ist wie in Figur 2 über einen Widerstand R5 (1 KΩ) mit der Steuerelektrode des Thyristor T der Stufe S2 verbunden. Die gleiche Elektrode des Kondensators C ist ferner über einen Widerstand R7 (4,7 KΩ) und den Widerstand R5 (1 KΩ) an die Steuerelektrode T der Zündstufe S3 angeschlossen.
    Sofern der Widerstand R1 nicht vorgesehen ist, könnten die beiden in Serie liegenden Widerstände R7 und R5 auch zu einem Widerstand (5,7 KΩ) zusammengefaßt werden. Die in Figur 3 gezeigte Ausführung wurde aus den oben beschriebenen Gründen der Gleichheit sämtlicher Glieder einer Kette gewählt, wobei wiederum der gestrichelt eingezeichnete Widerstand R1 (5 KQ) in der Stufe S3 für die Funktion nicht erforderlich ist.
    Sobald der Thyristor T der Zündstufe S1 leitet, lädt sich der Kondensator C über den Widerstand R6 auf etwa 15 V auf. Dieser Wert reicht aus, um den Thyristor T der Stufe S2 zu zünden. Schaltet beim nächsten Stromimpuls auf der Versorgungsleitung B der Thyristor T der Stufe S2 durch, so wird der Kondensator C über den Widerstand R2 (100 Ω) und den Widerstand R5 (1 KΩ) weiter auf etwa 34 V aufgeladen, was nun unter Berücksichtigung der Widerstände R7 und R5 ausreicht, um den Thyristor T der Zündstufe S3 zu zünden, der dann bei Auftreten des nächsten Impulses auf der Versorgungsleitung A durchschaltet.
    Bei der Schaltung nach Figur 3 könen ebenso wie in Figur 2 in jeder Zündstuffe zwei parallel geschaltete Zündeinheiten vorgesehen werden. Ebenso kann die Initialzündung der ersten Stufe S1 über den dort vorgesehenen Widerstand R1 und einen anfänglichen Überspannungsimpuls auf der Versorgungsleitung A erfolgen.
    Die Schaltung nach Figur 1 arbeitet mit einem Kondensator, um die gewünschte Verzögerung von 50 ms zwischen den aufeinanderfolgenden Zündstufen zu erreichen. Dabei besteht das Zeitglied aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C, und die Schaltschwelle (35 V) wird durch die Zenerdiode ZD bestimmt.
    Die Schaltungen nach Figur 1 und 2 verwenden einen Kondensator, um den Schaltimpuls von einer Stufe auf die nächste weiterzuleiten und während der Lücke zwischen aufeinander folgenden Impulsen auf den Leitungen A und B (etwa 1 bis 2 ms) zu speichern. In der weiteren Schaltung nach Figur 4 wird diese Speicherfunktion vom Thyristor selbst übernommen.
    Die Schaltung nach Figur 4 ist mit der nach Figur 2 identisch, wobei die Diode der Figur 2 ähnlich wie in Figur 3 durch einen Widerstand R6 (2,2 KΩ) ersetzt und statt des Kondensators C ein Widerstand R8 (1 KΩ) vorgesehen ist.
    Ein weiterer Unterschied zu den Schaltungen nach Figur 2 und 3 besteht darin, daß die von der Stromquelle über die Versorgungsleitungen A, B gelieferten Impulse zeitlich unmittelbar aneinander anschließen und jeder Impuls gemäß Figur 5 ein Anfangsintervall verminderter Spannung aufweist, das den vorhergehenden Impuls auf der jeweils anderen Versorgungsleitung überlappt.
    Während des in Figur 5 gezeigten Zeitintervalls t0~t2, in dem auf der Versorgungsleitung A der volle Impuls (50 V) auftritt, ist der Thyristor T der Zündstufe S1 durchgeschaltet. Vor dem Ende dieses Zeitintervalls tritt zum Zeitpunkt t1 das in der Spannung verminderte Anfangsintervall (20 V) des nächsten Impulses auf der Versorgungsleitung B auf, so daß nun der Thyristor T der Stufe S2 zündet. Die an dessen Kathode auftretende Spannung (20 V) reicht jedoch nicht aus, um auch den Thyristor T der nächsten Stufe S3, der an sich mit der vollen Spannung des Impulses auf der Leitung A beaufschlagt wird, zu zünden. Erst nachdem zum Zeitpunkt t2 der Impuls auf der Leitung A abgeschaltet worden ist, steigt zum Zeitpunkt t3 der Impuls auf der Leitung B auf die volle Spannung (50 V), so daß nun der Thyristor T der Stufe S2 voll durchschalten kann und die zum Zünden des Thyristors T der nächsten Stufe S3 erforderliche Spannung liefert.
