WO1996004522A1 - Nichtelektrischer sprengzünder - Google Patents

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WO1996004522A1
WO1996004522A1 PCT/EP1995/003084 EP9503084W WO9604522A1 WO 1996004522 A1 WO1996004522 A1 WO 1996004522A1 EP 9503084 W EP9503084 W EP 9503084W WO 9604522 A1 WO9604522 A1 WO 9604522A1
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delay
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detonator
switch
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PCT/EP1995/003084
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Inventor
Friedrich Heinemeyer
Helmut ZÖLLNER
Original Assignee
Dynamit Nobel Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C15/00—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges
    • F42C15/40—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges wherein the safety or arming action is effected electrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/12—Bridge initiators
    • F42B3/121—Initiators with incorporated integrated circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C11/00—Electric fuzes
    • F42C11/06—Electric fuzes with time delay by electric circuitry

Definitions

  • the invention relates to a non-electric detonator according to the preamble of claim 1.
  • Ignition hose is fired a delay set in the detonator. After the delay set has blown, a primary charge is ignited.
  • This primary charge can consist of an initial explosive (preferably lead azide) or a DDT-capable charge.
  • the detonative effect of the primary charge initiates the undercharging, which in turn initiates the implementation of the explosive surrounding the detonator.
  • the delay times in conventional pyrotechnic delay systems can include can be adjusted by the sentence compilation, the sentence density and the length of the sentence column.
  • the conventional pyrotechnic detonators used to date show a statistical scatter in their delay times, which limits the spacing and number of time stages.
  • pyrotechnic kits tend to change their burning behavior, so that the simultaneous use of new and longer stored detonators can lead to problems.
  • the production of high quality delay detonators is associated with great effort and the quality is fundamentally limited by the physical properties of the delay set systems used.
  • a generic detonator with digital delay is known from DE-A1 -42 18 881. This detonator consists of a tubular housing which surrounds a delay detonator and which is closed at one end and connected to a shock wave tube (ignition hose) at the other end.
  • the energy output of the ignition hose actuates an initial ignition charge, the energy output of which is directed at a piezoceramic transducer in order to generate an electrical energy output.
  • This electrical energy output is applied to a delay circuit, which serves to control an ignition signal which is applied to an ignition element after a predetermined time delay has elapsed.
  • the invention has for its object to improve a non-electric detonator according to the preamble of claim 1 such that it is more reliable and safe with respect to the energy source for the delay circuit and is still inexpensive to manufacture.
  • the detonator should allow longer delay times and thus higher number of times.
  • the energy source is an electrolytic current source, which is not detonatively activated or started.
  • ignition hose is understood to mean all non-electrical signal and energy transmission devices such as detonating cord, detonating cord, detonating cord with low energy, etc. However, the ignition hose is only used for switching.
  • the delay time is factory set in the electronic
  • Delay circuit set. They are triggered via the ignition tube, which activates or starts an energy source in the time delay circuit, whereby the delay circuit starts.
  • two preferred embodiments are provided for starting the delay circuit. Both embodiments have in common that the ignition tube for providing energy is not connected downstream additional charging (to convert the detonation energy into electrical energy) is required since the energy source is an electrolytic current source according to the invention.
  • the ignition hose with little detonative effect is only used for "switching on” or "triggering".
  • the invention differs fundamentally from the prior art, where a piezo element is used as the current source and an upstream detonative charge is required.
  • an active battery and a switch which sets the delay circuit in motion are arranged in the delay ignition element, the switch being actuated by the ignition of the ignition hose.
  • a battery e.g. a commercially available lithium manganese dioxide button cell can be used.
  • Mechanical or optoelectronic switches, thermal switches or ion current switches are preferably used as switches.
  • Piston switches or membrane switches are preferably suitable as mechanical switches which are actuated by the pressure generated by the ignition hose.
  • Optoelectronic switches are actuated by the light generated by the ignition tube. They are carried out, e.g. as a self-holding photo transistor circuit.
  • Thermal switches are operated by the heat generated by the ignition hose, e.g.
  • ion current switches take advantage of the ionizing property of the shock wave of the ignition tube. In the presence of an ionizing gas, the ion current switch makes contact between two poles.
  • a serial combination of the aforementioned principles is preferably used.
  • a battery or thermal battery that can be activated by the ignition of the ignition hose is arranged in the delay ignition element and, after activation, starts the delay circuit.
  • Activatable batteries and thermal batteries have the advantage of long shelf life. In addition, no additional switch is required.
  • the delay ignition element which is charged, for example, by the battery.
