ES2252835T3 - Detonador con carga de ignicion flojamente compactada. - Google Patents
Detonador con carga de ignicion flojamente compactada.Info
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Abstract
Un iniciador (100) montado a partir de un alojamiento (112), una carga de salida (11) y un medio iniciador (110, 120, 58, 54) incluye una carga de ignición pulverulenta (46a) dispuesta en iniciación directa respecto del medio iniciador, y na carga de salida (¡) que puede contener una carga de deflagración a detonación (DDT) pulvelurenta (144a) y una carga básica explosiva (144b). La carga de ignición (46a) tiene una dimensión particular media inferior a 10 micras, o incluso inferior a 5 micras, por ejemplo entre 1 y 2 micras. El medio iniciador puede comprender un puente semiconductor (18) y la carga de ignición (46a) puede compactarse con una fuerza inferior a 5.880 psi, por ejemplo una c fuerza de 1.000 psi. En otro modo de realización, un iniciador (2109 incluye un iniciador eléctrico de poca energía (234), una carga de ignición BNCP envasada sin apretar (218) y una carga de salida pirotécnica (214).
Description
Detonador con carga de ignición flojamente
compactada.
La presente invención se refiere a un detonador
del tipo indicado en la porción de preámbulo de la reivindicación
1. Se conoce un detonador de dicho tipo por
US-A-4.989.515, que describe un
ignitor incluyendo un hilo puente en contacto con una carga de
ignición incluyendo termita, una composición incendiaria. La carga
de ignición está en contacto con una carga de salida de termita. La
carga de ignición es compactada a 50-70% de su
densidad máxima teórica (DMT) mientras que la carga de salida es
compactada a 90-99% DMT.
La Patente de Estados Unidos 4.727.808, concedida
el 1 de marzo de 1988 a Wang y otros, describe un detonador
iniciado eléctricamente, unos medios de ignición tales como cabezal
fusible (9) o un hilo de resistencia eléctrica, hilo de detonación
de baja energía, tubo NONEL o fusible de seguridad (véase la columna
4, líneas 41-44 y la columna 7, líneas
21-28) y una carga de iniciación en relación de
iniciación a él. La carga de iniciación incluye un explosivo
secundario, tal como PETN (tetranitrato de pentaeritritol), RDX
(ciclo-1,3,5-trimetilen-2,4,6-trinitramina),
o su mezcla, con un tamaño de partícula que puede ser inferior a 30
micras (\mum) y que se puede comprimir a una densidad en el rango
de 1,2 a 1,6 gramos por centímetro cúbico (g/cc) (véase la columna
5, líneas 11-32). La carga de iniciación se utiliza
para iniciar la carga base del detonador. Una carga intermedia puede
estar dispuesta entre la carga de iniciación y la carga base y
puede tener una densidad aún menor, por ejemplo, de 0,8 a 1,4 g/cc
(véase la columna 5, líneas 33-45). El ejemplo 7
muestra una prueba que emplea PETN a un tamaño de partícula de 5 a
15 \mum y un apisonamiento de 133 kg para una vaina de contención
que tiene un diámetro externo de 6,5 milímetros (mm)
\hbox{y un grosor de pared de 0,6 mm.}
Los "medios de ignición" indicados en la
patente de Wang y otros toman o emiten grandes cantidades de energía
con relación a elementos de iniciación de baja energía tal como
SCBs. Además, dados los tipos de medios de ignición contemplados
por Wang y otros, el tiempo de función para los detonadores
descritos será del orden de aproximadamente 50 microsegundos. A
causa de este tiempo de función prolongado, los detonadores de Wang
y otros tienen que realizar el confinamiento y cámara vacía en el
detonador para evitar que la vaina del detonador sea destruida por
los productos gaseosos de la carga de ignición antes de que se
inicie la reacción de detonación en la carga base. En la
realización de la figura 13, el interior hueco del fusible de
seguridad 16 proporciona la cámara vacía para este dispositivo.
Fyfe y otros, en un artículo titulado "BNCP
Prototype Detonator Studies Using a Semiconductor Bridge
Initiator", describe el uso de BNCP
(tetraamina-cis-bis
(5-nitro-2H-tetrazorato-N^{2})
cobalto (III) perclorato) para uso en detonadores eléctricos que
incorporan un puente semiconductor (SCB) en confinamientos soldados
de acero inoxidable 304. Un dispositivo de prueba contenía 25
miligramos de BNCP prensados a 7,03 kg/mm^{2} (10.000 psi); otro
contenía 49 miligramos de BNCP prensados a 14,06 Kg/mm^{2} 20.000
psi).
Pruebas de sensibilidad de ignición para dos
tamaños de partícula diferentes de BNCP, 15 y 25 micras, realizadas
con un tiempo de subida de 15 microsegundos, mostraron que las
partículas más grandes tardaban aproximadamente el doble en
inflamarse que las partículas más pequeñas a 3,5 amps, y, a 1,5
amps, las partículas más pequeñas se inflamaban, pero las
partículas más grandes no. Además, a un tiempo de subida de
cincuenta microsegundos, las partículas más pequeñas eran menos
sensibles a la temperatura que las partículas más grandes.
El SCB empleado por Fyfe y otros medía 90 x 270 x
2 \mum, y consumía varios miliJoules de energía para inflamar el
BNCP. El no disparo a 1 vatio, 1 amperio referido de estos
detonadores indica que la carga de BNCP actuaba como un disipador
térmico que disipaba rápidamente el calentamiento óhmico del SCB a
la corriente de no disparo de 1 vatio, 1 amperio. Tal absorción de
calor bajo condiciones de no disparo indica que el BNCP estaba
altamente compactado.
Un fabricante de BNCP ha publicado literatura de
producto proponiendo el uso de BNCP en lugar de azida de plomo como
una carga de iniciación explosiva primaria y que BNCP es un
explosivo DDT con una densidad máxima teórica de 2,03 g/cc.
La Patente de Estados Unidos 4.484.960 de Rucker,
de 27 de noviembre de 1984, describe un detonador de hilo puente
incluyendo una composición de ignición de boro/óxido férrico. Las
partículas de óxido férrico están en el rango de 0,2 a 1,2 \mum.
En el ejemplo, la composición de ignición se carga floja en una
vaina del detonador en contacto con el hilo puente.
La presente invención se define en la
reivindicación 1. Así, la invención proporciona un detonador
incluyendo una caja, unos medios de iniciación electrónicos de baja
energía en la caja, y una carga de ignición dispuesta en la caja en
relación de iniciación directa a los medios de iniciación y en un
estado de compactación, preferiblemente de menos de 4,92
Kg/mm^{2} (7.000 psi). La carga de ignición sirve para producir
una señal de deflagración en la caja en respuesta a una señal de
iniciación de baja energía de los medios de iniciación, e incluye
partículas que tienen un tamaño medio de partícula de menos de 10
\mum. También hay una carga de salida en la caja para producir
una señal de salida en respuesta a la señal de deflagración de la
carga de ignición.
