DE69610408T2

DE69610408T2 - Hüllenkupplung mit geringer mechanischer spannung

Info

Publication number: DE69610408T2
Application number: DE69610408T
Authority: DE
Inventors: E. Fritz; P. Riley
Original assignee: Ensign Bickford Co
Current assignee: Ensign Bickford Co
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2016-01-12
Also published as: WO1996023191A1; MX9705658A; BR9606790A; CA2209649A1; EP0808445A4; DE69610408D1; AR000703A1; US5505135A; EP0808445B1; NO973098D0; NO973098L; CA2209649C; EP0808445A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hülle zur Abdichtung von Sprengladungen, von Bauteilen elektronischer Schaltkreise oder von anderen empfindlichen Gegenständen gegen Umgebungsdrücke und/oder Verunreinigungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Konfiguration einer Hülle, die ein Gehäuse und einen Deckel umfasst, welche hohen Außendrücken ausgesetzt werden können. Derartige Hüllen sind zur Verkleidung geformter Ladungen bekannt. Herkömmlicherweise definieren diese Hüllen eine Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Deckel, die in einer rechtwinklig zur Achse der Ladung angeordneten Ebene liegt.
US-A-3 276 369, die eine Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, offenbart eine pulverisierbare Hüllenbaugruppe umfassend
- ein Gehäuse, das eine kreisförmige Gehäuseverschlussfläche definiert, wobei das Gehäuse einen keramischen Werkstoff umfasst, und
- einen Deckel auf diesem Gehäuse, wobei dieser Deckel einen keramischen Werkstoff umfasst und eine kreisförmige Deckelverschlussfläche definiert.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte pulverisierbare Hüllenbaugruppe zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine pulverisierbare Hüllenbaugruppe gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen 2-8 angegeben.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Hülle für eine Sprengladung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung der Hülle aus Fig. 1, wobei der Deckel auf das Gehäuse gesetzt ist und eine geformte Ladung sich in der Hülle befindet;
Fig. 3A und 3B sind Schnitt- und Seitendarstellungen, die jeweils den Deckel der Hülle aus den Fig. 1 und 2 zeigen;
Fig. 4 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Hülle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Genaue Beschreibung der Erfindung und deren bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung betrifft die Konfiguration eines Deckels und eines Gehäuses einer Hülle für eine Sprengladung, für Bauteile elektronischer Schaltkreise oder für andere Gegenstände, die empfindlich gegen Umwelteinflüsse sind. Die Kontaktflächen des Deckels und des Gehäuses sind so ausgebildet, dass Scher- und Zugspannungen durch die Gehäuse-Deckelverbindung minimalisiert werden, wenn die Hülle mit hohen Außendrücken beaufschlagt wird.
Eine Hülle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine geformte Ladung, wie in Fig. 1 gezeigt, umgeben. Die Hülle 10 umfasst ein Gehäuse 12 und einen Deckel 14, die aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sind, welcher von der Firma Coors Ceramic Company unter der Handelsbezeichnung AD-94 erhältlich ist und umfasst 94% Aluminiumdioxid. Das Gehäuse 12 definiert einen Sockel 16, der so dimensioniert und ausgebildet ist, dass er eine geformte Ladung aufnehmen kann, die darin umschlossen werden soll. Das Gehäuse 12 definiert eine Gehäuseverschlussfläche 18, die eine Schrägkante ist, welche sich um die Öffnung des Gehäuses 12 herum erstreckt. Auf ähnliche Weise definiert eine Schrägkante am Deckel 14 eine Deckelverschlussfläche 20. Die Deckelverschlussfläche 20 ist so dimensioniert und ausgebildet, dass sie mit der Gehäuseverschlussfläche 18 in Eingriff gebracht werden kann, so dass die Deckelverschlussfläche 20 mit der Gehäuseverschlussfläche 18 in Eingriff ist, wodurch eine Verschlussverbindung 22, die in Fig. 2 gezeigt ist, definiert ist, wenn der Deckel 14 auf das Gehäuse 12 gesetzt wird. Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Gehäuseverschlussfläche 18, die Deckelverschlussfläche 20 sowie die entsprechende Verbindung 22 (Fig. 2) kreisförmige Umfangskonfigurationen aufweisen. Ein Dichtmittel, wie beispielsweise eine dünne Beschichtung aus einem Kleber oder einer Dichtverbindung, können auf der Gehäuseverschlussfläche 18 und/oder der Deckelverschlussfläche 20 vorgesehen sein, um eine Dichtung zwischen dem Deckel 14 und dem Gehäuse 12 herzustellen und um den Deckel 14 auf dem Gehäuse 12 zu befestigen.