  • the delay ignition element consists of a delay circuit - timer or timer - with an output stage and an energy source that can be activated or started.
  • the secondary igniter is connected to it.
  • the delay circuit is e.g. an analog RC combination, the time delay being given by the time constant R C, or a digital counter and an externally switchable oscillator.
  • the time delay is defined by the external elements R and C.
  • the oscillator is a standard component. Adjustable digital counters with an integrated oscillator are also useful.
  • the time delay is determined by the external setting of a counter by e.g. Bond realized. This module is commercially available and is e.g. used in the watch industry.
  • the output stage serves as an electrical switch between the power supply and the secondary ignition element. It is controlled by the pulse of the timer.
  • the output stage can be implemented using a transistor or thyristor or Darlington circuit.
  • the secondary ignition element serves to initiate the active charge of the detonator, preferably via a primary charge of lead azide, but also free of primary substances, e.g. as a DDT charge.
  • the secondary igniter is e.g. a 20 ohm squib (adapted to the battery power), a detonator or a metal layer element.
  • Fig. 2 schematically shows block diagrams of two embodiments of the detonator according to the invention.
  • the detonator 1 according to the invention shown in Fig. 1 has an elongated housing 2 in the form of a cylindrical tubular sleeve made of metal, e.g. made of copper.
  • the sleeve is closed at the front end 15 and has an opening 16 at its rear end, through which an ignition hose 26 enters the outside through a plug (not shown)
  • the ignition hose 26 consists of a tubular sheath with an explosive 27 applied to the inner wall.
  • An electronic delay ignition element (EDE) 20 is arranged in front of the ignition hose 26.
  • This delay ignition element 20 includes a delay circuit 7 with an output stage for a secondary ignition element 5 (ignition pill), which is arranged behind the delay ignition element 20.
  • the delay ignition element 20 also has an active or activatable battery and a switch. This will be described in more detail with reference to FIG. 2.
  • the primary charge 3 is housed in a metal body 22 - a so-called NME body (non-mass-explosive) for protection against impact loads.
  • a DDT charge can also be used instead of the primary charge.
  • FIG. 2 shows two embodiments of FIGS. 2a, 2b of the delay ignition element 20. All embodiments have in common that the detonator according to the invention has an ignition hose 26.
  • the delay ignition element 20 is started.
  • the secondary ignition element 5 is ignited via the output stage, whereupon the charges 3, 4 detonate.
  • FIG. 2a shows an embodiment in which a battery 12 or thermal battery that can be activated by the ignition of the ignition hose 26 is arranged in the delay ignition element 20 as an energy source. This battery 12 supplies the current for the delay circuit 7 and the ignition of the secondary ignition element 5. The battery 12 is activated by the action of the ignition hose 26.
  • a switch 11 and an active battery 10 are arranged in the delay ignition element 20.
  • the switch 11 is actuated by the action of the ignition hose 26 and starts the delay circuit 7.
  • a capacitor is integrated in the delay ignition element 20 for temporary storage.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen nichtelektrischen Sprengzünder (1) mit einem Gehäuse (2), einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Sprengladung (3, 4), einem sekundären Anzündelement (5) zum Zünden der Sprengladung (3, 4), einer elektronischen Verzögerungsschaltung (7) mit einer Endstufe, die eine eingestellte feste Verzögerung der Zündung des sekundären Anzündelementes (5) nach Eintreffen eines Startimpulses bewirkt, und einem in das Gehäuse (2) führenden Anzündschlauch (26), dessen Wirkung eine Energiequelle in einem Verzögerungszündelement (20) aktiviert bzw. in Gang setzt, wodurch die Verzögerungsschaltung (7) startet. Zur Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit in bezug auf die Energiequelle für die Verzögerungsschaltung (7) und zur Verlängerung der Verzögerungszeiten wird vorgeschlagen, daß die Energiequelle eine elektrolytische Stromquelle ist, welche nicht detonativ aktiviert bzw. in Gang gesetzt wird.

Description

Nichtelektrischer Sprengzünder
Die Erfindung betrifft einen nichtelektrischen Sprengzünder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Sprengtechnik ist es üblich, die auf eine Vielzahl von Bohrlöchern verteilte Sprengstoffmenge nicht zeitgleich durch Momentzünder zu initiieren, sondern auf verschiedene Zeitstufen zu verteilen. Man erreicht auf diese Weise eine Minimierung der mit der Sprengung verbundenen Erschütterungen und eine gezielte Zerkleinerung des Haufwerkes. Das Abtun der Sprengung erfolgt heutzutage hauptsächlich mit konventionellen elektrischen oder nichtelektrischen Zündsystemen, denen ein pyrotechnisches Verzögerungsprinzip zugrunde liegt. Die Intervalle zwischen den einzelnen Zeitstufen betragen typischerweise 20 bis 500 ms, während die Anzahl der Zeitstufen je pyrotechnischem System etwa bei 20 liegt.
