WO2004076960A1 - Elektrischer detonator - Google Patents

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WO2004076960A1
WO2004076960A1 PCT/EP2004/001733 EP2004001733W WO2004076960A1 WO 2004076960 A1 WO2004076960 A1 WO 2004076960A1 EP 2004001733 W EP2004001733 W EP 2004001733W WO 2004076960 A1 WO2004076960 A1 WO 2004076960A1
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layer
resistance
electrical
charge
explosive
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PCT/EP2004/001733
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Inventor
Andreas Mai
Heinz Schäfer
Andreas Zemia
Helmut ZÖLLNER
Original Assignee
Dynitec Gmbh
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    • 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
    • F42B3/124—Bridge initiators characterised by the configuration or material of the bridge

Definitions

  • the invention relates to an electrical detonator with a. Ignition element, which acts as an electrical resistance, in which a short-term thermal due to the electrical energy introduced while destroying the resistance. Energy conversion takes place leading to the ignition of an initial explosive.
  • the ignition takes place either by means of a wire made to glow and melt, as is known from DE-OS 2824568, by evaporation of a metal layer at a spark point, by passage of current through an electrically conductive initial charge.
  • the object of the present invention is to present an electrical detonator which is simpler in construction and which is capable of detonating the initial explosives or initial explosive mixtures in conventional detonators with an energy expenditure that is at most equivalent.
  • the detonator according to the invention has a so-called sheet resistance as the ignition element.
  • a layer forming the electrical resistance is applied to a carrier, the substrate.
  • the substrate is made of a material that is considered.
  • Carrier of electrical or electronic circuits or suitable for insulation purposes preferably made of ceramic or plastic, for example the material of a printed circuit board.
  • the layer can consist of pastes and / or oxides which can be assigned to the series of platinum metals such as osmion, rhodium, iridium, ruthenium are, which is preferably applied to a surface of the substrate by screen printing. It can be covered with a protective layer of glass, plastic or lacquer.
  • Sheet resistors of the type described are known as SMD (surface mounted device) resistors.
  • the initial explosive covers the ignition element and is preferably pressed on, dripped on or applied by dipping.
  • the booster charge is a secondary explosive. Both charges are enclosed in a capsule.
  • the sheet resistor becomes an ignition element because it is used against its intended use.
  • an electrical energy is applied, which leads to its destruction.
  • the effect of the resistor can be interpreted in such a way that if it is not used as intended, the layer forming the electrical resistor will be destroyed in a fraction of a second due to the overload.
  • the energy released reaches the ignition energy required for the explosive ignition of the initial explosives.
  • a minimum amount of the layer forming the electrical resistance and an electrical energy sufficient to destroy it with the described effect must be available.
  • the advantage of the detonator according to the invention over the known detonators is furthermore that the resistors are inexpensive mass-produced articles, the resistance value of which is precisely established. They are already through their conception, for example as SMD (surface mounted device) resistors, suitable for handling by automatic manufacturing devices and therefore to be processed mechanically, which enables inexpensive and precise installation in the detonator. Because the resistance value of the sheet resistors is precisely defined, it is possible, in coordination with the required ignition energy of an explosive, to specify a voltage value below which it is not possible to ignite a detonator. Such a specification makes the detonator safe from unintentional ignition, especially at high voltage limits.
  • SMD surface mounted device
  • the construction of a detonator is similar to the construction of known detonators or detonators.
  • the ignition element is preferably an SMD resistor. It is covered by a charge of initial explosive, which is pressed on or dripped on, preferably in several layers, or applied by dipping.
  • the sensitivity of the charge with regard to initiation essentially depends on the electrical parameters such as size, resistance, voltage and current, the mechanical parameters of the charge such as mixture, grain size, bulk density and the manufacturing parameters such as charge quantity, pressing pressure and layer build-up with submerged or dripped layers charges. According to the prior art, this initial charge ignites the secondary explosive as a booster charge.
  • the detonator 1 consists of a base 2, as is also constructed in conventional detonators.
  • a sleeve 3 encloses a glass body as a lead-through 4 for the two connections 5 and 6.
  • a layer resistor 7, in the present exemplary embodiment an SMD resistor, is soldered to the connections 5 and 6, as the soldering points 8 and 9 show.
  • the layer forming the electrical resistance, the Resistance layer 10 is applied to a carrier 1, in the present exemplary embodiment ceramic, and is covered by. a layer 12 protecting against corrosion and damage. This layer 12 and thus the layer 10 forming the electrical resistance is covered with a layer of initial explosive 13 as an initialization charge.
  • the booster charge made of secondary explosives, for example nitropenta or octogen.
  • the secondary explosive is pressed into a well 16 here.
  • the well 16 filled with the booster charge 15 is drawn into the ring 14, so that a closed capsule 17 is formed by the ring 14 and the well 16, which encloses the sheet resistor 7 and the two charges 13 and 15.