Según un aspecto de la invención, la carga de
ignición puede estar dispuesta en una forma polvorienta y se puede
someter a una fuerza de compactación de menos de 4,1 Kg/mm^{2}
(5.880 psi). Por ejemplo, la carga de ignición se somete a una
fuerza de compactación de menos de 2,11 Kg/mm^{2} (3.000 psi), o
inferior a 1,41 Kg/mm^{2} (2.000 psi).
Preferiblemente, la carga de ignición incluye
BNCP.
Según esta invención, el detonador incluye unos
medios de iniciación para producir una señal de iniciación que
libera menos de aproximadamente 850 microJoules a la caja.
Opcionalmente, los medios de iniciación pueden liberar menos de
aproximadamente 425 microJoules a la caja, o menos de
aproximadamente 250 microJoules, o incluso menos de aproximadamente
100 microJoules a la caja.
Se prefiere en general que la carga de ignición
incluya partículas de BNCP que tienen un tamaño medio de menos de
10 \mum, o menos de 5 \mum, por ejemplo, con un diámetro medio
del orden de desde aproximadamente 0,5 \mum a 2 \mum.
Típicamente, los medios de iniciación incluyen un
elemento de iniciación de puente semiconductor (SCB).
Según otro aspecto de esta invención, el
iniciador incluye una carga de ignición dispuesta en estado de
compactación de menos de 65,9 por ciento de su densidad máxima
teórica (DMT). Por ejemplo, la carga de ignición puede estar
dispuesta en forma polvorienta y está en un estado de compactación
en el rango de aproximadamente 49 a 65 por ciento de su DMT, o del
orden de desde aproximadamente 49 a aproximadamente 59 por ciento de
su DMT.
En realizaciones más específicas, la invención
proporciona una unidad de iniciación de baja energía en la caja
incluyendo un SCB y una carga de ignición dispuesta en la caja en
relación de iniciación directa al SCB. La carga de ignición puede
incluir BNCP que tiene un tamaño de partícula de menos de 10 \mum
de diámetro medio y en un estado de compactación de menos de 4,92
Kg/mm^{2} (7.000 psi).
Opcionalmente, la carga de ignición puede incluir
una bola adherente dispuesta en el SCB. La bola puede incluir una
mezcla de BNCP y un aglutinante.
En una realización concreta, el iniciador puede
incluir una vaina de contención fijada a los medios de iniciación
en la caja, y la carga de ignición puede estar dispuesta dentro de
la vaina de contención.
La figura 1A es una vista esquemática, en parte
en sección transversal, que muestra un detonador según una
realización de la presente invención.
La figura 1B es una vista, ampliada con relación
a la figura 1A, de la copa de aislamiento y componentes de la carga
de inflamación del detonador de la figura 1A.
La figura 2 es una vista en perspectiva
parcialmente en sección transversal de una unidad de iniciación que
incluye una carga de ignición según una realización de la
invención.
La figura 2A es una vista parcial similar a la
figura 2 de una unidad de iniciación según otra realización de la
invención.
La figura 3 es una vista esquemática en sección
transversal de un iniciador de salida pirotécnico según una
realización concreta de la presente invención.
La figura 4 es una vista en perspectiva ampliada
del conjunto iniciador de puente semiconductor (SCB) del detonador
de la figura 3.
La figura 5A es una vista ampliada en alzado del
elemento iniciador de SCB en el conjunto iniciador de la figura
4.
Y la figura 5B es una vista del elemento
iniciador de SCB de la figura 5A tomada a lo largo de la línea
5B-5B.
La presente invención se refiere a una mejora en
la iniciación de detonadores e iniciadores pirotécnicos (denominados
a veces colectivamente aquí "dispositivos de salida rompedora"
o "iniciadores"). Un dispositivo de salida rompedora según la
presente invención incluye en general una caja que contiene una
carga de salida, unos medios de iniciación de baja energía y una
carga de ignición entre los medios de iniciación y la carga de
salida. La carga de ignición está configurada de manera que sea
sensible a la baja energía emitida por los medios de iniciación, y
tenga suficiente energía de salida para iniciar la carga de salida.
La carga de salida proporciona la señal de salida principal del
dispositivo.
Los medios de iniciación de la presente invención
proporcionan una señal de iniciación de baja energía para el
interior de la caja de detonador tal como la que puede proporcionar
un elemento iniciador de puente semiconductor de 1 ohmio que mide
17 x 36 x 2 micras ("\mum"), que puede consumir menos de
aproximadamente 850 microJoules para producir un plasma de
iniciación.
En un dispositivo de salida rompedora según la
presente invención, la carga de ignición está dispuesta en la caja
de manera que permita que sea iniciada por una señal de energía más
baja procedente de los medios de iniciación que la que habría sido
efectiva para iniciadores de la técnica anterior. Por ejemplo, un
SCB de 1 ohmio que mide 17 x 36 x 2 \mum puede iniciar una carga
de ignición según la presente invención con menos de
aproximadamente 850 microJoules de energía.
La carga de ignición es sensible a los medios de
iniciación y, después de la iniciación, proporciona en la caja una
deflagración por combustión rápida suficiente para iniciar la carga
de salida. La carga de ignición de la presente invención tiene en
general un tamaño medio de partícula de menos de 10 micras, y se
empaqueta preferiblemente de forma suelta en la caja, por ejemplo,
a una presión de compactación de menos de 4,92 Kg/mm^{2} (7.000
libras por pulgada cuadrada ("psi")), como se describe más
adelante. La carga de ignición está dispuesta en relación de
iniciación directa a los medios de iniciación, es decir, no hay
carga interviniente entre la salida de los medios de iniciación y
la carga de ignición, y, preferiblemente, no hay espacio vacío entre
ellos. Típicamente, los medios de iniciación incluyen un puente
semiconductor (SCB) que está en contacto físico directo con la
carga de ignición. Preferiblemente, la carga de ignición incluye
BNCP.
En el caso de un dispositivo de salida rompedora
según esta invención que incluye un detonador, la carga de salida
incluye un material explosivo. Opcionalmente, la carga de salida de
un detonador puede incluir una carga base y una carga distinta de
transición de deflagración a detonación (DDT) para producir una
señal de detonación para iniciar la carga base. En algunas
realizaciones de dichos detonadores, la carga base puede incluir el
mismo material reactivo que la carga DDT pero, en otras
realizaciones, puede incluir materiales diferentes. Por ejemplo, en
una realización, la carga DDT puede incluir BNCP y la carga base
puede incluir PETN (tetranitrato de pentaeritritol), pero en otras
realizaciones, la carga DDT y la carga base pueden incluir, por
ejemplo, BNCP. Como es conocido en la materia, una carga DDT se
presenta preferiblemente en forma de partículas más grandes que una
carga de ignición. Por consiguiente, la carga DDT de la presente
invención incluye preferiblemente partículas que tienen un tamaño
medio de 25 \mum o mayor. En el caso alternativo de un iniciador
pirotécnico según esta invención, la carga de salida incluye
típicamente un material pirotécnico con la exclusión sustancial de
material explosivo que generará una señal de salida de
detonación.
