DE2544388A1

DE2544388A1 - Nichtelektrisch zuendbare sprengkapsel und sprengsystem unter verwendung der sprengkapsel

Info

Publication number: DE2544388A1
Application number: DE19752544388
Authority: DE
Inventors: David Thomas Zebree
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Hercules LLC
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1976-04-15
Also published as: IE43066B1; US3939772A; GB1496249A; ES441488A1; FI59983B; AU506709B2; FR2287026B1; FI752224A; NO144807B; JPS5817157B2; SE418963B; CA1062078A; AU8545475A; DE7531487U; NO144807C; FI59983C; NO752989L; ZA756310B; DE2544388C2; SU852183A3

Description

Nichtelektrisch zündbare Sprengkapsel und Sprengsystem unter Verwendung der Sprengkapsel

(Zusatz zu Patent 2 457 622)

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine nichtelektrisch zündbare Sprengkapsel aus einem Gehäuse mit einem darin enthaltenen Initialzünder, der durch thermische Energie zündbar ist.

Durch das Hauptpatent 2 457 622 wird eine derartige Sprengkapsel vorgeschlagen, bei der in der geladenen Sprengkapsel dem Initialzünder benachbart ein Hohlraum vorhanden ist, in den zwei nach aussen führende Rohrleitungen münden. Durch die eine dieser Rohrleitungen kann zwecks Zündung ein Explosivgas in einem begrenzten Strom in den Hohlraum oberhalb des Initialzünders eingeleitet werden. Mittels der anderen Rohrleitung ist es möglich, einen kontinuierlichen Gasstrom aufrechtzuerhalten, mit dessen Hilfe der Hohlraum gespült werden kann, um ihn vollkommen mit Explosivgas zu befüllen.

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Bei jener Sprengkapsel ist das Gehäuse länglich ausgeführt und an seiner öffnung mittels eines steckerartigen Stopfens verschlossen, der unter Ausbildung eines Hohlraums oberhalb des Initialzünders endet. Die Rohrleitungen sind zur Erzielung einer Flexibilität plastisch und dünnwandig. Die erste Rohrleitung erstreckt sich in das Gehäuse durch den Stopfen hindurch während sich die zweite Rohrleitung entweder ebenfalls durch den Stopfen hindurch oder seitlich durch die Behälterwandung hindurch erstreckt.

Da die Rohrleitungen zur Erzielung einer ausreichenden Gasströmung gewisse lichte Weiten nicht unterstreiten dürfen, verbleibt für den Verschlussstopfen nur eine begrenzte Wandstärke, so dass beim Fixieren des Verschlussstopfens in dem Gehäuse durch Anbringung von ringförmigen Sicken in der Gehäusewand, die sich in den Verschlussstopfen hineindrücken, der Querschnitt der Rohrleitungen in diesem Bereich eingeengt wird, was nachteilige Folgen für die Gasströmung hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sprengkapsel der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere zu ermöglichen, dass beide Rohrleitungen flexibel, im wesentlichen plastisch und letztlich dünnwandig ausgeführt werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass die durch den Verschlussstopfen verlaufenden Abschnitte der Rohrleitungen dort verengt werden.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass in der geladenen Sprengkapsel dem Initialzünder benachbart ein Hohlraum vorhanden ist, in den zwei nach aussen führende Rohrleitungen münden, dass das Gehäuse mittels eines länglichen, die Rohrleitungen wasserdicht umschliessenden deformierbaren Stopfens verschlossen ist, in welchem wenigstens ein Teil des Hohlraums als eine die Mündungen der Rohrleitungen aufweisende Kammer und ein sich daran anschliessender, zum

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Initialzünder führender Verbindungskanal ausgebildet ist, und dass durch ringförmige Sicken, die in der Gehäusewandung in Höhe des Verbindungskanals angebracht sind und sich in den Stopfen eindrücken, der Stopfen in wasserdichtem Kontakt mit der Gehäusewandung fixiert ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Verschlussstopfen bis unmittelbar auf den Initialzünder und fixiert diesen an seiner vorbestimmten Stelle im Gehäuse. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, speziell einem solchen, bei dem der Initialzünder selbsttragend ist, endet der Verschlussstopfen in einem bestimmten Abstand oberhalb des Initialzündersund bildet damit zwischen sich und dem Initialzünder einen zusätzlichen Raum zur Aufnahme von Explosivgas aus.

