DE4330195C1 - Sprengmomentzünder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sprengmomentzünder zur Durchführung einer Sprengung in dem Moment, in dem an einer Zündmaschine ein durch externen Einfluß bewirkter Zündimpuls erzeugt wird.

Aus DE 29 45 122 C2 und DE 34 41 413 A1 sind elektroni­ sche Sprengzeitzünder bekannt, von denen zahlreiche Zünder an eine Zündmaschine gemeinsam angeschlossen werden. Die Zündmaschine liefert eine Impulsfolge, de­ ren Impulse von einem in jedem Zünder enthaltenen Zäh­ ler gezählt werden. Die in den Zündern enthaltenen Steuerteile können auf unterschiedliche Anzahlen der von der Zündmaschine gelieferten Steuerimpulse einge­ stellt werden. Nach mehreren Aufwärts- und Abwärts- Zählvorgängen werden die Zündpillen der einzelnen Zün­ der zeitlich gestaffelt in der vorgesehenen Zeitfolge gezündet. Wenn die Zündmaschine in Gang gesetzt worden ist, läuft das Programm zur zeitlich gestaffelten Zün­ dung sämtlicher angeschlossener Zünder zwangsläufig ab, wenn der Vorgang nicht an der Zündmaschine unterbrochen wird.

Im Gegensatz zu Sprengzeitzündern werden Sprengmoment­ zünder, wie sie typischerweise für seismische Sprengun­ gen angewandt werden, manuell durch Drücken eines Druckknopfes oder durch ein elektronisch erzeugtes ex­ ternes Steuersignal initiiert, das der Zündmaschine zugeführt wird. Bei seismischen Sprengungen ist es wichtig, daß der Sprengzeitpunkt mit anderen Geräten, z. B. Seismographen, exakt abgestimmt wird. Es erfolgt jeweils nur eine einzige Sprengung, die durch Knopf­ druck oder ein elektronisches Signal ausgelöst wird. Dabei besteht die Gefahr der Fehlauslösung durch Stör­ signale. Bisher sind elektronische Sprengmomentzünder, die wirksam gegen den Einfluß von Störsignalen gesi­ chert sind, nicht bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spreng­ momentzünder zu schaffen, der gegen unbeabsichtigte Fehlauslösungen gesichert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Der erfindungsgemäße Sprengmomentzünder kann als elek­ tronischer Zünder bezeichnet werden. Er enthält einen Eingangsteil, einen elektronischen Steuerteil, einen Energiespeicher und einen steuerbaren Spannungsregler zur Erzeugung unterschiedlicher Ladespannungen für den Energiespeicher. Der Sprengmomentzünder wird in Verbin­ dung mit einer Zündmaschine benutzt, die über eine elektrische Leitung digitale Steuerimpulse an den Sprengmomentzünder liefert. Diese Steuerimpulse, die unterschiedliche Zeitdauern haben, dienen sowohl der Energiezufuhr für den Sprengmomentzünder als auch zur Steuerung der Zündfreigabe. Dabei wird zwischen Lade­ vorgängen, die der Aufladung des Energiespeichers die­ nen, eine charakteristische Steuerimpulsfolge übertra­ gen, die die Scharfschaltung des Zünders bewirkt. Erst wenn vom Steuerteil erkannt wurde, daß die charakteri­ stische Steuerimpulsfolge von der Zündmaschine her kor­ rekt übertragen wurde, erfolgt der Ladungsaufbau des Energiespeichers auf die volle Ladespannung und erst dann befindet sich der elektronische Zünder in einem Zustand, in dem ein von der Zündmaschine kommender Zündimpuls auf die Zündpille durchgeschaltet wird. Wenn die charakteristische Impulsfolge nicht oder nicht kor­ rekt übertragen wurde, wird die Zündpille nicht an den Energiespeicher angeschaltet. Nach Erreichen der vollen Ladespannung des Energiespeichers wird die Bereit­ schaftsphase eingeleitet, in der der nächstfolgende Steuerimpuls die Entladung des Energiespeichers auf die Zündpille veranlaßt. Die Bereitschaftsphase kann unmit­ telbar auf das Erreichen der vollen Ladespannung folgen oder auch mit einer Verzögerungszeit, in der eine wei­ tere charakteristische Impulsfolge als Kennung ausge­ sandt wird, die ein zusätzliches Kriterium für das Ein­ leiten der Bereitschaftsphase bildet.