Bei konventionellen nichtelektrischen Sprengzündern mit Anzündung über einen
Anzündschlauch wird ein Verzögerungssatz im Sprengzünder gezündet. Nach Durchbrennen des Verzögerungssatzes wird eine Primärladung gezündet. Diese Primärladung kann aus einem Initialsprengstoff (vorzugsweise Bleiazid) oder einer DDT-fähigen Ladung bestehen. Die detonative Wirkung der Primärladung initiiert die Unterladung, die ihrerseits die Umsetzung des den Zünder umgebenden Sprengstoffes einleitet. Die Verzögerungszeiten bei konventionellen pyrotechnischen Verzögerungssystemen können u.a. durch die Satzzu¬ sammenstellung, die Satzdichte und die Länge der Satzsäule eingestellt werden.
Die bisherigen konventionellen pyrotechnischen Sprengzünder zeigen in ihren Verzögerungszeiten verfahrensbedingt eine statistische Streuung, die Abstand und Anzahl der Zeitstufen begrenzt. Pyrotechnische Sätze neigen bei langer Lagerung zur Veränderung ihres Durchbrennverhaltens, so daß die gleichzeitige Verwendung von neuen und länger gelagerten Sprengzündern zu Problemen führen kann. Die Produktion qualitativ hochwertiger Verzögerungszünder ist mit hohem Aufwand verbunden und die Qualität durch die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Verzögerungssatzsysteme grundsätzlich begrenzt. Aus der DE-A1 -42 18 881 ist ein gattungsgemäßer Zünder mit digitaler Verzögerung bekannt. Dieser Zünder besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse, das einen Verzögerungszünder umgibt, und das an einem Ende geschlossen ist und am anderen Ende mit einem Stoßwellenrohr (Anzündschlauch) verbunden ist. Der Energieausgang des Anzündschlauches betätigt eine Initialzündladung, deren Energieausgang auf einen piezokeramischen Wandler gerichtet ist, um einen elektrischen Energieausgang zu erzeugen. Dieser elektrische Energieausgang wird an eine Verzögerungsschaltung gelegt, wobei diese zum Steuern eines Zündsignals dient, das an ein Zündelement nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeitverzögerung angelegt wird.
Ein ähnlicher Zünder ist in der WO 89/01601 offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nichtelektrischen Sprengzünder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu verbessern, daß er in Bezug auf die Energiequelle für die Verzögerungsschaltung zuverlässiger und sicherer ist und dabei dennoch kostengünstig zu fertigen ist. Außerdem soll der Sprengzünder längere Verzögerungszeiten und damit höhere Zeitstufenzahlen ermöglichen.
Erfinduπgsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die Energiequelle eine elektrolytische Stromquelle ist, welche nicht detonativ aktiviert bzw. in Gang gesetzt wird.
Unter dem Begriff Anzündschlauch werden alle nichtelektrischen Signal- und Energieübertragungseinrichtungen wie beispielsweise Sprengschnur, Zünd¬ schnur, Sprengschnur mit schwacher Energie etc. verstanden. Der Anzünd¬ schlauch dient jedoch lediglich zur Schaltung.
Die Verzögerungszeit wird werkseitig in der elektronischen
Verzögerungsschaltung eingestellt. Ihre Auslösung erfolgt über den Anzündschlauch, welcher eine Energiequelle im Zeitverzögerungsschaltkreis aktiviert bzw. in Gang setzt, wodurch die Verzögerungsschaltung startet.
Erfindungsgemäß sind zwei bevorzugte Ausführungsformen zum Starten der Verzögerungsschaltung vorgesehen. Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der Anzündschlauch zur Energiebereitstellung keine nachgeschaltete zusätzliche Aufladung (zur Umwandlung der Detonationsenergie in elektrische Energie) benötigt, da die Energiequelle erfindungsgemäß eine elektrolytische Stromquelle ist. Der Anzündschlauch mit geringer detonativer Wirkung dient lediglich zum "Anschalten" bzw. "Auslösen". Hierin unterscheidet sich die Erfindung grundlegend vom Stand der Technik, wo ein Piezoelement als Stromquelle verwendet wird und eine vorgeschaltete detonative Aufladung erforderlich ist.