Vorzugsweise besteht das Gehäuse der Sprengkapsel aus Metall und ist länglich ausgeführt. -Verschlussstopfen urid Rohrleitungen bestehen vorzugsweise aus einem Plastikmaterial, wie Polyäthylen, Polypropylen oder dgl.; ■ . - ■-■

Die Erfindung sowie deren Ausgestaltungen und deren Vorteile sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Sprengkapsel, bei der Verschlussstopfen und Initialzünder voneinander beabstandet sind; . . ,

Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der der Verschlussstopfen bis auf den Initialzünder reicht;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 längs der Linien IZIrIXI;.

Flg. 4 ein Sprengsystem, enthaltend eine Vielzahl von

Sprengkapseln nach der Erfindung; .· ._;. '

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Fig. 5 und 5A spezielle Ausführungsformen zur Erzielung wasserdichter Verschlüsse;

Fig. 6 eine Ausführungsform, die sich hinsichtlich des zum Initialzünders führenden Verbindungskanals von den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 unterscheidet.

Das bodenseitig verschlossene, länglich hülsenförmige Metallgehäuse 10 der Sprengkapsel 9 nach Fig. 1 enthält am Boden eine Sprengladung 14, darüber eine Detonatorzündladung 13, über letzterer ein Verzögerungsglied 14 und oberhalb letzterem den Initialzünder 16.

Die Detonatorzündladung 13 ist eine Diazodinitrophenol-Ladung, bestehend aus einer Ladung 13a geringer Dichte in einer Kapsel 13b und einer Ladung 13c höherer Dichte oberhalb der Kapsel 13b. Das Verzögerungsglied 14 besteht vorzugsweise aus einer Metallröhre 14a mit einem Kern 14b aus einer Verzögerungsladung. Der Initialzünder 16 enthält eine Ladung, die durch thermische Detonationsenergie einer explosiven Gasmischung, die später noch beschrieben wird, gezündet werden kann. Oft ist zusätzlich ein Zündplättchen zwischen der Zündladung 16 und der Verzögerungsladung 14b angebracht, damit eine heissere Zündung erzeugt werden kann, oft in Verbindung mit länger brennenden Verzögerungsladungen. Die Sprengladung 11 wird durch die Detonatorzündladung 13a zur Explosion gebracht, die wiederum : von der Ladung 13c gezündet wird. Letztere wird von der Verzögerungsladung 14b gezündet..

Die Berührungsflächen 28 zwischen den flexiblen Plastikrohrleitungen 24 und 26 und dem Verschlussstopfen 17 sind wasserdicht in irgendeiner geeigneten Weise versiegelt, beispielsweise mit Hilfe eines Epoxyharzklebers, durch Verschmelzen

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oder dgl. Eine bevorzugte Versiegelung, wie sie in den Fig. 5 und 5A dargestellt ist, besteht darin, dass ein Metallpulver in den oberen Bereich des Verschlussstopfens eingebracht und dieser dann durch Induktionswirkungen erhitzt wird, so dass mittels der so erzeugten Hitze die sich berührenden Oberflächen von Verschlussstopfen und Rohrleitungen miteinander verschmolzen werden. Nach dem Abkühlen hat man eine wasserdichte Schmelzverbindung. Rohrleitungen 24 und 26 sowie Verschlussstopfen 17 bestehen vorteilhaft aus dem gleichen Plastikmaterial, zumeist Polyäthylen. Bei dieser Ausführungsform enthält das obere Ende des Verschlussstopfens 17 Eisen oder ein anderes geeignetes Metall in verteilten Partikeln 17b. Dieser Bereich des Verschlussstopfens 17 erstreckt sich über das obere Ende 18 des Gehäuses 10, so dass die Induktionswirkungen des Magnetfeldes im Bereich der Berührungsflächen zwischen Verschluss-Stopfen und Rohrleitungen nicht durch das Metallgehäuse 10 der Sprengkapsel abgeschirmt werden (siehe Fig. 5). Durch Induktionserwärmung des unabgeschirmten Endteiles 17a des Verschlussstopfens 17 werden die Metallpartikel 17b magnetisiert und dadurch ausgerichtet (siehe Fig. 5A) und die Erwärmung, die aus dieser Ausrichtung resultiert, wird auf die Berührungsflächen zwischen den Rohrleitungen und dem Verschlussstopfen zum Zwecke der Verschmelzung übertragen.