Con referencia ahora a la figura 1A se muestra un
detonador digital de retardo según una realización de la presente
invención. El detonador de retardo 100 incluye medios de iniciación
para proporcionar una señal de entrada no eléctrica al interior del
detonador. Los medios de iniciación en la realización ilustrada
incluyen un tubo de choque 110, una carga multiplicadora 120, un
módulo transductor 58 y un módulo electrónico 54. El módulo
transductor convierte la señal de entrada no eléctrica en una señal
electrónica. A efectos de fabricación, el módulo transductor 58 se
fija a un extremo del módulo electrónico 54 y se fija un tapón de
transición 46 incluyendo la carga de ignición al otro extremo para
formar una unidad de iniciación de retardo electrónica 55, que se
describe con más detalle más adelante.
Como es conocido por los expertos en la materia,
el tubo de choque incluye tubo hueco de plástico, cuya pared
interior está recubierta con un material explosivo de manera que, a
la ignición, se propague a través del tubo una onda de choque de
baja energía. Véase, por ejemplo, Thureson y otros, Patente de
Estados Unidos 4.607.573, concedida el 26 de agosto de 1986. Se ha
de entender, sin embargo, que se puede usar otros medios no
eléctricos de transmisión de señal tal como un hilo de detonación,
hilo de detonación de baja energía, tubo de choque de baja
velocidad y análogos. En general, en la realización ilustrada se
puede emplear cualquier medio no eléctrico adecuado de transmisión
de señal de impulso.
El tubo de choque 110 se monta en una vaina del
detonador o caja 112 por medio de un casquillo adaptador 114
alrededor del que se riza una caja generalmente tubular 112 en
frunces 116, 116a para fijar el tubo de choque 110 y formar un
sello protector del medio ambiente entre el casquillo adaptador 114
y la superficie exterior de tubo de choque 110. La caja 112 tiene
un extremo abierto 112a que recibe el casquillo 114 y el tubo de
choque 110, y un extremo opuesto cerrado 112b. La caja 112 se hace
de un material conductor eléctrico, usualmente aluminio, y es
preferiblemente del tamaño y forma de las cápsulas de detonación
convencionales, es decir, detonadores. Una caja de aluminio típica
tiene un diámetro interno de 6,6 mm (0,26 pulgada) y un diámetro
externo de 7,52 mm (0,296 pulgada). Un segmento 110a de tubo de
choque 110 se extiende dentro de la caja 112 y termina en un
extremo 110b muy cerca de, o en contacto de tope con, una copa
antiestática de aislamiento 118.
La copa de aislamiento 118, como se aprecia bien
en la figura 1B, es de un tipo conocido en la técnica y se hace de
un material semiconductor, por ejemplo, un material polimérico
relleno de carbono, de manera que forme un recorrido a tierra para
disipar la electricidad estática que pueda avanzar a lo largo del
tubo de choque 110. Por ejemplo, véase la Patente de Estados Unidos
3.981.240 de Gladden, concedida el 21 de septiembre de 1976. Una
carga de inflamación de baja energía 120 está colocada junto a, y en
relación de comunicación de fuerza con, la copa de aislamiento 118.
Como se aprecia bien en la figura 1B, la copa de aislamiento 118
incluye, como es conocido en la técnica, un cuerpo generalmente
cilíndrico (que tiene generalmente forma de un cono truncado, con
el diámetro mayor colocado más próximo al extremo abierto 112a de la
caja 112) que se divide por una membrana fina rompible 118b en una
cámara de entrada 118a y una cámara de salida 118c. El extremo 110b
del tubo de choque 110 (figura 1A) se recibe dentro de la cámara de
entrada 118a (el tubo de choque 110 no se representa en la figura
1B para mayor claridad de la ilustración). La cámara de salida 118c
proporciona un espacio de aire o separador entre el extremo 110b
del tubo de choque 110 y la carga multiplicadora 120. En la
operación, la onda de choque que avanza a través del tubo de choque
110 romperá la membrana 118b y atravesará el separador
proporcionado por la cámara de salida 118c y chocará con la carga
multiplicadora 120 y la detonará.
La carga multiplicadora 120 incluye una pequeña
cantidad de un explosivo primario 124 tal como azida de plomo (o un
explosivo secundario adecuado tal como PETN o BNCP), en el que está
dispuesto un primer elemento amortiguador (no explosivo) 126. El
primer elemento amortiguador 126, que está situado entre la copa de
aislamiento 118 y el explosivo primario 124, protege el explosivo
primario 124 contra la presión a la que se somete durante la
fabricación.
Un amortiguador no conductor 128 (no representado
en la figura 1A), que mide típicamente 0,76 mm (0,030 pulgada) de
grueso, está situado entre la carga multiplicadora 120 y un módulo
transductor 58 (descrito con más detalle más adelante) para aislar
eléctricamente el módulo transductor 58 de la carga multiplicadora
120.
La copa de aislamiento 118, el primer elemento
amortiguador 126, y la carga multiplicadora 120 se pueden montar
convenientemente en una vaina multiplicadora conductora eléctrica
132 como se representa en la figura 1B. La superficie exterior de
la copa de aislamiento 118 está en contacto conductivo con la
superficie interior de la vaina multiplicadora 132 que a su vez
está en contacto conductivo con la caja 112 para proporcionar un
recorrido de la corriente eléctrica para la electricidad estática
descargada del tubo de choque 110. En general, la vaina
multiplicadora 132 se introduce en la caja 112 y la caja 112 se riza
para retener en ella la vaina multiplicadora 132 así como para
proteger el contenido de la caja 112 contra el entorno.
Como se indicó anteriormente, el módulo
transductor 58 se acopla con un módulo electrónico 54 que a su vez
está conectado a un tapón de transición 46 para formar una unidad de
iniciación de retardo electrónica 55. Un manguito de acero
opcional, de extremos abiertos 21 rodea el módulo electrónico 54 y
el tapón de transición 46 para protegerlos contra la deformación
lateral de la caja 112. El tapón de transición 46 incluye una carga
de ignición según la presente invención, como se describirá más
completamente a continuación con relación a la figura 2. Junto al
tapón de transición 46 hay un segundo elemento amortiguador opcional
142, que es similar al primer elemento amortiguador 126. El segundo
elemento amortiguador 142 separa el tapón de transición 46 de la
carga de salida 144, que incluye una carga DDT 144a que es sensible
a la carga de ignición del módulo electrónico 54 y que es capaz de
convertir la señal pirotécnica de la carga de ignición en el tapón
de transición 46 a una señal de onda de choque de detonación. La
carga de salida 144 incluye preferiblemente una carga base 144b de
explosivo secundario, por ejemplo, PETN, RDX
(ciclo-1,3,5-trimetilen-2,4,6-trinitramina)
o análogos, que proporciona la principal salida explosiva del
detonador, que se puede usar para iniciar un explosivo multiplicador
fundido, dinamita, etc.