Wenn der Deckel 14 auf dem Gehäuse 12 befestigt ist, schützt die Hülle die geformte Ladung, die einen Mantel (liner) 28, eine Hauptsprengladung 30 und ein druckempfindliches Zündungsladungspellet 32 umfasst, vor Verunreinigungen, wie beispielsweise Wasser unter Hochdruck, die bei Tiefseeabbrucharbeiten oder der Öl- oder Gasgewinnung auftreten können. Die Ladung kann durch Detonation des Pellets gezündet werden, indem eine Zündungssignalleitung, wie beispielsweise eine Zündschnur, verwendet wird, die in der Nut 34 in der Nähe des Pellets 32 angeordnet ist.
Details der Konfiguration des Deckels 14 sind in den Fig. 3A und 3B angegeben. Die konvexe Außenfläche 24 des Deckels ist in Umfangsnähe konisch und definiert einen Randwinkel S (Fig. 3A) von etwa 120º. Der Scheitelpunkt der Oberfläche ist mit einem Radius von etwa 4,7 em (1,84 Inch) gerundet. Der Durchmesser D (Fig. 3B) der Außenfläche beträgt 8,3 cm (3,28 Inch). Die konkave Innenfläche 26 des Deckels 14 weist einen Krümmungsradius von etwa 4,6 cm (1,8 Inch) auf und definiert einen kreisförmigen Umfang mit einem Durchmesser d (Fig. 3A) von etwa 6,9 cm (2,7 Inch). Der Deckel 14 hat eine Dicke T von etwa 0,46 cm (0,18 Inch) im Scheitelpunkt und eine Höhe H von etwa 2,3 cm (0,9 Inch). Die Verschlussfläche 20 ist als eine Schrägkante am Deckel 14 ausgebildet, die einen Kegelwinkel α definiert, der mit dem Verbindungswinkel der Verbindung 22 übereinstimmt. Die Anmelderin hat herausgefunden, dass eine verbesserte Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 und dem Deckel 14 erzielt werden kann, indem eine Verbindung 22 vorgesehen wird, die das Frustrum eines Kegels mit einem Öffnungswinkel α ("Verbindungswinkel") von etwa 130º definiert.
Der 130º-Verbindungswinkel ist gewählt, um die Verbindung entlang einer Ebene anzuordnen, die mit der minimalen Hauptspannungsfläche nahe übereinstimmt, die entsteht, wenn die Hülle einem hohen Außendruck von beispielsweise 1540 bar (22,000 psi) beaufschlagt wird. Folglich werden Scher- und Zugspannungen durch die Verbindung minimiert.
Vorteilhafterweise passen die Gehäuseverschlussfläche und die Deckelverschlussfläche eng zusammen, wobei aber Unebenheiten in diesen Flächen unvermeidbar sind. Um eine befriedigende druckbeständige Dichtung zwischen dem Gehäuse 12 und dem Deckel 14 zu erzielen, ist ein geeigneter Klebstoff in der Verbindung 22 vorgesehen. Epoxid- Klebstoffe mit einem Elastizitätsmodul von etwa 2500 N/mm² (500,000 psi) schaffen eine adäquate Dichtung gegen Drücke oberhalb von 1540 bar (22,000 psi) bei etwa 21ºC (70ºF). Diese Klebstoffe versagen jedoch bei einem Test mit Temperaturen von etwa 149ºC (300ºF). Keramische Klebstoffe, wie beispielsweise Cotronics Duralco 4540TM verhielten sich selbst bei höheren Temperaturen zufriedenstellend.
Die Erfindung bietet hinsichtlich Hüllen, bei denen der Gehäuse-Deckelverbindungswinkel zu groß oder zu klein ist, einen Vorteil, da ein falscher Verbindungswinkel hohe Scherspannungen und/oder Zugspannungen an den Kontaktflächen des Gehäuses und des Deckels hervorrufen. Wenn der Verbindungswinkel zu groß ist, und beispielsweise 160º beträgt, wird die Verbindung hohen Scherspannungen ausgesetzt, die das Versagen des Dichtungsklebstoffes verursachen. Sobald der Klebstoff versagt, tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Deckel auf, die ein Versagen der Kappe aufgrund der hohen Zugumfangsspannung an deren Außendurchmesser verursacht. Wenn andererseits der Verbindungswinkel zu klein ist und beispielsweise 90º beträgt, würde eine hohe radiale Zugspannung im Gehäuse induziert werden, wodurch der Klebstoff versagen und bauliches Versagen des Gehäuses eintreten würde.