Der erfindungsgemäße Sprengmomentzünder ist sicher ge­ gen unbeabsichtigte Zündauslösungen durch Störspannun­ gen oder durch unbeabsichtigtes Berühren der Zünder­ drähte mit einer Spannungsquelle. Er ermöglicht die Zündauslösung exakt in dem Moment, in dem an der Zünd­ maschine der Zündimpuls erzeugt wird.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des an eine Zündmaschine angeschlossenen Sprengmomentzünders,

Fig. 2 den Eingangsteil des Sprengmomentzünders,

Fig. 3 den Dekodierer und

Fig. 4 ein Zeitdiagramm der von der Zündmaschine er­ zeugten Steuersignalfolge.

Gemäß Fig. 1 ist eine Zündmaschine 10, die einen elek­ tronischen Steuerteil enthält, über eine Zweidrahtlei­ tung 11 mit dem elektronischen Sprengmomentzünder 12 verbunden.

Der Sprengmomentzünder 12 enthält einen Eingangsteil 13, in dem ein Begrenzer 14, eine Signalauskopplung 15, ein Gleichrichter 16 und ein steuerbarer Spannungsreg­ ler 17 hintereinandergeschaltet sind. Der Begrenzer 14 empfängt die von der Zündmaschine 10 kommende Spannung, die normalerweise 15 V beträgt, und verhindert, daß Spannungen, die höher sind als 16 V, in die Elektronik übertragen werden. Dadurch werden außerbetriebsmäßige erhöhte Spannungen, wie sie bei Einwirken von Fremd­ elektrizität auftreten, unterdrückt. Das Eingangssignal wird nach Gleichrichtung im Gleichrichter 16 zu dem steuerbaren Spannungsregler 17 übertragen, der an sei­ nem Ausgang entweder eine niedrige Spannung von 2 V oder eine hohe Spannung von 15 V erzeugt. Diese Span­ nung wird als Ladespannung zu der Zündstufe 18 übertra­ gen, welche den Energiespeicher 19, z. B. einen Konden­ sator hoher Kapazität, enthält. Der Energiespeicher 19 ist über einen Schalter 20 an die Zündpille 21 ange­ schlossen. Wenn der Energiespeicher 19 voll aufgeladen ist, wird durch Schließen des Schalters 20 die Ladung auf die Zündpille 21 übertragen, die dadurch elektrisch gezündet wird.

Die Signalauskopplung 15 liefert die in dem von der Zündmaschine kommenden Signal enthaltenen Spannungs­ übergänge an den Steuerteil 22. Der Steuerteil enthält einen Eingangsimpulsgenerator 23. Die Signalübertragung von der Zündmaschine erfolgt dadurch, daß die Spannung an den Leitungen 11 umgepolt wird. An den Leitungen 11 steht also ständig eine Spannung von positiver oder negativer Polung an (Fig. 2). Die Umpolungen werden von dem Eingangsimpulsgenerator 23 erkannt, der beispiels­ weise ein Nulldurchgangsdetektor ist. Bei jedem Span­ nungssprung der Eingangsspannung erzeugt der Eingangs­ impulsgenerator 23 einen Impuls 24 (Fig. 2). Die Impul­ se 24 werden einem Dekodierer 25 sowie zwei elektroni­ schen Schaltern 26 und 28 zugeführt. Der Dekodierer 25 ist imstande, eine charakteristische Impulsfolge zu erkennen und er liefert bei Erkennen dieser Impulsfolge ein Steuersignal an den Spannungsregler 17 und an den Schalter 26, der dadurch geschlossen (leitend) wird und die nächstfolgenden Impulse an einen Impulszähler 27 weiterleitet. Der Impulszähler 27 steuert nach Empfang von 64 Impulsen den Schalter 28 in den leitenden Zu­ stand, so daß der nächstfolgende Ausgangsimpuls des Eingangsimpulsgenerators 23 über den Schalter 28 an den Steuereingang des Schalters 20 gegeben wird, der da­ durch in den leitenden Zustand geschaltet wird und die Zündung der Zündpille 21 auslöst.