La figura 2 proporciona una vista en perspectiva
parcialmente en sección transversal de una unidad electrónica de
iniciación de baja energía 55. El módulo electrónico 54 de la unidad
de iniciación 55 incluye varios componentes de circuito incluyendo
un temporizador de circuito integrado 22, una resistencia
temporizadora 36, un circuito integrado de conmutación 20, un
condensador de almacenamiento 12, una resistencia de drenaje 16 y
cables de salida 37 que proporcionan un terminal de salida. Los
varios componentes están dispuestos dentro de una encapsulación
protectora 15. También hay un puente semiconductor (SCB) 18 que mide
17 x 36 x 2 \mum, dispuesto a través de cables de salida 37, que
suministra la señal de iniciación al interior de la caja de
detonador. El tapón de transición 46 incluye una vaina de
contención 46b que se riza sobre la región de cuello 44 de la
encapsulación 15. La vaina de contención 46b contiene y sujeta una
carga de ignición 46a en relación de iniciación directa a SCB 18.
En otros términos, no hay carga interviniente de material reactivo o
un espacio vacío entre la carga de ignición 46a y el SCB 18. Para
disponer el SCB 18 en relación de iniciación directa con la carga de
ignición 46a en el detonador ilustrado, el SCB 18 se puede embeber
en la carga de ignición 46a, como se representa. La carga de
ignición 46a puede incluir, por ejemplo, aproximadamente de 10 a 20
miligramos de un material explosivo primario o un sustituto
adecuado del mismo, tal como BNCP. Preferiblemente, la carga de
ignición 46a consta esencialmente de BNCP, con la exclusión de
materiales que evitarían la iniciación de BNCP en las condiciones
descritas en la presente memoria, es decir, a baja compactación,
confinamiento suave e iniciación a baja energía.
Como se ha indicado anteriormente, la carga de
ignición 46a incluye partículas pequeñas, por ejemplo, con un
tamaño medio de partícula de menos de 10 \mum. Además, la carga
está preferiblemente en un estado de baja compactación o baja
densidad. En la realización ilustrada, antes de fijar el tapón de
transición 46 a la encapsulación 15, la carga de ignición
polvorienta 46a se dispone suelta en la vaina 46b, que está
dimensionada y configurada para recibir el extremo de encapsulación
15. Por ejemplo, la carga de ignición 46a se puede verter a la vaina
46b en forma en polvo y permanecer allí sin someterse a
apisonamiento o "compresión" o "compactación", excepto en
la medida en que el SCB 18 y el extremo del módulo electrónico
producen compactación cuando el SCB se introduce en la carga de
ignición 46a, que se puede reducir por consiguiente. Esto contrasta
con la práctica de la técnica anterior que describía una
compactación, por ejemplo, a 7,03 Kg/mm^{2} (10.000 psi).
Opcionalmente, se puede realizar compactación suave a menos de 4,92
Kg/mm^{2} (7.000 psi), por ejemplo, menos de 2,81 Kg/mm^{2}
(4.000 psi), menos de 2,11 Kg/mm^{2} (3.000 psi) o menos de 1,41
Kg/mm^{2} (2.000 psi), por ejemplo 0,70 Kg/mm^{2} (1.000 psi).
El extremo de salida 39 del módulo electrónico 54 y la encapsulación
15 se presiona a la carga de ignición 46a. Una ventaja del uso de
dichas presiones de compactación bajas es que se reduce en conjunto
la posibilidad de dañar el SCB 18 y el módulo electrónico 54 porque
no hay que someter el módulo electrónico 54 a altas fuerzas de
montaje. Como resultado, la carga de ignición 46a se comprime
ligeramente dentro de la vaina de contención 46b. La vaina de
contención 46b se riza después sobre la región de cuello 44 para
fijar el tapón de transición 46 sobre la encapsulación 15. El rizado
y la resistencia estructural de la vaina 46b son suficientes para
evitar que los pasos de montaje siguientes que implican moderada
fuerza axial impongan presión adicional entre la carga de ignición
46a y el módulo electrónico 54. Así, el estado de baja compactación
de la carga de ignición se conserva aunque los pasos de montaje
siguientes impliquen el uso de cierta presión. La vaina de
contención 46b se hace de aluminio de 0,127 mm (0,005 pulgada) de
grueso o de un material de resistencia similar, y por lo tanto no
proporciona el grado de contención evidentemente usado por Fyfe y
otros en la descripción explicada anteriormente, pero puede resistir
bajas fuerzas de montaje aplicadas axialmente. El manguito 21 es
útil para soportar fuerzas de montaje axiales y así proteger el
tapón de transición 46 contra la compactación adicional. Sin
embargo, dado que el manguito 21 es de extremos abiertos, no
contribuye considerablemente a la contención de la carga de ignición
46a, de modo que incluso con la vaina 46b, el manguito 21 y la caja
112, la carga de ignición 46a no está altamente confinada.
Los Solicitantes han hallado que la sensibilidad
de las partículas de BNCP no sólo depende del tamaño, sino que
también queda afectada por la presión de compactación. Esta
conclusión se extrajo de los resultados de pruebas en las que se
compactaron polvos de ignición de BNCP de 10 \mum y BNCP de 2
\mum a varias presiones para intentar la iniciación por SCBs de 1
ohmio. Los SCBs medían 17 x 36 x 2 \mum en "fragmentos" de
sustrato de silicio y se dispararon usando energía de una unidad de
descarga de condensador de 0,47 microfaradios. Los fragmentos de
SCB se montaron usando un adhesivo epoxídico dieléctrico sobre
plataformas compuestas de Kovar, una marca comercial registrada de
CRS Holdings, Inc., que tiene cables conductores que se extienden a
su través, conocido en la técnica como una unidad de cabecera. El
BNCP se presionó con fuerza variable a soportes de carga de acero a
los que se unieron las unidades de cabecera. Los SCBs se dispararon
a varios voltajes, con los resultados indicados en
Tabla I.
Tabla I.
Tamaño de partícula | Presión de compactación | Voltaje de disparo | Disparo (Sí)/ |
BNCP medio (\mum) | Kg/mm^{2} (Kpsi) | (voltios) | Fallo (No) |
10 | 7,03 (10) | 100 | Sí |
10 | 7,03 (10) | 60 | Sí |
10 | 7,03 (10) | 40 | Sí |
10 | 4,92 (7) | 100 | Sí |
10 | 4,92 (7) | 60 | Sí |
10 | 4,92 (7) | 40 | No |
10 | 2,81 (4) | 100 | No |
2 | 0,70 (1) | 60 | Sí |
2 | 0,70 (1) | 40 | Sí |
2 | 0,70 (1) | 40 | Sí |
2 | 0,70 (1) | 30 | Sí |
2 | 0,70 (1) | 25 | Sí |
Los datos de la TABLA I muestran que a medida que
disminuye la presión de compactación de BNCP, 10 \mum de BNCP
resultan cada vez más insensibles a la iniciación a baja energía. A
4,92 Kg/mm^{2} (7.000 psi), se precisaba una carga de 60 voltios
(correspondiente a un nivel de energía almacenada de aproximadamente
850 microJoules, de los que aproximadamente la mitad se estima que
han sido consumidos por la circuitería de disparo) para iniciar el
BNCP; 40 voltios eran inadecuados. A 2,81 Kg/mm^{2} (4.000 psi),
ni siquiera 100 voltios iniciaban BNCP de 10 \mum. Sin embargo,
los Solicitantes hallaron que BNCP con tamaños de partícula medios
de menos de 10 \mum, por ejemplo, aproximadamente 2 \mum, la
sensibilidad se incrementa a un grado en el que se podría lograr
iniciación con menos de 60 voltios.