    Wie bei den Schaltungen nach Figur 2 und 3 ist auch bei der Schaltung nach Figur 4 in der ersten Stufe S1 ein weiterer Widerstand R1 (10 KΩ) vorhanden, der in Verbindung mit dem in Figur 5 gezeigten ersten Überspannungsimpuls zur Initialzündung der Sprengkette dient.
    Wiederum ist der gleiche Widerstand R1 in den weiteren Stufen mit Ausnahme der ersten Zündstufe S1 für die Funktion der Schaltung nicht erforderlich und daher nur gestrichelt eingezeichnet. Wie oben kann er vorgesehen sein, um die gesamte Zündkette aus identischen Gliedern aufbauen zu können. Ebenso können auch in der Schaltung nach Figur 4 in der Zündstufe zwei parallel geschaltete Zünder vorgesehen werden.
    Figur 6 zeigt eine Variante für die erste Zündstufe S1 einer Sprengkette, die im übrigen entsprechend Figur 2 aufgebaut ist. Die gleiche Variante eignet sich auch für die Schaltungen nach Figur 3 und 4.
    In der Schaltung nach Figur 6 ist der in Figur 1 gezeigte Widerstand R1 durch eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R1' (> 100 KΩ) und einem Kondensator C2 (1 µF) ersetzt. Dadurch wird erreicht, daß nur der erste auf die Ver-sorgungsleitung A gegebene Impuls von 50 V bei noch leerem Kondensator C2 in Thyristor T der ersten Stufe S1 zu zünden vermag. Der Widerstand R1' bewirkt eine derart langsame Entladung des Kondensators C2, daß alle weiteren Impulse auf der Versorgungsleitung A nicht mehr an die Steuerelektrode des Thyristors T gelangen.
    Bei der Schaltung nach Figur 6 weist also die erste Zündstufe S1 der Sprengkette eine besondere Konfiguration auf; diese bedeutet zwar, daß die Sprengkette zu arbeiten beginnt, sobald die Impulsstromquelle eingeschaltet wird, ohne daß ein Überspannungs-Initialimpuls erforderlich wäre; andererseits ist es aber nicht mehr möglich, eine funktionsfähige Sprengkette durch bloßes Abschneiden von einer längeren vorgefertigten Sprengketten zu erzeugen.
    Auch bei der in Figur 7 gezeigten Schaltungsvariante läßt sich der Thyristor T der ersten Stufe S1 ohne anfänglichen Überspannungsimpuls zünden. Die Schaltung nach Figur 7 setzt voraus, daß zur Initialzündung auf beiden Leitungen A, B kurzzeitig ein Stromimpuls erzeugt wird, der über die beiden hier vorgesehenen Widerstände R1, R1" (jeweils 10 KΩ) addiert wird. Bei dieser Version ist es wiederum möglich, die gesamte Sprengkette aus identischen Gliedern aufzubauen und somit eine funktionsfähige Sprengkette durch bloßes Abschneiden von einer größeren Länge zu gewinnen, sofern eine Verdopplung der Widerstände R1, R1" bei jeder (oder bei jeder zweiten) Zündstufe vorgesehen wird.
    Bei den Sprengkettenschaltungen nach Figur 2 bis 4 sind die geradzahligen Zündstufen untereinander und ebenso die ungeradzahligen Zündstufen untereinander identisch. Um sicherzustellen, daß beim Abschneiden einer solchen Sprengkette von einer größeren Länge eine Zündstufe des richtigen Typs die erste Stufe der Kette bildet bzw. beim Aneinanderfügen nicht zwei gleichartige Zündstufen zusammengeschlossen werden, können aufeinanderfolgende Stufen paarweise in gemeinsamen (nicht gezeigten) Gehäusen angeordnet werden.
    Die in der vorstehenden Figurenbeschreibung jeweils in Klammern angegebenen Dimensionierungen der verschiedenen Schaltungselemente stellen nur typische Werte von Ausführungsbeispielen dar.