Es ist selbstverständlich auch erforderlich, dass der Verschlussstopfen 17 in wasserdichtem Kontakt mit der Wandung des Gehäuses 10 steht. Wenn man bei den Sprengkapseln nach dem Hauptpatent 2 457 622 zu diesem Zweck ringförmige Sicken am Gehäuse anbringen wollte, die sich in den Verschlussstopfen eindrücken, dann müsste diese zwangsläufig im Bereich der flexiblen Plastikrohrleitungen angebracht werden. Dies ist in höchstem Masse deshalb unbefriedigend, weil die verbleibende Wandstärke des Verschlussstopfens zu erwünschten Eindrücken von Sicken in die Rohrleitungen führt, die den freien Gasfluss stark beeinträchtigen.

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Bei der vorliegenden Erfindung ist der freie Raum 19 innerhalb des Verschlussstopfens angeordnet und nicht, wie bei dem früheren Vorschlag, zwischen dem Verschlussstopfen und dem Initialzünder. Dieser freie Raum besteht aus einer Kammer 21 in Nachbarschaft der Rohrleitungen 24 und 26 sowie einem Verbindungskanal 22, der zum Initialzünder führt. Im Bereich des Verbindungskanals 22 verbleibt am Verschlussstopfen 17 ausreichend Wandstärke, dass mit Hilfe von Sicken 29, die sich in den Verschlussstopfen 17 hineindrücken, eine wasserdichte Abdichtung zwischen dem Verschlussstopfen 17 und der Wandung des Gehäuses 10 erzielt werden kann. Diese Sicken können im Bereich zwischen der Kammer

21 und dem unteren Ende 23 des Verbindungskanals 22 angebracht werden.

Die Sprengkapsel nach Fig. 2 entspricht derjenigen nach Fig. 1 mit der Ausnahme, dass der Verschlussstopfen 17 direkt bis auf den Initialzünder 16 geführt ist und auf diese Weise einen Druck von aussen auf ihn ausübt, um ihn in seiner Lage zu halten.

Verbindungsleiter 22, Kammer 21 sowie Gehäuse 10 sind koaxial zueinander angeordnet. Im allgemeinen ist die axiale Länge der Kammer 21 kleiner als ihr maximaler Durchmesser und die axiale Länge des Verbindungskanals 22 grosser als dessen maximaler Durchmesser, welch letzterer wiederum kleiner ist als der maximale Durchmesser der Kammer 21, jeweils senkrecht zur Längsachse gemessen. Bevorzugt weisen Kammer 21 und Verbindungskanal

22 kreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Verbindungskanal 22 zylindrisch ist. Die Kammer 21 und der Verbindungskanal 22 können beliebige Längen, Durchmesser oder Gestalt haben, solange die Sicken 29 wie gefordert angebracht werden können. So ist bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 erforderlich, dass der grösste Durchmesser des Verbindungskanals 22 kleiner ist als der in der Mitte 20 des Verschlussstopfens 17, der unmittelbar die Rohrleitungen 24 und 26 innerhalb des Verschlussstopfens 17 am oberen Ende 18 die Rohrleitungen 24 und 26 umgibt

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(siehe Pig. 3), damit dort genügend Wandstärke für die Sicke(n) 29 verbleibt. Wie Fig. 6 zeigt, kann jedoch eine geeignete Verstärkungshülse 22b koaxial innerhalb des Verbindungskanals 22 angebracht werden, die allseits an den Wandungen des Verbindungskanals 22 anliegt, damit der Verbindungskanal 22 gegen eine unerwünschte Verengung durch Sicken 29' geschützt ist. Auf diese Weise kann jeder geeignete auch grössere Querschnitt für den Verbindungskanal 22 gewählt werden, wobei gleichzeitig eine Wandstärke am Verschlussstopfen 17 aufrechterhalten werden kann, die zur Anbringung einer wasserdichten Abdichtung ausreichend ist.

Obgleich zur Zündung einer Hauptladung eine einzige Sprengkapsel gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, werden, häufig doch mehrere solcher Sprengkapseln hierfür zu einem Zündsystem vereinigt, wie es in Fig. 4 dargestellt und in dem Hauptpatent 2 457 622 bereits vorgeschlagen ist. Hierbei ist jedes der Sprenglöcher 31 der Formation 30 mit einer geeigneten Hauptsprengladung 32 gefüllt, die gegen die Sprengkapseln unempfindlich sind, beispielsweise mit einem wässrigen gelartigen Explosivstoff, Dynamit, Metallkönig/Treibstoff oder dgl. Zwei geeignete Verstärker sind in jede der Hauptsprengladungen eingebettet. Jeder Verstärker ist Sprengkapsel-empfindlich und mit einer erfindungsgemässen Sprengkapsel ausgestattet.