Se realizaron pruebas similares mezclando BNCP de
2 \mum con nitrocelulosa y transformando la mezcla en una pasta,
como se describe más adelante. Se aplicaron bolas de la pasta a SCBs
como se ha descrito anteriormente y se dejaron secar. Los SCBs se
disparan usando varios niveles de voltaje y la ignición del BNCP se
logró en el rango de 100 a 30,5 voltios; no se produjo ignición a
30 voltios. Otras pruebas usando BNCP de 1 \mum mostraron que se
alcanzaba iniciación a 25 voltios. Todos los tiempos de función eran
aproximadamente 10 microsegundos o menos.
Un resultado inesperado de preparar un iniciador
con una carga de ignición según la presente invención es que la
iniciación se produce tan rápidamente que se reduce la necesidad de
confinar los materiales reactivos en el detonador. Por ejemplo,
Fyfe y otros consideraron necesario proporcionar un grado
significativo de confinamiento para garantizar la adecuada
iniciación de una carga BNCP en un detonador, pero examinaban BNCP
altamente compactado en un rango de tamaño de 15 a 25 micras. Por
otra parte, la Patente de Estados Unidos 4.727.808 de Wang y otros,
citada anteriormente, describe la necesidad de un espacio vacío en
el detonador. El espacio vacío permite la disipación de presión de
la carga de ignición. Dicha disipación es necesaria porque la carga
de ignición se quema tan lentamente que la acumulación de presión
puede dañar el detonador antes de que se inicie la carga explosiva.
En contraposición, la carga de ignición de la presente invención
logra una tasa de reacción tan alta que la señal de ignición se
transfiere a la carga de salida antes de que se pueda producir daño
nocivo en el iniciador. Por consiguiente, se ha eliminado la
necesidad de un alto grado de confinamiento o un espacio vacío en
la caja. La presente invención puede expresarse opcionalmente como
proporcionar uno o ambos de confinamiento suave y contacto directo
entre la carga de ignición y los medios de iniciación, en vez de
confinamiento fuerte y espacios vacíos para expansión de los gases
producto de la carga de ignición producto gases, respectivamente.
Sin embargo, si se desea, se puede emplear estructuras que
proporcionan confinamiento fuerte.
Además, la carga de ignición se puede iniciar
fiablemente con menos energía que la que se precisaba en la técnica
anterior. Por ejemplo, una carga de ignición de partículas pequeñas,
empaquetada suelta, dispuesta en comunicación de iniciación directa
con un puente semiconductor puede ser iniciada por el puente
semiconductor con menos de aproximadamente 0,25 miliJoule de
energía. La unidad electrónica de iniciación de un detonador para
uso con la presente invención se puede configurar para proporcionar
menos de 0,1 miliJoule (100 microJoules) de energía. En una
realización concreta, se alcanzó una iniciación satisfactoria con
una unidad de iniciación configurada para proporcionar
aproximadamente 0,068 miliJoule. En contraposición, los detonadores
de la técnica anterior requieren que el elemento de iniciación SCB
esté provisto de al menos 0,25 miliJoule o más. Véase, por ejemplo,
US 5.309.841 de Hartman y otros en la columna 7, líneas
10-15 (0,25 miliJoule); US 4.708.060 de Bickes,
Jr., y otros, Ejemplo 1 y columna 6, líneas 7-11
(proponiendo el uso de un puente semiconductor que mide 17 x 35 x 2
micras y disparado con 1 a 5 miliJoules).
Preferiblemente, el tamaño de partícula de la
carga de ignición polvorienta es tal que el diámetro de la partícula
media no sea mayor que la longitud del puente semiconductor del
circuito de retardo 134. En una realización concreta incluyendo un
puente semiconductor de 17 micras (\mum) de largo (medido en la
dirección de hilo de salida a hilo de salida) x 36 \mum de ancho
x 2 \mum de fondo, el diámetro medio de partícula es inferior a
10 \mum, preferiblemente inferior a 5 \mum y puede ser, por
ejemplo, del orden de 0,5 a 2 \mum.
Como se ha sugerido anteriormente, el circuito de
retardo encapsulado se puede comprimir a la carga de ignición 46a
con poca presión con relación a los detonadores de la técnica
anterior. La presión de apisonamiento en la carga de ignición puede
ser menos de aproximadamente 2,81 Kg/mm^{2} (4.000 psi), por
ejemplo, o incluso inferior a 1,41 Kg/mm^{2} (2.000 psi). En un
proceso de montaje concreto, el módulo electrónico 54 se puede
comprimir a la carga de ignición 46a con una fuerza de
aproximadamente 0,70 Kg/mm^{2} (1.000 psi). La densidad
resultante de la carga de ignición 46a será considerablemente
inferior a la de las cargas de ignición convencionales. En
realizaciones típicas de esta invención, la carga de ignición 46a se
presiona a menos de 80 por ciento de su densidad máxima teórica
("DMT"), por ejemplo, la carga de ignición 46a se puede
comprimir a menos de 65,9 por ciento de su DMT. Por ejemplo, una
carga de ignición 46a incluyendo BNCP puede tener una densidad en
el rango de 1 a 1,32 gramos por centímetro cúbico (g/cc)
(aproximadamente 49 a 65 por ciento DMT) por ejemplo, la carga de
ignición 46a puede tener una densidad en el rango de desde
aproximadamente 1 a 1,2 g/cc (aproximadamente 49 a aproximadamente
59 por ciento DMT). Con la carga de ignición en dicho estado de
compactación baja, no se depende de los elementos estructurales de
un detonador según la presente invención, es decir, la caja 112, el
tapón de transición 46, y el manguito 21, para realizar el
confinamiento de la carga DDT, y se pueden hacer de material menos
rígido y más fino del que se requeriría si tuviese que resistir la
presión de 7,03 Kg/mm^{2} (10.000 psi) o 14,06 Kg/mm^{2}
(20.000 psi), como describe Fyfe. Tales elementos estructurales
proporcionarían entonces confinamiento suave de la carga de
ignición en lugar de confinamiento fuerte como describen Fyfe y
otros. La baja presión de apisonamiento entre la encapsulación, el
circuito electrónico de retardo y la carga de ignición es ventajosa
porque reduce la posibilidad de que el proceso de montaje dañe el
SCB 18 y/o el circuito electrónico de retardo.
