DE1086609B - Sprengstoff-Ventil- oder Relaisanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Sprengstoff-Ventil- oder Relaisanordnung.

Bei zahlreichen Anwendungen werden Signal- oder Betätigungseinrichtungen benötigt," die auf einen aus einer Richtung kommenden Impuls ansprechen, dagegen nicht auf einen aus einer anderen Richtung kommenden Impuls. Es sind zahlreiche elektrische Anordnungen bekannt, die in dieser Weise arbeiten und beispielsweise in Rechengeräten verwendet werden. Es bestand ein Bedarf an äquivalenten Sprengstoffanordnungen, die als Relais oder als gerichtetes Ventil wirken.

Das Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung von Sprengstoffanordnungen, die eine Richtwirkung besitzen. ■ . -

Die erfindungsgemäße Sprengstoff-Ventil-· oder Relaisanordnung ist gekennzeichnet durch eine wendelförmig angeordnete Knallzündschnur und eine axial im Inneren der Wendel liegende Knallzündschnur, wobei die Knallzündschnüre einen Kern von 0,21 bis 2,1 g/m brisantem Sprengstoff in einer Metallummantelung haben oder aus üblichen Knallzündschnüren mit einem Polymerüberzug von etwa 2,4 mm Stärke bestehen. Die erfindungsgemäße Sprengstoffanordnung ergibt folgende Wirkung:- Wenn eine Detonation durch die Wendel läuft, wird keine Detonation in der axial liegenden Knallzündschnur in der Richtung gezündet, die derjenigen entgegengesetzt ist, in welcher die Detonation durch die Wendel läuft. Wenn ferner gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die Wendel eine ausreichende Anzahl von Windungen besitzt und praktisch kein Zwischenraum zwischen nebeneinanderliegenden Windungen der Wendel und zwischen den Windungen und dem Mantel der axial liegenden Knallzündschnur besteht, zündet eine durch die axial liegende Knallzündschnur laufende Detonation keine Detonation in der Wendel, obgleich die Wendel auseinandergesprengt und dadurch unwirksam gemacht wird, während eine durch die Wendel laufende Detonation in der axial liegenden Knallzündschnur zündet, jedoch nur in der Richtung, in der die Detonation durch die Wendel läuft. Durch geeignete Wahl der Windungszahlen in der Wendel ist es möglich, andere Wirkungen, zu erzielen. So wird oberhalb einer oberen Grenze der Windungszahlen eine Detonation nicht durch die Wendel hindurch fortgesetzt, sondern nur in der axial liegenden Knallzündschnur, während sich unterhalb dieser Grenze die Detonation durch die Wendel hindurch fortpflanzt. Dies beruht wahrscheinlich im ersten Fall auf der Zerstörung der Wendel durch die Detonation der axial liegenden Knallzündschnur, durch die eine weitere Ausbreitung der Detonation in der Wendel verhindert wird, bzw. im zweiten Fall auf der Nichtzerstörung der Wendel.

Sprengstoff-Ventil- oder Relaisanordnung

Anmelder:

E. I. du Pont de Nemours and Company,
Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. September 1957

David Linn Couisen, Newark, Del. (V. St. A.J,
ist als Erfinder genannt worden

Im allgemeinen beträgt die auf die Längeneinheit bezogene kombinierte Masse der Ummantelung sowohl auf dem Sprengstoffkern der Wendel als auch auf dem in der axialen Richtung angeordneten Sprengstoffkern etwa das II- bis 120fache der auf die Längeneinheit bezogenen Masse jedes Sprengstoffkerns.

In den folgenden Beispielen besteht die Knallzündschnur aus einem PETN-Sprengstoffkern in einem Bleimantel, und zwar sowohl die Wendel als auch die axiale Schnur. Diese Form einer Knallzündschnur eignet sich besonders gut für den Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnungen, da sie sehr leicht gehandhabt und betrieben werden kann. Vorzugsweise enthält der Sprengstoffkern zwischen 0,21 und 2,1 g eines kristallinen, sprengkapselempfindlichen, mit hoher Geschwindigkeit detonierenden Sprengstoffs pro Zentimeter Länge. PETN, RDX, TNT, Bleiazid und Tetryl sind Beispiele für geeignete Sprengstoffe dieser Art. Der Mantel besteht vorzugsweise aus einem streckbaren Metall, z. B. Blei, Zinn, Kupfer, Aluminium, das eine leichte Handhabung und einen einwandfreien Einschluß des Sprengstoffkerns ermöglicht. Wie bereits oben angegeben, sollte die auf die Längeneinheit bezogene kombinierte Masse des Mantels sowohl bei der Knallzündschnur der Wendel als auch bei der axial liegenden Knallzündschnur etwa das 11- bis 120fache der auf die Längeneinheit be-