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Abstract

Bei herkömmlichen elektrischen Sprengkapseln und Detonatoren erfolgt die Zündung entweder durch einen zum Glühen und Schmelzen gebrachten Draht, durch Verdampfen einer Metallschicht an einer Funkenstelle oder durch Stromdurchgang durch einen elektrisch leitfähigen Initialzündsatz. Der Bau der genannten Detonator ist aufwendig und bedarf grosser Sorgfalt. Erfindungsgemäss wird deshalb vorgeschlagen, dass der Widerstand (7) ein,-- Schichtelement ist, dass die Schicht (10), die den Widerstand für den Stromfluss bildet, einseitig auf ein Substrat aufgetragen ist, dass die erste Ladung, die Initialladung (13), aus einem Initialsprengstoff besteht und die mit der Widerstandsschicht (10) versehene Seite des Schichtelements (7) bedeckt, dass die zweite Ladung, die Verstärkungsladung (15), aus einem Sekundärsprengstoff besteht und dass das Schichtelement (7) und die Sprengstoffe (13, 15) von einer Kapsel (17) umschlossen sind.

Description

Elektrischer Detonator
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Detonator mit einem. Zündelement, das als elektrischer Widerstand wirkt, in dem durch die eingebrachte elektrische Energie unter Zerstörung des Widerstands eine kurzzeitige thermische. Energieumsetzung erfolgt zur Zündung eines Initialsprengstoffs führt.
Bei herkömmlichen elektrischen Detonatoren erfolgt die Zündung entweder durch einen zum Glühen und Schmelzen gebrachten Draht, wie aus der DE-OS 2824568 bekannt, durch Verdampfen einer Metallschicht an einer Funkenstelle, durch Stromdurchgang durch einen elektrisch leitfähigen Initialzündsatz.
Aufgrund der geringen Größe der Drähte ist der Bau der genannten Detonatoren aufwendig und bedarf großer Sorgfalt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Detonator vorzustellen, der einfacher im Aufbau ist und der bei höchstens gleichwertigem Energieaufwand in der Lage ist, die Initialsprengstoffe oder Initialsprengstoffmischungen in herkömmlichen Detonatoren zu zünden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Der erfindungsgemäße Detonator weist als Zündelement einen sogenannten Schichtwiderstand auf. Auf einem Träger, dem Substrat, ist eine den elektrischen Widerstand bildende Schicht aufgetragen. Das Substrat besteht aus einem Werkstoff, der als . Träger elektrischer oder elektronischer Schaltungen oder für Isolationszwecke geeignet ist, vorzugsweise aus Keramik oder Kunststoff, beispielsweise dem Material einer Leiterplatte. Die Schicht kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, aus Pasten und / oder Oxyden bestehen die der Reihe der Platinmetalle wie Osmion, Rhodium, Iridium, Ruthenium zuzuordnen sind, die vorzugsweise im Siebdruckverfahren auf eine Fläche des Substrats aufgetragen wird. Sie kann mit einer schützenden .Schicht aus Glas, Kunststoff oder Lack abgedeckt sein. Schichtwiderstände der beschriebenen Bauart sind als SMD (surface mounted device)-Widerstände bekannt.
Der Initialsprengstoff bedeckt, wie aus dem Stand der Technik bekannt, das Zündelement und wird vorzugshalber aufgepresst, aufgetropft oder durch Tauchen aufgebracht. Die Verstärkungsladung ist ein Sekundärsprengstoff. Beide Ladungen sind von einer Kapsel umschlossen.