In jedem Bohrloch 31 sind also zwei Verstärker 33,die beispielsweise 500 g PETN, Tetryl oder dgl. enthalten, im Abstand voneinander in die Hauptsprengladung 32 eingebettet, um letztere auf ihrer ganzen Länge zur Detonation zu bringen. Jeder Verstärker 33 enthält eine Sprengkapsel 9, 9' oder 9" nach der Art der Fig. 1, 2 oder 6. Die Explosivgasmischung aus einer hier nicht dargestellten Quelle wird über eine Leitung 34 durch die Serie der hintereinandergeschalteten Sprengkapseln geleitet. Dies erfolgt solange, bis die Hohlräume 19 (Kammer 21 + Verbindungskanal 22 oder 22') oder Hohlraum 19 + Hohlraum 22a

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im wesentlichen von dem zuvor darin enthaltenen Gas freigespült und mit Explosivgas gefüllt ist. Danach kann der Gasfluss beendet oder auch fortgesetzt werden, gefolgt von der Zündung des Gases oberhalb des ersten Bohrloches. Die Wellenfront der Detonationswelle läuft dann nacheinander durch alle Sprengkapseln und bringt das System zur Detonation. Je nach Art der verwendeten Hauptladung kann gegebenenfalls auch auf Verstärker verzichtet werden, so dass dann die erfindungsgemässen Sprengkapseln direkt in die Hauptsprengladung eingebettet werden können.

Das System nach Fig. 4, das verzögernd zündende Sprengkapseln enthält, erlaubt es, die Brennzeiten der Verzögerungsladungen aufeinander abzustimmen, so dass gegebenenfalls Verzögerungen zwischen den Detonationen in verschiedenen Bohrlöchern erzeugt werden können. Durch progressive Abstimmung der Verzögerungszeiten längs der Serie der Sprengkapseln kann auch eine gleichzeitige Detonation in allen Bohrlöchern 31 erreicht werden.

Bei der Herstellung einer erfindungsgemässen Sprengkapsel, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, werden Sprengladung, Detonatorzündladung. Verzögerungsglied (sofern erforderlich) und Initialzünder, in der soeben beschriebenen Reihenfolge in das Gehäuse 10 durch das offene Ende 18 hindurch eingepresst. Sodann wird der Verschlussstopfen 17, in dessen darin vorgesehene Löcher bereits die Rohrleitungen 24 und 27 eingebracht sind, in das Gehäuse eingepresst, wobei je nach Typ entweder ein freier Raum 22a zwischen dem unteren Ende des Verschlussstopfens 17 und dem Initialzünder 16 verbleibt oder der Verschlussstopfen unmittelbar auf den Initialzünder 16 aufgesetzt wird. ·

Die Rohrleitungen 24 .und 26 werden nach dem.Einsetzen in die dafür vorgesehenen Löcher im Verschlussstopfen 17 auf die zuvor beschriebenen Weise wasserdicht mit dem Verschlussstopfen verbunden. Sodann werden eine oder mehrere Sicken 29 so am

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Gehäuse 10 angebracht, dass diese sich in den Verschlussstopfen 17 bzw. 17* zwischen der Kammer 21 und dem unteren Ende 23 des Verbindungskanals 22 bzw. 22· eindrücken, womit ein wasserdichter Abschluss zwischen dem Verschlussstopfen 17 und der Gehäusewandung 10 erreicht wird.

Nachfolgend soll ein Ausführungsbeispiel, das nach Art der Fig. aufgebaut ist, angegeben werden. Das Gehäuse bestand aus einer zylindrischen bodenseitig verschlossenen Metallhülse, der Verschlussstopfen 17 und die Rohrleitungen 24 und 26 bestanden aus einem ausgehärteten Polyäthylen, die Kammer 21 und der Verbindungskanal 22 hatten kreisförmigen Querschnitt.

Rohrleitungen 24, 25 Innendurchmesser Aussendurchmesser

Gehäuse 10
Länge

Wandstärke
Innendurchmesser

Verschlussstopfen 17 Länge

minimaler Kammer-(21)-durchmesser oben

unten

minimale Kammerlänge Verbindungskanal-(22) -

durchmesser (ungesickt) 1,5 - 5 mm Verbindungskanal-(22)-länge 12,7 - 25,4 mm

Hohlraumteil 22a (Fig. 1)

Durchmesser 1 - 2 mm

Länge 0,75 - 6,3 mm

1 -	2 mm	7,6 mm
1,5	- 3 mm	5 - 38 mm
38	- 114,3 mm	mm
0,13 - 0,5 mm	mm
5 -	mm
12,
4,6
1,5
1,5