Bei der ersten bevorzugten Variante sind im Verzögerungszündelement eine aktive Batterie und ein die Verzögerungsschaltung in Gang setzender Schalter angeordnet, wobei der Schalter durch die Zündung des Anzündschlauches betätigt wird. Als Batterie kann z.B. eine handelsübliche Knopfzelle des Typs Lithium-Mangan-Dioxid verwendet werden. Als Schalter werden bevorzugt mechanische oder optoelektronische Schalter, Thermoschalter oder lonenstromschalter verwendet. Als mechanische Schalter, die durch den vom Anzündschlauch erzeugten Druck betätigt werden, eignen sich bevorzugt Kolbenschalter oder Membranschalter. Optoelektronische Schalter werden durch das vom Anzündschlauch erzeugte Licht betätigt. Ausgeführt werden sie, z.B. als selbsthaltende Fototransistorschaltung. Thermoschalter werden durch die vom Anzündschlauch erzeugte Wärme betätigt, z.B. durch Schmelzen einer Isolierschicht zwischen zwei Kontakten, lonenstromschalter nutzen die ionisierende Eigenschaft der Stoßwelle des Anzündschlauches aus. Bei Vorhandensein eines ionisierenden Gases stellt der lonenstromschalter einen Kontakt zwischen zwei Polen her. Vorzugsweise wird eine serielle Kombination aus den vorgenannten Prinzipien angewendet.
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist im Verzögerungszündelement eine durch die Zündung des Anzündschlauches aktivierbare Batterie oder Thermobatterie angeordnet, die nach Aktivierung die Verzögerungsschaltung in Gang setzt. Aktivierbare Batterien und Thermobatterien haben den Vorteil der langen Lagerfähigkeit. Außerdem ist kein zusätzlicher Schalter erforderlich.
Es ist in einigen Fällen zweckmäßig, im Verzögerungszündeiement einen Kondensator anzuordnen, der z.B. von der Batterie aufgeladen wird. Das Verzögerungszündelement besteht, wie schon ausgeführt, aus einer Verzögeruπgsschaltung - Zeitglied bzw. Timer - mit einer Endstufe und einer aktivierbaren bzw. in Gang setzbaren Energiequelle. Das sekundäre Anzündelement ist daran angeschlossen.
Die Verzögerungsschaltung ist z.B. eine analoge RC-Kombination, wobei die Zeitverzögerung durch die Zeitkonstante R C gegeben ist, oder ein digitaler Zähler und ein extern beschaltbarer Oszillator. Die Zeitverzögerung wird durch die externen Elemente R und C definiert. Der Oszillator ist ein handelsüblicher Baustein. Ferner sind auch einstellbare digitale Zähler mit integriertem Oszillator zweckmäßig. Die Zeitverzögerung wird durch externe Einstellung eines Zählers durch z.B. Bondung realisiert. Dieser Baustein ist handelsüblich und wird z.B. in der Uhrenindustrie verwendet.
Die Endstufe dient als elektrischer Schalter zwischen der Energieversorgung und dem sekundären Anzündelement. Sie wird durch den Impuls des Timers angesteuert. Technisch ist die Endstufe durch einen Transistor oder Thyristor oder Darlington Schaltung realisierbar.
Das sekundäre Anzündelement dient zur Initiierung der Wirkladung des Zünders, vorzugsweise über eine Primärladung aus Bleiazid, jedoch auch primärstofffrei, z.B. als DDT-Ladung. Das sekundäre Anzündelement ist z.B. eine 20 Ohm Zündpille (der Batterieleistung angepaßt), ein Detonator oder ein Metallschichtelement.
Vorteile der Erfindung liegen in:
a) dem höheren Energieinhalt zur Versorgung der Elektronik aufgrund der Verwendung von Batterien und damit
b) längere Verzögerungszeiten als bei den bisher bekannten Sprengzündern und damit
c) höhere Zeitstufenzahlen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, die nachfolgend eingehend erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Sprengzünder und
Fig. 2 schematisiert Blockschaltbilder zweier Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sprengzünders.
Der in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Sprengzünder 1 weist ein langgestrecktes Gehäuse 2 in Form einer zylindrischen rohrförmigen Hülse auf, die aus Metall, z.B. aus Kupfer, besteht. Die Hülse ist am vorderen Ende 15 geschlossen und weist an ihrem rückwärtigen Ende eine Öffnung 16 auf, durch die über einen Stopfen (nicht gezeigt) ein Anzündschlauch 26 von außen in das
Hülseninnere hineinführt. Der Anzündschlauch 26 besteht aus einer schlauchförmigen Hülle, mit einem auf die innere Wandung aufgebachten Sprengstoff 27.
