DE4427296A1 - Nichtelektrischer Sprengzünder - Google Patents
Nichtelektrischer SprengzünderInfo
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- 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
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- F42B3/10—Initiators therefor
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- F42C11/00—Electric fuzes
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Description
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.
Erfindungsgemäß 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
Ionenstromschalter 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. Ionenstromschalter nutzen die
ionisierende Eigenschaft der Stoßwelle des Anzündschlauches aus. Bei
Vorhandensein eines ionisierenden Gases stellt der Ionenstromschalter 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 Verzögerungszündelement einen
Kondensator anzuordnen, der z. B. von der Batterie aufgeladen wird.
Das Verzögerungszündelement besteht, wie schon ausgeführt, aus einer
Verzögerungsschaltung - 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 aufgebrachten
Sprengstoff 27.
Vor dem Anzündschlauch 26 ist ein elektronisches Verzögerungszündelement
(electronic delay element - EDE) 20 angeordnet. Dieses Verzögerungszünd
element 20 beinhaltet eine Verzögerungsschaltung 7 mit einer Endstufe für ein
sekundäres Zündelement 5 (Anzündpille), welches hinter dem Verzögerungs
zündelement 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-Massen-
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 (5)
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
Verzögerungszündelement (20) zusätzlich ein die Verzögerungsschaltung
(7) in Gang setzender Schalter (11) angeordnet ist, wobei der Schalter
(11) durch die Wirkung 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 Ionenstromschalter 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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