Wird der erfindungsgemäße elektrische Detonator, der mit einem Schichtwiderstand bestückt ist, gezündet, wird der Schichtwiderstand ein Zündelement, weil er gegen seinen bestimmungsgemäßen Gebrauch mit . einer elektrischen Energie beaufschlagt wird, die zu seiner Zerstörung führt. Die Wirkung des Widerstands kann so interpretiert werden, dass bei seinem nicht bestimmungsgemäßen Gebrauch aufgrund der Überlastung die den elektrischen Widerstand bildende Schicht in Sekundenbruchteilen zerstört wird. Es erfolgt eine kurzzeitige thermische Energieumsetzung. Die freiwerdende Energie erreicht die Zündenergie, die zur brisanten Zündung der Initialsprengstoffe erforderlich ist. Um den Effekt mit der erforderlichen Brisanz auslösen zu können, muss eine Mindestmenge der den elektrischen Widerstand bildenden Schicht und eine zu deren Zerstörung mit der geschilderten Wirkung genügende elektrische Energie zur Verfügung stehen. Durch die Abstimmung elektrischer Parameter wie Baugröße, Widerstandswert, Spannung und Stromstärke aufeinander kann die jeweils erforderliche Energie, die zur Initiierung des jeweiligen Sprengstoffs benötigt wird, bestimmt und die Empfindlichkeit des Detonators der vorgesehenen Verwendung angepasst werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Detonators gegenüber den bekannten Detonatoren besteht weiterhin darin, dass die Widerstände preiswerte Massenartikel sind, deren Widerstandswert jeweils genau feststeht. Sie sind bereits durch ihre Konzeption, beispielsweise als SMD- (surface mounted device) Widerstände, für die Handhabung durch automatische Fertigungseinrichtungen geeignet und deshalb maschinell zu verarbeiten, was einen kostengünstigen und genauen Einbau in den Detonator ermöglicht. Weil der Widerstandswert der Schichtwiderstände genau festliegt, ist es möglich, in Abstimmung auf die erforderliche Zündenergie eines Sprengstoffs einen Spannungswert vorzugeben, unterhalb dem die Zündung eines Detonators nicht möglich ist. Eine solche Vorgabe macht insbesondere bei hohen Spannungsgrenzwerten die Detonator sicher vor unbeabsichtigter Zündung.
Der Aufbau eines Detonators gleicht dem Aufbau bekannter Detonatoren beziehungsweise Sprengzünder. Das Zündelement ist vorzugsweise eine SMD- Widerstand. Er wird von einer Ladung aus Initialsprengstoff bedeckt, die aufgepresst oder, vorzugsweise in mehreren Lagen, aufgetropft oder durch Tauchen aufgetragen wird.
Die Empfindlichkeit der Ladung in Bezug auf die Initiierung hängt im Wesentlichen ab von den elektrischen Parametern wie Baugröße, Widerstandswert, Spannung und Stromstärke, den mechanischen Parametern der Ladung wie Mischung, Korngröße, Schüttdichte und den Fertigungsparametern wie Ladungsmenge, Pressdruck und Lagenaufbau bei getauchten oder aufgetropften Ladungen. Diese Initialladung zündet nach den Stand der Technik den Sekundärsprengstoff als Verstärkungsladung.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Der erfindungsgemäße Detonator 1 besteht aus einem Sockel 2, wie er auch bei herkömmlichen Detonatoren aufgebaut ist. Eine Hülse 3 umschließt einen Glaskörper als Durchführung 4 für die zwei Anschlüsse 5 und 6. An die Anschlüsse 5 und 6 ist ein Schichtwiderstand 7, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein SMD-Widerstand, angelötet, wie die Lötstellen 8 und 9 zeigen. Die den elektrischen Widerstand bildende Schicht, die Widerstandsschicht 10, ist auf einem Träger 1 aufgetragen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Keramik, und wird von , . einer vor Korrosion und Beschädigung schützenden Schicht 12 bedeckt. Diese Schicht 12 und damit die den elektrischen Widerstand bildende Schicht 10 ist mit einer Lage Initialsprengstoff 13 als Initialisierungsladung bedeckt. Es ist beispielsweise eine Ladung Bleiazid, die durch einen Ring 14 fixiert wird. Abgedeckt wird diese erste Ladung, die Initialladung 13, durch eine zweite Ladung 15, der Verstärkungsladung aus Sekundärsprengstoff, beispielsweise Nitropenta oder Oktogen. Der Sekundärsprengstoff ist hier in ein Näpfchen 16 gepresst. Das mit der Verstärkungsladung 15 gefüllte Näpfchen 16 wird in den Ring 14 eingezogen, so dass durch den Ring 14 und das Näpfchen 16 eine geschlossene Kapsel 17 gebildet wird, die den Schichtwiderstand 7 und die beiden Ladungen 13 und 15 umschließt.