Der in Fig. 3 dargestellte Dekodierer 25 enthält einen Impulszähler 29, der die Impulse 24 empfängt und zählt. Der Dekodierer 25 enthält ferner einen Oszillator 30, der Impulse mit einer Frequenz von z. B. 5 kHz erzeugt und diese Impulse über einen ersten Schalter 31 an ei­ nen Impulszähler 32 liefert und über einen zweiten Schalter 33 an einen Impulszähler 34. Die Zählerstände der Impulszähler 32 und 34 werden durch einen Kompara­ tor 35 miteinander verglichen. Bei Gleichheit der Zäh­ lerstände liefert der Komparator 35 das Ausgangssignal des Dekodierers, das den Spannungsregler und den Schal­ ter 28 steuert.

Bei Empfang des ersten Impulses 24 liefert der Impuls­ zähler 29 an seinem Ausgang "1" ein Signal, das den Schalter 31 schließt, während der Schalter 33 geöffnet ist. Daraufhin zählt der Impulszähler 32 die Impulse des Oszillators 30. Bei Empfang des 32. Impulses 24 liefert der Impulszähler 25 an seinem Ausgang "32" ein Signal, das den Schalter 31 öffnet und den Schalter 33 schließt. Dadurch wird der Zählerstand des Impulszäh­ lers 32 beibehalten und der Zählerstand des Impulszäh­ lers 34 wird über den geschlossenen Schalter 33 hoch­ gezählt. Bei Empfang des 48. Eingangsimpulses liefert der Impulszähler 29 an seinem Ausgang "48" ein Signal, das den Schalter 33 öffnet, so daß der Zählerstand des Impulszählers 34 nicht weiter erhöht wird.

Die ersten 32 Impulse der Impulsfolge 24 haben einen zeitlichen Impulsabstand von 1 ms und die nächstfolgen­ den 16 Impulse haben einen zeitlichen Abstand von 2 ms. Dies bedeutet, daß der Impulszähler 34 während der 16 Impulse auf den gleichen Zählerstand gebracht wird wie der Impulszähler 32 während der vorausgegangenen 32 Impulse. Die Impulse des Oszillators 30 werden als Zeitnormal benutzt, um einen Zeitvergleich zwischen den ersten 32 Steuerimpulsen 24 und den darauffolgenden 16 Steuerimpulsen durchzuführen. Wenn beide Zeiten gleich sind, sind auch die Zählerstände der Impulszähler 32 und 34 gleich.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm der von der Zündmaschine 10 übertragenen Spannungen bzw. Impulse. Zunächst überträgt die Zündmaschine eine Gleichspannung 40 mit einer Dauer von 2 s. Der Spannungsregler 17, an dem zu dieser Zeit noch keine Steuerspannung ansteht, erzeugt daraus eine Spannung von 2 V, die der Zündstufe 18 zugeführt wird. Diese Spannung von 2 V ist die Be­ triebsspannung, um den Steuerteil 22 in Funktion zu setzen. Mit dem auf 2 V aufgeladenen Energiespeicher ist es jedoch nicht möglich, die Zündpille 21 zu zün­ den, selbst wenn der Schalter 20 geschlossen würde. Die Zeitspanne, während der die Gleichspannung 40 ansteht, kann als "Niedrigladezeit" bezeichnet werden. An diese Niedrigladezeit schließt sich die charakteristische Impulsfolge 41 an, in der die Eingangsspannung des Ein­ gangsteils periodisch umgepolt wird. Die Periodendauer beträgt während der ersten 32 Impulse 1 ms und während der darauffolgenden 16 Impulse 2 ms. Nach dem 48. Im­ puls steuert der Dekodierer 25 den steuerbaren Span­ nungsregler 17 um, so daß dieser anstelle der Ausgangs­ spannung von 2 V nunmehr eine höhere Ausgangsspannung von 15 V erzeugt. Daraufhin liefert die Zündmaschine eine Gleichspannung 42 über eine Dauer von 3 s, die als "Hochladezeit" bezeichnet werden kann. Während der Hochladezeit wird der Energiespeicher 19 auf die volle Spannung von 15 V aufgeladen.