En realizaciones alternativas, una bola
incluyendo la carga de ignición polvorienta se puede aplicar o
adherir directamente sobre el SCB 18, para garantizar buen contacto
físico de las partículas de la carga de ignición con el SCB. La
bola, que se aplica típicamente como una pasta de partículas que se
puede secar en el SCB y así adherirse a él, proporciona típicamente
aproximadamente 5 miligramos (mg) o menos de material reactivo
sólido en el SCB, y el SCB recubierto se puede comprimir al resto en
polvo de la carga de ignición en el tapón de transición 46. Dicha
pasta incluye la carga de ignición particulada en un medio fluido
tal como agua, líquido orgánico volátil, o análogos y,
opcionalmente, un aglutinante. Preferiblemente, el aglutinante
incluye material reactivo tal como nitrocelulosa. Opcionalmente, la
bola puede incluir totalmente la carga de ignición del detonador, y
el SCB recubierto se puede comprimir a la carga de salida, por
ejemplo, a la porción de carga DDT de una carga de salida. El SCB
recubierto con bola se puede comprimir a una carga incluyendo
material adicional de carga de ignición o material de grado DDT,
con una fuerza de menos de 4,92 Kg/mm^{2} (7.000 psi), como se
ha descrito anteriormente. Alternativamente, el tapón 46 puede ser
de extremos abiertos y se puede llenar con la pasta después de
fijarse a la encapsulación 15. La pasta se seca después antes de
introducir el módulo electrónico en la caja de detonador.
En todas las realizaciones en las que el BNCP se
deposita como una bola en el SCB, el material en la bola secada
experimenta solamente la presión de compactación con la que la bola
se presiona a una carga siguiente u otro componente en la caja de
detonador.
Como se indica en la figura 2, el módulo
electrónico 54 se puede dimensionar y configurar de manera que tenga
cables de salida eléctrica 37 que sobresalgan a la carga de
ignición 46a de manera que el SCB 18 pueda estar rodeado por, o
embebido en, la carga de ignición 46a. Tal disposición mejora la
fiabilidad con la que el SCB 18 inicia la carga de ignición 46a
dejando un alto grado de contacto superficial entre ellos, en
contraposición a tener un SCB montado plano en un sustrato de
soporte.
El módulo electrónico 54 se diseña de manera que
los cables de salida 37 y los cables eléctricos de entrada 56
sobresalgan de respectivos extremos opuestos del módulo electrónico
54. El módulo transductor 58, que incluye un transductor
piezoeléctrico 14 y dos cables de transferencia 62, se encierra
dentro de una encapsulación de transductor 64 que está dimensionada
y configurada para enganchar el manguito 21 de manera que el módulo
transductor 58 se pueda fijar sobre el extremo del manguito 21 con
cables de transferencia 62 en contacto con cables de entrada 56.
Preferiblemente, el módulo electrónico 54, el manguito 21 y el
módulo transductor 58 están dimensionados y configurados de manera
que, cuando estén montados, como se representa en la figura 2, se
cree un intervalo de aire indicado en 66 entre el módulo electrónico
54 y el módulo transductor 58. De esta forma, el módulo electrónico
54 está protegido al menos parcialmente contra el impulso de presión
inicial que hace que el transductor piezoeléctrico 14 cree el pulso
eléctrico que activa el módulo electrónico 54. La presión impuesta
por dicho pulso inicial es transferida mediante el módulo
transductor 58 sobre el manguito 21, como se indica con flechas de
fuerza 68, en vez de sobre el módulo electrónico 54.
La carga de ignición 46a se dispone en la caja de
detonador en relación de transferencia de señal a la porción de
carga DDT 144a de la carga de salida 144. Como se ha indicado
anteriormente, la función de carga DDT 144a es convertir la señal
pirotécnica de la carga de ignición 46a en una señal de detonación
suficiente para iniciar una salida de detonación de la carga base
144b de la carga de salida 144. La carga de salida 144 proporciona
la salida explosiva para el detonador e incluye en general un
material explosivo secundario. Según la presente invención, la
carga DDT 144a es una carga polvorienta incluyendo partículas más
grandes que las utilizadas convencionalmente en la técnica anterior
que pueden incluir, por ejemplo, aproximadamente 75 a 150 miligramos
de material. Las partículas de DDT bastas tienen generalmente al
menos aproximadamente 25 micras de diámetro, preferiblemente al
menos 50 micras de diámetro y, en una realización concreta, tienen
un diámetro medio en el rango de aproximadamente 100 a 120 micras.
En una realización preferida de la invención, la carga DDT 144a
incluye BNCP que se puede comprimir en la caja de detonador con una
presión de apisonamiento de, por ejemplo, aproximadamente 7,03
Kg/mm^{2} (10.000 psi). Tal carga DDT tendrá típicamente una
profundidad de aproximadamente 6,35 mm (1/4 pulgada) en una caja de
detonador que tiene un diámetro interno de 6,6 mm (0,26 pulgada) y
un diámetro externo de 7,52 mm (0,296 pulgada).
La carga base 144b incluye un material explosivo
secundario, por ejemplo, PETN, que es iniciado por la carga DDT
144a y que proporciona la señal de salida para el detonador.
Opcionalmente, la carga base 144b puede incluir el mismo material
explosivo que la carga DDT 144a, por ejemplo, ambas cargas pueden
incluir BNCP. Sin embargo, BNCP es relativamente caro, de modo que
se prefiere limitar el BNCP a la carga de ignición y la carga DDT,
y utilizar PETN, que es menos caro que BNCP, para la carga base del
detonador. El uso de BNCP en unión con la carga base secundaria es
ventajoso con relación al uso de azida de plomo porque BNCP carece
de plomo y por lo tanto es más aceptable desde el punto de vista
del medio ambiente y del peligro para la salud. Además, BNCP tiene
una mayor fuerza de salida que la azida de plomo, y así contribuye a
la salida explosiva del detonador en mayor grado que la azida de
plomo. Como resultado, la cantidad de explosivo secundario de la
carga base 144b se puede reducir proporcionalmente. El explosivo
secundario de la carga base 144b se dispone en una cantidad
adecuada para producir (en combinación con la salida de la carga
cebada) una señal de salida de la intensidad deseada. Una cantidad
típica de material de carga base es aproximadamente 500 a 1000
miligramos.
Un detonador, tal como el detonador 100, se puede
montar introduciendo diversos elementos en una caja de detonador
metálica típica que tiene un extremo cerrado y un extremo abierto.