    Claims (10)

    1. Sprengkette mit nacheinander anzusteuernden Zündstufen (S1, S2, S3, ...), wobei
      jede Zündstufe (S1, S2, S3, ...) eine Zündeinrichtung (ZE) aufweist, die zum Zünden mindestens eines Sprengsatzes mit dem Ausgangskreis eines Halbleiterschalters (T) in Serie liegt,
      die so gebildeten Serienschaltungen zwischen an eine Stromquelle angeschlossenen Versorgungsleitungen (A, B, 0) parallel geschaltet sind, und
      der Steuereingang des Halbleiterschalters (T) jeder Zündstufe (S2, S3, ...) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Halbleiterschalter (T) und der Zündeinrichtung (ZE) der jeweils vorhergehenden Zündstufe (S1, S2, ...) verbunden ist,
         dadurch gekennzeichnet,
      daß die Versorgungsleitungen (A, B, 0) in zwei von der Stromquelle abwechselnd mit Impulsen gespeiste Kanäle (A, 0; B, 0) unterteilt und aufeinanderfolgende Zündstufen (S1, S2, S3, ...) abwechselnd an den einen und den anderen Kanal angeschlossen sind, und
      daß jeder Impuls auf jeweils einem Kanal ein den vorhergehenden Impuls auf dem jeweils anderen Kanal überlappendes Anfangsintervall (t1~t3) geringerer Spannung aufweist.
    2. Sprengkette mit nacheinander anzusteuernden Zündstufen (S1, S2, S3, ...), wobei
      jede Zündstuffe (S1, S2, S3, . . .), eine Zündeinrichtung (ZE) aufweist, die zum Zünden mindestens eines Sprengsatzes mit dem Ausgangskreis eines Halbleiterschalters (T) in Serie liegt,
      die so gebildeten Serienschaltungen zwischen an eine Stromquelle angeschlossenen Versorgungsleitungen (A, B, 0) parallel geschaltet sind, und
      das Steuersignal für den Halbleiterschalter (T) jeder Zündstufe (S2, S3, ...) die Spannung eines Kondensators (C) ist, der über den Halbleiterschalters (T) der jeweils vorherigen Zündstufe (S1, S2, ...) aufladbar ist,
         dadurch gekennzeichnet,
      daß die Versorgungsleitungen (A, B, 0) in zwei von der Stromquelle abwechselnd beaufschlagte Kanäle (A, 0; B, 0) unterteilt und aufeinanderfolgende Zündstufen (S1, S2, S3, ...) abwechselnd an den einen und den anderen Kanal angeschlossen sind, und
      daß für jedes Paar von aufeinanderfolgenden Zündstufen (S1, S2) ein gemeinsamer Kondensator (C) vorgesehen ist, der über den Halbleiterschalter (T) der diesem Paar vorhergehenden Zündstufe auf einen ersten Wert und über den Halbleiterschalter (T) der ersten Zündstufe (S1) des Paares auf einen zweiten, höheren Wert aufladbar ist.
    3. Sprengkette nach Anspruch 2, wobei der Kondensator (C) mit dem Steuereingang des Halbleiterschalters (T) der ersten Zündstufe (S1) des Paares über einen ersten Widerstand (R5) und mit dem Steuereingang des Halbleiterschalters (T) der zweiten Zündstufe (S2) des Paares über einen ersten Widerstand (R7), der größer ist als der erste Widerstand (R5), verbunden ist.
    4. Sprengkette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei der in der Zündfolge ersten Zündstufe (S1) der Steuereingang und der Ausgangskreis des Halbleiterschalters (T) mit demselben Kanal verbunden sind.
    5. Sprengkette nach Anspruch 4, wobei die Stromquelle zur Ansteuerung der in der Zündfolge ersten Zündstufe (S1) einen Uberspannungsimpuls liefert.
    6. Sprengkette nach Anspruch 4, wobei der Steuereingang des Halbleiterschalters (T) bei der in der Zündfolge ersten Zündstufe (S1) über ein RC-Glied (R1', C2) an den betreffenden Kanal angeschlossen ist.
    7. Sprengkette nach Anspruch 4, wobei der Steuereingang des Halbleiterschalters (T) bei der in der Zündfolge ersten Zündstufe (S1) mit beiden Kanälen verbunden ist und die Stromquelle zur Ansteuerung der ersten Zündstufe (S1) auf beiden Kanälen einen Impuls erzeugt.
    8. Sprengkette nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeweils zwei Zündstufen (S1, S2; ...) zu einem in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Schaltungsglied zusammengefaßt und alle Schaltungsglieder gleich aufgebaut sing, und wobei nur die in der Zündfolge erste Zündstufe (S1), bei der keine vorhergehende Stufe vorhanden ist, durch einen Initialimpuls aktivierbar ist.
    9. Sprengkette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Zündeinrichtung (ZE) zwei Zünder (Z1, Z2) in Serie enthält.
    10. Sprengkette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Zündeinrichtung (ZE) zwei parallel geschaltete Zünder (Z1, Z3) enthält.
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