Vor dem Anzündschlauch 26 ist ein elektronisches Verzögerungszündelement (electronic clelay ejement - EDE) 20 angeordnet. Dieses Verzögerungszünd¬ eiement 20 beinhaltet eine Verzögerungsschaltung 7 mit einer Endstufe für ein sekundäres Zündelement 5 (Anzündpille), welches hinter dem Verzögerungs¬ zündeiement 20 angeordnet ist.
Das Verzögerungszündelement 20 weist ferner je nach Ausführungsform noch eine aktive oder aktivierbare Batterie und einen Schalter auf. Genauer wird dies noch anhand von Fig. 2 beschrieben.
Im vorderen Ende des Gehäuses 2 bzw. im Hülsenkopf ist eine Primärladung 3
(z.B. Bleiazid) und eine Sekundärladung 4 (Sprengstoff wie z.B. PETN oder RDX) angeordnet. Die Primärladung 3 ist zum Schutz gegen Schlagbelastung in einem Metallkörper 22 - einem sogenannten NME-Körper (Nicht-Masseπ- Explosionsgefährlich) - untergebracht. Anstelle der Primärladung kann auch eine DDT-Ladung verwendet werden.
Fig. 2 zeigt zwei Ausführungsformen Fig. 2a, Fig. 2b des Verzögerungszünd¬ elementes 20. Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der erfindungs¬ gemäße Sprengzünder einen Anzündschlauch 26 aufweist. Bei der Zündung des Anzündschlauches 26 wird das Verzögerungszündelement 20 gestartet. Nach der in der Verzögerungsschaltung 7 eingestellten Verzögerungszeit wird das sekundäre Zündelement 5 über die Endstufe gezündet, worauf die Ladungen 3, 4 detonieren. Fig. 2a zeigt eine Ausführungsform, bei der im Verzögerungszündelement 20 eine durch die Zündung des Anzündschlauches 26 aktivierbare Batterie 12 oder Thermobatterie als Energiequelle angeordnet ist. Diese Batterie 12 liefert den Strom für die Verzögerungsschaltung 7 und die Zündung des sekundären Zündelementes 5. Die Batterie 12 wird durch die Wirkung des Anzündschlauchs 26 aktiviert.
In der in Fig. 2b gezeigten Ausführungsform ist im Verzögerungszündelement 20 ein Schalter 11 und eine aktive Batterie 10 angeordnet. Der Schalter 11 wird durch die Wirkung des Anzündschlauches 26 betätigt und startet die Verzögerungsschaltung 7.
Ggf. wird zur Zwischenspeicherung ein Kondensator im Verzögerungszünd- element 20 integriert.

Claims

Patentansprüche
1.) Nichtelektrischer Sprengzünder (1 ) mit einem Gehäuse (2), einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Sprengladung (3,4), einem sekundären
Anzündelement (5) zum Zünden der Sprengladung (3,4), einer elektronischen Verzögerungsschaltung (7) mit einer Endstufe, die eine eingestellte feste Verzögerung der Zündung des sekundären Anzündelementes (5) nach Eintreffen eines Startimpulses bewirkt und einem in das Gehäuse (2) führenden Anzündschlauch (26), dessen
Wirkung eine Energiequelle in einem Verzögerungszündelement (20) aktiviert bzw. in Gang setzt, wodurch die Verzögerungsschaltung (7) startet, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle eine elektrolytische Stromquelle ist, welche nicht detonativ aktiviert bzw. in Gang gesetzt wird.
2.) Sprengzünder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im
Verzögeruπgszündelement (20) zusätzlich ein die Verzögerungsschaltung
(7) in Gang setzender Schalter (11 ) angeordnet ist, wobei der Schalter (11 ) durch die Wrkung des Anzündschlauchs (26) betätigt wird und die elektrolytische Stromquelle eine aktive Batterie (10) ist.
3.) Sprengzünder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (11) ein mechanischer oder optoelektronischer Schalter oder ein Thermoschalter oder ein lonenstromschalter ist.
4.) Sprengzünder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Stromquelle eine aktivierbare Batterie (12) oder Thermobatterie ist, die nach Aktivierung durch den Anzündschlauch (26) die Verzögerungsschaltung (7) in Gang setzt.
5.) Sprengzünder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Verzögerungszündelement (20) ein Kondensator angeordnet ist.
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