Los elementos se introducen en la caja secuencialmente,
disponiéndose el primer elemento contra el extremo cerrado de la
caja. En un procedimiento de montaje adecuado para el detonador
100, la carga de salida 144 se puede comprimir a la parte inferior,
es decir, al extremo cerrado de la caja 112 bajo presión normal de
apisonamiento, por ejemplo, una carga base 144b de PETN se puede
comprimir a 7,03 Kg/mm^{2} (10.000 psi) en la caja 112. Se dispone
un segundo elemento amortiguador 142 junto a la carga de salida
144. A continuación se introduce la unidad de iniciación 55 en la
caja 112 junto al segundo elemento amortiguador 142. Esto coloca el
tapón de transición 46 en relación de iniciación a la carga de
salida 144 y dispone el módulo transductor 58 hacia el extremo
abierto de la caja de detonador. La carga multiplicadora 120 se
sitúa así en relación de transferencia de señal con el módulo
transductor 58. El extremo del tubo de choque 110, que está
encerrado por el casquillo adaptador 114, se introduce en el
extremo abierto de la caja de detonador 112 de manera que el extremo
110b del tubo de choque 110 enganche la copa de aislamiento 118
dentro de la vaina multiplicadora 132. En ese punto, la caja de
detonador 112 se riza en frunces 116, 116a para fijar el tubo de
choque 110 y la unidad de iniciación en la caja de detonador. La
carga de ignición de la unidad de iniciación 55 se prepara como se
ha descrito anteriormente, de manera que, en el detonador acabado,
la carga de ignición permanezca empaquetada suelta.
En la operación, una señal emitida por el tubo de
choque 110 (figura 1A) inicia la carga multiplicadora 120, que
produce un impulso de presión que activa el transductor
piezoeléctrico 14 (figura 2). El pulso de energía eléctrica
producido por el transductor piezoeléctrico 14 es recibido y
almacenado por el módulo electrónico 54 durante un período de
retardo predeterminado. La energía eléctrica es liberada a
continuación al SCB 18 para proporcionar la señal de salida de los
medios de iniciación del detonador 100. La carga de ignición 46a,
al estar en relación de iniciación directa con los medios de
iniciación, es decir, con el SCB 18, se inicia por lo tanto, e
inicia la carga DDT 144a, que proporciona una onda de choque de
detonación para iniciar la carga base 144b (figura 1A).
Un iniciador según la presente invención que
genera una señal pirotécnica de salida, es decir, que produce una
salida incluyendo calor, llama y gases calientes en lugar de una
señal de detonación, tiene varios usos, incluyendo, por ejemplo, la
iniciación de cargas generadoras de gas de un airbag de seguridad de
automóvil. Tal iniciador puede incluir un SCB que se dispara en
respuesta a un impulso eléctrico generado por un sensor en el
amortiguador del automóvil al producirse un impacto. La señal
generada por el sensor puede ser una señal de baja energía como se
ha descrito anteriormente y el SCB se puede configurar de forma
similar al SCB de la unidad de iniciación 55 (figura 2). En el caso
de un iniciador de airbag, la circuitería de retardo de tiempo no
es necesaria en general. En cambio, el SCB puede estar montado en
una cabecera y se puede conectar directamente a cables eléctricos
para la señal de entrada de iniciación.
Un iniciador de salida pirotécnico según la
presente invención se representa esquemáticamente en la figura 3.
El iniciador 210 incluye una caja 212 que tiene una configuración
generalmente cilíndrica con un extremo cerrado 212a y un extremo
abierto 212b y contiene una carga de salida pirotécnica 214 y una
carga de ignición 218. La carga de ignición 218 incluye
preferiblemente una carga empaquetada suelta de BNCP como se ha
descrito anteriormente, por ejemplo, para la carga de ignición 46a
(figura 2). La carga de salida 214 incluye un material pirotécnico
tal como zirconio perclorato de potasio, titanio perclorato de
potasio, etc. Cables de entrada 226a y 226b se extienden al
interior de la caja 212 y están fijados en ella por un casquillo de
cierre 228 y frunce 230. Los cables de entrada 226a y 226b llevan
una señal eléctrica de iniciación a un módulo iniciador 234. El
módulo iniciador 234, mejor representado en la figura 4, incluye un
elemento iniciador de puente semiconductor 236. Cuando la señal
eléctrica de iniciación es transferida mediante cables de entrada
226a y 226b al módulo iniciador 234, el elemento iniciador de SCB
236 inicia la carga de ignición 218 (figura 3), iniciando así la
carga de salida del detonador. El casquillo 228 (con cables 226a,
226b) y el módulo iniciador 234 incluyen un conjunto iniciador
235.
El casquillo 228 (figura 4) tiene una porción de
cabeza 228a dentro de la que se disponen espárragos conectores 238a
y 238b. El casquillo 228 se forma preferiblemente de un material
polimérico sintético elástico. La porción de cabeza 228a del
casquillo 228 es generalmente cilíndrica y tiene un diámetro que
corresponde aproximadamente al diámetro interior de la caja de
detonador (no representada), por ejemplo aproximadamente 5,9 mm
(0,233 pulgada). El resto del casquillo 228 está dividido en la
costura 240 para facilitar la introducción de los extremos
expuestos de los cables eléctricos 226a y 226b en los extremos
abiertos de los espárragos conectores 238a y 238b. El aro de
fijación 242 aplica una presión de fijación en la porción de cabeza
228a del casquillo 228 para contribuir a fijar los cables 226a y
226b en los espárragos conectores 238a y 238b, respectivamente.
El módulo iniciador 234 incluye una pastilla
generalmente cilíndrica no conductora 244 que se puede formar de un
material polimérico, por ejemplo, una resina epoxi. Terminales
conectores 246 y 248 se extienden a través de la pastilla 244 a la
superficie superior 234a y la superficie inferior 234b. Cerca de la
superficie inferior 234b, los terminales conectores 246 y 248
forman rebajes de acoplamiento 246a, 248a, que están dimensionados
y configurados para enganchar espárragos conectores 238a y 238b en
el casquillo 228. El elemento iniciador de SCB 236 se adhiere a la
superficie superior 234a de la pastilla 244, preferiblemente entre
los terminales conectores 246 y 248, de cualquier manera
conveniente, por ejemplo, con adhesivo epoxídico. Dos hilos de unión
de aluminio de 0,127 mm (0,005 pulgada) 252, 254 se extienden entre
los extremos expuestos de los terminales conectores 246 y 248 y los
adaptadores conductores asociados (no representados) en el elemento
iniciador de SCB 236, y se pueden soldar sónicamente en posición a
cada extremo mediante un proceso conocido en la técnica.
Al igual que el casquillo 228, la pastilla 244 es
generalmente cilíndrica y tiene un diámetro D que corresponde al
diámetro interno de la caja de detonador (no representada).
Preferiblemente, los espárragos conectores 238a, 238b y los rebajes
de acoplamiento 246a, 248a están configurados de manera que, una vez
introducidos los espárragos 238a y 238b en los rebajes 246a, 248a,
se retengan con sujeción en ellos, por ejemplo, con un mecanismo de
bloqueo tal como un retén de resorte de láminas en los espárragos
238a, 238b y las ranuras correspondientes en los rebajes de
acoplamiento 246a, 248a. Así, el módulo iniciador 234 y el casquillo
228 (incluyendo los cables 226a, 226b) se unirán para constituir el
conjunto iniciador 235 y para proporcionar continuidad eléctrica
entre los cables 226a, 226b y los hilos de unión 252, 254. El
conjunto iniciador 235 permite transportar una señal de iniciación
desde un dispositivo externo al interior del detonador y, en
particular, a la carga de ignición.