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zogenen Masse des Sprengstoffkerns betragen. Unter diesen Bedingungen findet keine Zündung einer Knallziindschnur bei einer Detonation der anderen Knallzündschnur statt, wenn diese sich einfach kreuzen oder nebeneinanderliegen, jedoch kann sie stattfinden, wenn die detonierende Knallzündschnur die Form einer Wendel besitzt.

An Stelle einer Knallzündschnur in Form eines mit Metall ummantelten Sprengstoffkerns kann auch die handelsübliche, mit Gewebe überzogene Knallzündschnur verwendet werden, die zwischen 6,4 und 16 g/m Sprengstoff enthält, vorausgesetzt, daß eine ausreichende Ummantelung angebracht wird, um das oben angegebene erforderliche Massenverhältnis zwischen Ummantelung und Sprengstoffkern zu erreichen. Es wurden beispielsweise Ventile hergestellt, in denen eine handelsübliche Knallzündschnur mit 10,6 g/m Sprengstoff verwendet wurde, die mit einem Gummischlauch von 2,4 mm Dicke überzogen war.

Falls erwünscht, kann die erfindungsgemäße Anordnung dadurch als einstückige Packung hergestellt werden, daß sie in Zement oder ein Kunstharz eingeschlossen wird. Diese Maßnahme wird nur dort erforderlich sein, wo eine rauhe Handhabung die Form der Anordnung zerstören könnte.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung sind in der Zeichnung dargestellt. Die Zeichnung zeigt ferner Beispiele für die Anwendungsmöglichkeiten dieser Anordnungen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine genaue Darstellung von zwei Stücken einer Knallzündschnur, die in erfindungsgemäßer Weise zusammengefügt sind,

Fig. 2 bis 11 schematische Darstellungen von Sprengstoffanordnungen gemäß der Erfindung und

Fig. 12 und 13 schematische Darstellungen von An-Wendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Anordnungen beim Sprengen.

Tn Fig. 1 ist ein Abschnitt 1 einer Knallzündschnur dargestellt, die zum Teil in Form einer Wendel 2 ausgebildet ist. Ein zweites Stück Knallzündschnur 3 ist durch die Wendel 2 gleichachsig hindurchgeführt. Bei 4 ist der Mantel dargestellt, der aus einem Metall, beispielsweise Blei, besteht, und 5 bezeichnet einen Sprengstoff, z. B. PETN, welcher den Kern der Knallzündschnüre 1 und 3 bildet. Die dargestellte Konstruktion bildet die Grundlage für alle in den übrigen Figuren gezeigten Anordnungen, in denen zur Vereinfachung der Darstellung nur der Kern durch eine Linie angedeutet ist.

Es können durch Anwendung der erfindungsgemäßen Sprengstoffanordnungen verschiedenartige Wirkungen erzielt werden. Beispielsweise ergeben die in Fig. 2 bis 11 gezeigten Anordnungen die folgenden Wirkungen:

In der Anordnung nach Fig. 2 wird eine bei A entstehende Detonation nach B weiterlaufen und beim Durchgang durch die Wendel Y keine Zündung in der Säule CD hervorrufen, aber die Wendel Y zerstören. Ähnlich wird eine bei B entstehende Detonation nach A fortschreiten und keine Zündung der Säule CD hervorrufen, jedoch wird die Wendel Y zerstört. Eine bei C entstehende Zündung läuft durch die Wendel Y nach D weiter. Die Schnur AB wird im Inneren der Wendel F nur in der Richtung nach B gezündet, d. h., daß die Detonation nach B und nicht nach A läuft. Eine bei D entstehende Detonation geht nach C weiter, und sie wird eine Detonation nach A₁ aber nicht nach B hervorrufen.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung geht eine bei E entstehende Detonation durch die Wendel Y hindurch. Wenn die Schleife sehr klein, ist, läuft sie weiter nach F, da sie die Wendel Y durchquert, bevor diese ausreichend zerstört ist, um eine Fortpflanzung der Detonation zu verhindern. Wenn die Schleife größer ist, wird die Wendel zerstört werden, bevor die Detonation durch den Sprengstoffkern hindurch übertragen werden kann, und die Detonation wird beendet. Eine bei F entstehende Detonation wird stets in der Schleife aufhören, da der in axialer Richtung durch die Wendel laufende Kern in Richtung auf die Schleife hin gezündet wird und der Kern in der Wendel ebenfalls auf die Schleife hin detoniert. Wenn die beiden Detonationsfronten in der Schleife aufeinandertreffen, hört die weitere Fortpflanzung der Detonation auf.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführung ist eine Variation der Anordnung nach Fig. 3. Auch hier wird durch die Größe der Schleife bestimmt, ob die Detonation von E' nach F' weitergehen kann. Jedoch wird bei dieser Ausführung eine bei F' entstehende Detonation nach E' durch Zündung des nach E' führenden Kerns in der Wendel Y übertragen werden.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung geht eine entweder bei G oder H entstehende Detonation nach H bzw. G weiter, ohne daß eine andere Schnur entzündet wird, wobei jedoch die Wendeln Y und Z zerstört werden. Eine bei / entstehende Detonation bewirkt eine Zündung der Schnur GH in der Wendel Y nur in Richtung nach //. Wenn die Länge der Sprengstoffschnur // zwischen der Wendel Y und der Wendel Z größer als die Länge der Knällzündschnur GH zwischen den Wendeln ist, läuft die Detonation nach H, aber nicht nach / weiter. Wenn dagegen die Länge der Knallzündschnur // zwischen der Wendel Y und der Wendel Z kleiner als diejenige der Knallzündschnur GH zwischen den Wendeln ist, geht die Detonation nach /, aber nicht nach H weiter. Wenn die Stücke etwa die gleiche Länge besitzen, geht die Detonation sowohl nach H als auch nach /. Eine bei / entstehende Detonation zündet eine Detonation in Richtung H und eine kurze Zeit später eine Detonation in Richtung nach G, wobei sie selbst nach / weiterläuft.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführung läuft eine entweder bei M oder iV entstehende Detonation nach A^r bzw. M, ohne daß eine andere Detonation hervorgerufen wird, wobei jedoch die Wendel Z zerstört wird. Eine bei L entstehende Detonation erzeugt eine Detonation in Richtung nach K und nach M₁ aber nicht nach N. Eine bei K entstehende Detonation bewirkt lediglich eine Detonation in Richtung nach N.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung hört eine hei Q entstehende Detonation auf, außer wenn die Schleife so klein ist, daß sie nach R weiterlaufen kann. Eine bei R entstehende Detonation wird stets aufhören. Eine bei O entspringende Detonation geht weiter nach P, wobei Detonationen sowohl nach R als auch nach Q gezündet werden. Eine bei P entstehende Detonation geht weiter nach O, wobei nur eine Detonation in Richtung nach Q gezündet wird.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Abänderung verläuft eine bei Q' entstehende Detonation wie eine bei Q in Fig. 7 entstehende. Eine bei R' entstehende Detonation zündet nur eine Detonation in Richtung nach Q'. Eine bei O' entstehende Detonation geht weiter nach P', jedoch wird nur eine Detonation nach R' gezündet. Eine bei P' entstehende Detonation geht weiter nach 0', wobei jedoch nur eine Detonation nach Q' hervorgerufen wird.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführung geht eine bei 5¹ entspringende Detonation weiter nach V₃ da die in der Schnur TU in Richtung nach T erzeugte Deto-

nation durch die Zerstörung der Wendel Y unterbrochen wird. Ebenso wird eine bei U entstehende Detonation nach T weitergehen. Eine bei T entstehende Detonation geht weiter nach U, wobei eine Detonation nur in Richtung nach S hin gezündet wird. Eine bei V entstehende Detonation geht weiter nach S, wobei nur eine Detonation in Richtung nach U gezündet wird.