Mit Eintreffen des 48. Impulses der charakteristischen Impulsfolge 41 wird der Schalter 26 geschlossen, so daß die auf die Gleichspannung 42 folgenden Impulse 43 von dem Impulszähler 27 gezählt werden. Wenn die Impulszahl den Wert "64" erreicht hat, steuert der Impulszähler 27 den Schalter 28 in den leitenden Zustand. Nach dem 64. Impuls befindet sich der Sprengmomentzünder in der Be­ reitschaftsphase, in der der nächstfolgende Impuls über den Schalter 28 den Schalter 20 schließt, um die Zün­ dung der Zündpille 21 auszulösen. Die Zündmaschine 10 beendet ihre selbständige Datenübertragung nach dem 64. Impuls. Die Zündung wird dadurch ausgelöst, daß an der Zündmaschine 10 ein Knopf 44 gedrückt wird oder der Zündmaschine ein externes Zündsignal zugeführt wird, dessen Zeitpunkt unabhängig von dem Steuerungsablauf der Zündmaschine bestimmt werden kann. Bei Auftreten dieses Zündsignals wird dem Sprengmomentzünder der Zündimpuls 45 zugeführt, der über den Schalter 28 zum Schalter 20 gelangt und diesen schließt. Der Zeitpunkt, zu dem der Zündimpuls 45 erzeugt wird, wird also nicht von der Zündmaschine bestimmt. Die Zündmaschine führt nur die in Fig. 4 schematisch dargestellte Routine aus, um die Bereitschaftsphase einzuleiten. Nach Beendigung dieser Routine kann der Zeitpunkt, zu dem das Zündsi­ gnal 45 erzeugt wird, frei gewählt werden.

Claims (3)

1. Sprengmomentzünder zur Durchführung einer Spren­ gung in dem Moment, in dem an einer Zündmaschine (10) ein durch externen Einfluß bewirkter Zündim­ puls (45) erzeugt wird, mit einem elektronischen Steuerteil (22), einem Energiespeicher (19) zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für den Steuerteil (22) und des Zündstroms für eine Zünd­ pille (21) und einem mit der Zündmaschine (10) verbindbaren Eingangsteil (13), welcher von der Zündmaschine (10) gelieferte Steuerimpulse (24) an den Steuerteil (22) liefert und einen steuerbaren Spannungsregler (17) zur Erzeugung der Ladespan­ nung für den Energiespeicher (19) enthält, wobei der Steuerteil (22) einen Dekodierer (25) enthält, der erst nach dem Erkennen einer charakteristi­ schen Steuerimpulsfolge (41) den Spannungsregler (17) auf die volle Ladespannung einstellt, sowie einen Schalter (28), der in einer Bereitschafts­ phase nach Erreichen der vollen Ladespannung am Energiespeicher (19) den nächstfolgenden Steuer­ impuls als Zündimpuls (45) durchschaltet, um die Zündpille (21) an den Energiespeicher (19) anzu­ schließen.

2. Sprengmomentzünder nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf die charakteristische Im­ pulsfolge (41) eine vorbestimmte Hochladezeit für das Aufladen des Energiespeichers (19) folgt, und daß sich an die Hochladezeit eine weitere charak­ teristische Impulsfolge (43) anschließt, nach de­ ren Erkennung die Bereitschaftsphase beginnt.

3. Sprengmomentzünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Impuls­ folge (41) aus einer ersten Anzahl von Steuerim­ pulsen (24) einer ersten Frequenz und einer zwei­ ten Anzahl von Steuerimpulsen einer zweite Fre­ quenz, wobei die Dauer der Folgen der ersten und der zweiten Steuerimpulse jeweils mit einem Referenztakt (30) gezählt und miteinander­ verglichen werden, besteht.