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Detonator mit einem Zündelement, das als elektrischer Widerstand wirkt, in dem durch die eingebrachte elektrische Energie unter Zerstörung des Widerstands eine kurzzeitige thermische Energieumsetzung erfolgt zur Zündung eines Initialsprengstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (7) ein Schichtelement ist, dass die Schicht (10), die den Widerstand für den Stromfluss bildet, einseitig auf ein Substrat (11) aufgetragen ist, dass die erste Ladung, die Initialladung (13), aus einem Initialsprengstoff besteht und die mit der Widerstandsschicht (10) versehene Seite des Schichtelements (7) bedeckt, dass die zweite Ladung, die Verstärkungsladung (15), aus einem Sekundärsprengstoff besteht und dass das Schichtelement (7) und die Sprengstoffe (13, 15) von einer Kapsel (17) umschlossen sind.
2. Elektrischer Detonator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsladung (15) zum Zusammenbau des Detonators (1) in einem
Näpfchen (16) gepresst ist.
3. Elektrischer Detonator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (11) des Schichtelements (7) aus einem Werkstoff besteht, der als Träger elektrischer oder elektronischer Schaltungen oder für Isolationszwecke geeignet ist, vorzugsweise aus
Keramik oder Kunststoff.
4. Elektrischer Detonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (10) aus einer Paste besteht, die vorzugsweise Ruthenium oder andere Elemente aus der Reihe der Platinelemente enthält.
5. ' Elektrischer Detonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Paste in Siebdrucktechnik auf das Substrat (11) aufgebracht ist.
6. Elektrischer Detonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (10) mit einer schützenden Schicht (12) aus Glas, Kunststoff oder Lack abgedeckt ist.
7. Elektrischer Detonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtelement (7) ein handelsüblicher SMD-
(surface mount device) Widerstand ist.
8. Elektrischer Detonator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abstimmung auf die erforderliche Zündenergie eines Sprengstoffs ein Spannungswert als Grenzspannung vorgegeben ist, unterhalb dem eine Zündung des Detonators (1) nicht möglich ist und dass der Widerstandswert des Schichtelements (7) auf diese Grenzspannung abgestimmt ist.
9. Elektrischer Detonator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Widerstandsschicht (10) eine solche Menge vorgesehen ist, dass eine darauf abgestimmte Spannungs- und
Stromstärke zur Zerstörung der Widerstandsschicht (10) mit einer zur Initiierung eines Sprengstoffs (11) erforderlichen Energie führt, wobei diese durch die Zündenergie des jeweils zu zündenden Sprengstoffs vorgegeben ist.
10. Elektrischer Detonator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Initialladung (13) als eine durch Tauchen oder Auftropfen auf das Schichtelement (7) aufgebrachte Schicht aufgebaut ist.
11. Elektrischer Detonator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Initialladung (13) aus mehreren Schichten besteht.
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