Con referencia ahora a las figuras 5A y 5B, se ve
que el elemento iniciador del SCB 236 incluye un sustrato no
conductor eléctrico 256 que puede incluir una base de silicio 256a
con una capa de dióxido de silicio 256b. (Es conocido en la técnica
el uso de zafiro como sustrato, y también se podría utilizar otros
materiales como alúmina. Se prefiere el silicio a causa de sus
propiedades térmicas favorables). Sobre la capa de dióxido de
silicio 256b hay una capa de 2 micras de grosor de material
semiconductor 258 que puede incluir una capa semiconductora de
polisilicio dopada con fósforo en una configuración de reloj de
arena con dos adaptadores separados 258a, 258b (figura 5B) unidos
por un puente de película fina 260. El puente 260 tiene una anchura
260a, una longitud 260b y un grosor igual al grosor de la capa 258.
Un grosor típico de la capa semiconductora 258 es dos micras. El
nivel de dopado en la capa 258, que determina la resistividad del
material semiconductor, se coordina con la longitud planeada 260b
(figura 5B) y la anchura 260a y el grosor del puente semiconductor
260 que se extenderá entre las mesetas metalizadas para proporcionar
la resistencia deseada entre ellos.
El elemento iniciador del SCB 236 se puede
fabricar por procedimientos conocidos que implican enmascarado
fotolitográfico, deposición química en fase vapor, etc, para
controlar exactamente el grosor, la configuración y la
concentración de dopado de cada capa de material, produciendo un
rendimiento altamente consistente para grandes cantidades de
SCBs.
En la fabricación del iniciador 210 (figura 3),
la carga base 214 se presiona a la caja vacía 212. La carga de
ignición 218 se dispone suelta dentro de la caja 212 encima de la
carga base 214, pero no se compacta en ella. Los cables de entrada
226a y 226b se fijan por separado en el casquillo 228, y el módulo
iniciador 234, que se fabrica como se ha descrito anteriormente, se
fija al casquillo 228 introduciendo espárragos conectores 238a y
238b en rebajes de acoplamiento 246a, 248a, para formar el conjunto
iniciador. Después, el conjunto iniciador se introduce en la caja a
una profundidad a la que el elemento iniciador del SCB 236 contacta
la carga base 214 con un mínimo de fuerza de compresión. Se aplica
típicamente una presión máxima de aproximadamente 0,70 Kg/mm^{2}
(1.000 psi) al conjunto iniciador. Cuando el conjunto iniciador está
en posición, se forma el frunce 230 en la caja 212 para retener el
casquillo 228 en posición.
Cuando se recibe de los cables 226a y 226b una
señal de baja energía eléctrica de iniciación, el puente 260
(figura 5B) se vaporiza, iniciando la carga de ignición 218, que a
su vez inicia la carga base 214, que penetra en la vaina 212 para
emitir una señal pirotécnica.
Aunque todas las realizaciones ilustradas
muestran detonadores cuyos medios de iniciación incluyen elementos
de retardo, la invención abarca los llamados detonadores
"instantáneos", que carecen de todo elemento de retardo
significativo. Además, los medios de iniciación pueden ser
totalmente electrónicos en lugar de depender de una línea de
transmisión de señal no eléctrica, si se desea.
Claims (21)
1. Un detonador incluyendo
una caja (112) en la que se ha dispuesto unos
medios de iniciación para producir una señal de iniciación, una
carga de ignición (46a) y una carga de salida (144),
caracterizado porque
- dicha señal de iniciación es una señal de baja
energía que libera menos de aproximadamente 850 microJoules a dicha
caja (112),
- dicha carga de ignición (46a) está dispuesta en
relación de iniciación directa a dichos medios de iniciación para
producir una señal de deflagración en dicha caja en respuesta a la
señal de iniciación de baja energía de dichos medios de iniciación,
y porque
- dicha carga de salida (144) produce una señal
de salida de detonación en respuesta a la señal de deflagración de
dicha carga de ignición (46a).
2. El detonador según la reivindicación 1,
incluyendo medios de iniciación para liberar menos de
aproximadamente 425 microJoules a la caja (112).
3. El detonador según la reivindicación 2,
incluyendo medios de iniciación para liberar menos de
aproximadamente 250 microJoules a la caja (112).
4. El detonador según la reivindicación 3,
incluyendo medios de iniciación para liberar menos de
aproximadamente 100 microJoules a la caja (112).
5. El detonador según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, donde la carga de ignición (46a) incluye
partículas que tienen un tamaño medio de menos de 10 \mum.
6. El detonador según la reivindicación 5, donde
la carga de ignición (46a) incluye partículas que tienen un tamaño
medio de partícula de menos de 5 \mum.
7. El detonador según la reivindicación 6, donde
la carga de ignición (46a) incluye partículas que tienen un
diámetro medio del orden de desde aproximadamente 0,5 \mum a 2
\mum.
8. El detonador según la reivindicación 5, donde
la carga de ignición (46a) incluye partículas de BNCP.
9. El detonador según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, donde los medios de iniciación incluyen un
elemento de iniciación de puente semiconductor (SCB) (18).
10. El detonador según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, donde la carga de ignición (46a) es una
carga de ignición polvorienta en un estado de compactación de menos
de 49 MPa (7000 psi), y la carga de ignición incluye partículas que
tienen un tamaño medio de partícula de menos de 10 \mum.
11. El detonador según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 9, donde la carga de ignición (46a) es una
carga de ignición polvorienta en un estado de compactación de menos
de 49 MPa (7000 psi).
12. El detonador según la reivindicación 10 o 11,
donde la carga de ignición está dispuesta en una forma polvorienta
y se somete a una fuerza de compactación de menos de 41,2 MPa (5880
psi).
13. El detonador según la reivindicación 12,
donde la carga de ignición se somete a una fuerza de compactación
de menos de 21 MPa (3000 psi).
14. El detonador según la reivindicación 13,
donde la carga de ignición se somete a una fuerza de compactación
de menos de 14 MPa (2000 psi).
15. El detonador según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, estando la carga de ignición (46a) en forma
polvorienta y teniendo una densidad de menos de 65,9 por ciento de
su densidad máxima teórica (DMT).
16. El detonador según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 14, donde la carga de ignición (46a) tiene
una densidad de menos de 65,9 por ciento de su densidad máxima
teórica (DMT).
17. El detonador según la reivindicación 15 o 16,
donde la carga de ignición (46a) tiene una densidad del orden de
desde aproximadamente 49 a 65 por ciento de su DMT.
18. El detonador según la reivindicación 17,
donde la carga de ignición (46a) tiene una densidad del orden de
desde aproximadamente 49 a aproximadamente 59 por ciento de su
DMT.
19. El detonador según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 18, donde la carga de ignición (46a) incluye
una bola adherente dispuesta en el elemento de iniciación de puente
semiconductor (18).
20. El detonador según la reivindicación 19,
donde la bola incluye una mezcla de BNCP y un aglutinante.
21. El detonador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores incluyendo una vaina de contención (46b)
fijada a los medios de iniciación en la caja (112), donde la carga
de ignición (46a) está dispuesta dentro de la vaina de contención
(46b).
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