Bei der in Fig. 10 gezeigten Abänderung geht eine bei S' entstehende Detonation weiter nach V, wobei nur eine Detonation in Richtung nach U' gezündet wird. Eine bei V entstehende Detonation geht weiter nach S', wobei sie nur eine Detonation in Richtung nach T' zündet. Eine bei U' entstehende Detonation geht weiter nach T', wobei nur eine Detonation in Richtung nach S' gezündet wird. (Offensichtlich können durch Änderungen in den Längen der beiden Zündschnüre zwischen den Wendeln Veränderungen der Richtungen hervorgerufen werden, in denen die Detonation läuft. Wenn z. B. die Länge von T'U' zwischen den Wendeln größer als diejenige von S'V ist, wird eine bei V entstehende Detonation eine Zündung in Richtung nach T' hervorrufen, aber die vorherige Detonation der nach S' gehenden Zündschnur wird die Wendel Y zerstören, so daß die nach T' laufende Detonation unterbrochen wird.)

Bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführung geht eine bei S" entstehende Detonation weiter nach V", während alle anderen Detonationen ausfallen. Eine bei T" entstehende Detonation geht weiter nach U", während alle anderen Detonationen ausfallen. Eine bei U" entstehende Detonation geht weiter nach T", wobei sie eine Detonation nur in Richtung auf S" zünden wird. Die bei V" entstehenden Detonationen gehen weiter nach S" und zünden nur eine Detonation in Richtung nach U".

Es ist offensichtlich, daß die dargestellten Anordnungen nur einen kleinen Bruchteil der Vielzahl von Kombinationen darstellen, die hergestellt werden können, jedoch zeigen sie die vielfachen Möglichkeiten auf, die der Erfindung innewohnen. Die Knallzündschnüre können zum Zünden von Sprenganordnungen verwendet werden, wobei die Reihenfolge oder Auswahl von der Signalquelle abhängt.

Fig. 12 und 13 zeigen Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen Anordnungen zum Zweck, die Sprengungen sicherer zu gestalten. Die Figuren zeigen eine Sprengstoffladung 6 in einem Bohrloch, die Erdoberfläche 7, eine Senkleitung 8 aus Knallzündschnur, eine auf der Oberfläche verlaufende Stammleitung aus Knallzündschnur 9, ein einseitig wirkendes Sprengstoffventil 10 gemäß der Erfindung, einen üblichen Zünder 11 und eine gemäß der Erfindung ausgeführte Sprengstoffanordnung 12.

Wenn die Stammleitung 9 durch Detonation des Zünders 11 gezündet wird, bewirkt der Durchgang der Detonation durch die Anordnungen 10 die Zündung der Senkleitungen 8 und damit die Zündung der Sprengladungen 6. Wenn eine der Ladungen 6 oder der Senkleitungen 8 unbeabsichtigt gezündet wird, wird die Detonation der Senkleitung 8 in der Anordnung 10 keine Zündung der Stammleitung 9 hervorrufen, wodurch die Gefahr beseitigt wird, daß durch unbeabsichtigte Detonation einer Ladung eine vorzeitige Detonation der übrigen Ladungen hervorgerufen wird. Wenn Anordnungen 12 in der in Fig. 13 gezeigten Weise eingesetzt werden, wird noch zusätzlich der Sicherheitsfaktor hervorgerufen, daß nur eine Detonation über die Stammleitung 9 übertragen werden kann, die aus der Richtung kommt, in welcher der Zünder 11 liegt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die folgenden Beispiele Bezug genommen. In jedem Fall wurde die Ausbreitungsrichtung der Detonation entweder an Hand der Eindrücke auf einem Bleiblock oder durch Röntgenaufnahmen während der Detonation festgestellt.

Beispiel 1

Es wurde eine große Anzahl von Anordnungen der in Fig. 1 und 2 gezeigten Gestalt hergestellt. Sowohl die Wendel als auch die Mittelsäule wurden aus einer mit Blei ummantelten Knallzündschnur hergestellt, deren Sprengstoffkern aus einer mechanischen Mischung von 98 Teilen feinverteiltem PETN und 2 Teilen Fe₃ O₄ bestand. Die Sprengstoffmischung wurde in einer Menge von 0,0042 g pro Zentimeter Länge angewendet, und der Bleimantel hatte eine Masse von 0,0615 g pro Zentimeter Länge, gleichmäßig rings um 'den explosiven Kern verteilt.