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Ladungen

Initialzünder 16 0,2 - 08 g

Verzögerungsladung 0,2 - 2,0 g Detonatorzünder 13

(13c : 13a 1 : 4) 0,2 - 0,3 g

Sprengladung 11 0,2-1,Og

Obgleich der Verschlussstopfen vorzugsweise aus einem geeigneten ausgehärteten Plastikmaterial, wie Polyäthylen, Polypropylen, Nylon, PVC oder dgl., herzustellen ist, kann er auch aus anderen Materialien, wie z.B. Kork, Blei, Gummi oder dgl. hergestellt werden. Dementsprechend können auch die Rohrleitungen 24 und aus Polyäthylen oder Polypropylen mit einer Wandstärke von zumeist etwa 0,5 bis 1 mm hergestellt werden.

Als Beispiele für die verwendeten Ladungen seien angegeben für die Ladung des Initialzünders Blei/Selen, oft mit geeigneten Zusätzen, Bleioxid/Bor, Bleioxid/Manganborid und dgl., für die Detonatorzundladung Diazodinitrophenol und Bleiazid, und für die Sprengladung 11 PETN, Tetryl oder dgl.

Als Explosivgasmischung kann "beispielsweise Leuchtgas verwendet werden, enthaltend in Volumenanteilen 24 % Methan, 3 % Äthan, 18 % CO und 55 % Wasserstoff.

Ansprüche;

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Claims

Ansprüche

; 1./ Nichtelektrisch zündbare Sprengkapsel aus einem Gehäuse mit einem darin enthaltenen Initialzünder, der durch thermische Energie zündbar ist, nach Patent 2 457 622, dadurch gekennzeichnet, dass in der geladenen Sprengkapsel dem Initialzünder (16) benachbart ein Hohlraum (19) vorhanden ist, in den zwei nach aussen führende Rohrleitungen (24, 26) münden, dass das Gehäuse mittels eines länglichen, die Rohrleitungen (24, 26) wasserdicht umschliessenden, deformierbaren Stopfens (17) verschlossen ist, in welchem wenigstens ein Teil des Hohlraums (19) als eine die Mündungen der Rohrleitungen (24, 26) aufweisende Kammer (21) und ein sich daran anschliessender, zum Initialzünder 16 führender Verbindungskanal (22) ausgebildet ist, und dass durch ringförmige Sicken (29), die in der Gehäusewandung (10)in Höhe des Verbindungskanals (22) angebracht sind und sich in den Stopfen (17) eindrücken, der Stopfen (17) in wasserdichtem Kontakt mit der Gehäusewandung (10) fixiert ist.
2. Sprengkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) länglich und metairisch ausgeführt ist und der Verschlussstopfen (17) sowie die Rohrleitungen (24, 26) aus Plastikmaterial bestehen.
3. Sprengkapsel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (17) in einem vorgegebenen Abstand zum Iriitialzünder (16) unter Ausbildung eines zusätzlichen Hohlraumteils (22a) endet.

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4. Sprengkapsel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (17) mit seinem inneren Ende auf dem Initialzünder (16) aufliegt und diesen in seiner Lage im Gehäuse '(10) fixiert.
5. Sprengkapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der Kammer (21) kleiner ist als ihr grösster Durchmesser, die axiale Länge des Verbindungskanals (22) grosser ist als dessen grösster Durchmesser und letzterer kleiner ist als der grösste Durchmesser der Kammer (21).
6. Sprengkapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Kammer (21) und Verbindungskanal (22) kreisförmige Querschnitte aufweisen.
7. Sprengkapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungskanal (22) eine die Kanalwandungen verstärkende und versteifende Hülse (22b) angeordnet ist.
8. Sprengkapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse zwischen dem Initialzünder (16) und der Sprengladung (11) eine Detonatorzündladung (13a, 13b) angeordnet ist.
9. Sprengkapsel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Initialzünder und der Detonatorzündladung (13a, 13b) eine Verzögerungsladung (14b) angeordnet ist.
10. Sprengsystem mit mehreren Sprengkapseln nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengkapseln (9, 9¹, 9¹¹) zu einer offenen Kette derart verbunden sind, dass jeweils eine (26) der Rohrleitungen der einen

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Sprengkapsel (9, 9¹, 9¹¹) mittels einer Verbindungsleitung (34) mit einer (24) der Rohrleitungen der benachbarten Sprengkapsel (9, 9¹, 9¹¹) verbunden ist und dass eines der freien Enden der Kette an eine eine explosive Gasmischung führende Leitung angeschlossen ist.

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