Bei den im folgenden angegebenen Versuchen wurde die Einheit mittels einer elektrischen Sprengkapsel gezündet, die an der mit C in Fig. 2 bezeichneten Stelle angebracht war. Die Wendel hatte einen Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der axialen Knallzündschnur war, so daß kein Luftspalt zwischen der Wendel und der axialen Knallzündschnur bestand, und die Windungen der Wendel lagen so nahe nebeneinander, daß zwischen den einzelnen Windungen kein Luftspalt vorhanden war.

Tabelle 1

Anzahl	Zahl der Anord	Zahl der ankommenden Detonationen bei	nur D	B und D	sonst
der in dungen	nungen		4	2	0
in der		nur B	2	4	0
Wendel*)	6	0	5	40	0
1	6	0	0	6	0
IV2	45	0	0	1	0
2	6	0	0	0	0
2Vi	7	6
3	6	6
3 V2

*) Fig. 2 zeigt zwei Windungen.

Wenn die vorstehend angeführten Tests unter gleichartigen Bedingungen wiederholt wurden, mit der einzigen Ausnahme, daß die Windungen der Wendel voneinander um etwa 0,10 cm getrennt waren, so daß ein mittlerer Luftspalt von 0,10 cm entstand, kam in allen Fällen die Detonation nur bei D an, d. h. daß die axiale Knallzündschnur nicht gezündet wurde. In zehn Anordnungen, in denen die Wendel aus zwei Windungen ohne Luftspalt bestand und die Zündung bei A anstatt bei C vorgenommen wurde, kam die Detonation nur an der Stelle B an.

Beispiel 2

In Anordnungen, die mit den im Beispiel 1 beschriebenen gleichartig waren (wobei die Windungen der Wendel in Berührung miteinander standen), mit der Ausnahme, daß die Bleiummantelung auf der axialen Knallzündschnur 0,0452 g pro Zentimeter Länge betrug, wurden die folgenden Ergebnisse erhalten, wenn die Anordnung bei C gezündet wurde.

Tabelle 2

Anzahl	Zahl der Anord	Zahl der ankommenden Detonationen bei	nur D	.S und D	sonst
der "Win dungen	nungen		4	2	0
in der		nur B	0	1	0
Wendel	6	0	0	0	0
1	6	5	0	0	0
IV2	6	6	0	0	0
2	6	6	0	0	0
2 V2	6	6
3	6	6
3V2

Die Detonation kam nur bei B an, wenn die Anordnung bei A gezündet wurde.

Beispiel 3

Eine Anzahl von Anordnungen der in Fig. 3 ge- 20' zeigten Form wurde hergestellt, wobei eine mit Blei ummantelte Knallzündschnur verwendet wurde, deren Sprengstoffkern aus einer Mischung von 98 % PETN und 2 % Fe₃ O₄ bestand, wobei die Sprengstoff ladung 0,0042 g pro Zentimeter Länge und die Bleiummantelung 0,0615 g pro Zentimeter Länge betrug. Bei allen Bemessungen endete eine bei F entstehende Detonation in der Schleife, ohne daß sie nach E weiterging. Wenn die Schleife einen Durchmesser von weniger als 1,8 cm besaß und die Detonation bei B gezündet wurde, lief sie nach F weiter. Wenn der Durchmesser der Schleife mehr als 1,8 cm betrug, pflanzte sich eine bei E entstehende Detonation nicht nach F fort.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Sprengstoff-Ventil- oder Relaisanordnung, ge kennzeichnet durch eine wendelförmig angeordnete Knallzündschnur und eine axial im Innern der Wendel liegende Knallzündschnur, wobei die Knallzündschnüre einen Kern von 0,21 bis 2,1 g/m brisantem Sprengstoff in einer Metallummantelung haben oder aus üblichen Knallzündschnüren mit übergezogener Gummiumhülkmg von etwa 2,4 mm Stärke bestehen.

.15 2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen kein Luftspalt zwischen nebeneinanderliegenden Windungen der Wendel besteht und daß die Wendel eine so große Anzahl von Windungen besitzt, daß eine durch die Wendel laufende Detonation eine Detonation in der axial angeordneten Knallzündschnur in der Richtung hervorruft, in der die Detonation durch die Wendel läuft.

3. Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem zusammenhängenden Knallzündschnurstück besteht, wobei ein Abschnitt des Stücks die Wendel bildet und ein anderer Abschnitt des Stücks axial durch die Wendel verläuft, so daß die Knallzündschnur eine Schleife bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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