Die verbesserte Druck- und Temperaturbeständigkeit der Hülle gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet die Verwendung eingeschlossener Sprengladungen und/oder elektronischer Komponenten nicht nur für Anwendungen zur Öl- und Gasgewinnung sondern auch bei Tiefseeabbrucharbeiten und anderen Gewinnungsaktivitäten.
Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Hülle zur Verwendung mit Bauteilen für elektronische Schaltkreise ist in der Fig. 4 gezeigt. Die Hülle 10' umfasst ein Gehäuse 12', das eine zylindrische Konfiguration aufweist und so dimensioniert und konfiguriert ist, dass darin eine elektronische Detonationseinrichtung montiert werden kann, wie beispielsweise ein elektronischer Zündungsschaltkreis umfassend einen Halbleiterbrückenzünder. Das Gehäuse 12' definiert eine Gehäuseverschlussfläche an jedem Ende. Die Hülle 10' umfasst ferner zwei Deckel 14a und 14b, von denen jeweils einer an einem Ende des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Deckel 14a und 14b sind jeweils ähnlich wie der Deckel 14 des Gehäuses 10 ausgebildet. Dementsprechend sind Verbindungen 22a und 22b durch das Gehäuse 12 und die Deckel 14a und 14b ausgebildet, die jeweils Verbindungswinkel von etwa 130º definieren, wie vorstehend in Verbindung mit der Hülle 10 aus Fig. 1 beschrieben.
In die Hülle 10' ist eine Detonationseinrichtung montiert, die eine selbstangetriebene Zündung 36 und eine Zündungsdetonationsladung 38 umfasst. Die Zündung 36 umfasst eine Stromquelle für die Detonationsladung 38 und Schaltkreise zur Steuerung der Ladungszündung. Beispielsweise kann die Zündung 36 einen Zeitschalter zum Zünden der Ladung 38 nach einer bestimmten Verzögerung umfassen, die einem Auslöserereignis folgt. Die Ladung 38 weist eine ausreichende Festigkeit auf, um eine Zündungseinrichtung, wie beispielsweise Zündschnur, zu zünden, die neben dem Deckel 14b angeordnet ist.
Wenn erforderlich, kann ein elektrischer Verbinder eingesetzt werden, um die Schaltkreise in der Hülle 10' mit einem Schaltelement außerhalb der Hülle 10', wie beispielsweise einer Sicherheitseinrichtung, zu verbinden. Bevorzugterweise erfolgt dies durch den Einsatz eines dünnen laminierten Verbinders, der in einer der beiden Verbindungen 22a und 22b angeordnet ist. Das dünne laminierte Verbindungsmittel umfasst eine Vielzahl dünner leitfähiger Metallstreifen, die auf einer flexiblen nichtleitfähigen Unterlage, wie beispielsweise einer Mylar-Polyesterschicht, angeordnet sind. Die Gesamtdicke des laminierten Verbinders kann etwa 0,05 mm (0,002 Inch) betragen. Der Verbinder kann in der Verbindung 22a zusammen mit einem geeigneten Klebstoff angeordnet sein, ohne die um die Verbindung 22a herum hergestellte Dichtung signifikant nachteilig zu beeinflussen.
Obwohl die Erfindung hinsichtlich einer bestimmten Ausführungsform näher beschrieben ist, können zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsform durchgeführt werden, die in den Umfang der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, fallen.

Claims

1. Pulverisierbare Hüllenbaugruppe umfassend:

- ein Gehäuse (12), das einen keramischen Werkstoff umfasst und eine kreisförmige Gehäuseverschlussfläche (18) definiert, und

- einen Deckel (14) auf dem Gehäuse (12), der einen keramischen Werkstoff umfasst und eine kreisförmige Deckelverschlussfläche (20) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Deckel (14) ferner eine abgerundete konische Außenfläche umfasst, die einen Randwinkel (s) von etwa 120º definiert und

- die Deckelverschlussfläche (20) dimensioniert und konfiguriert ist, um in die Gehäuseverschlussfläche (18) einzugreifen, um eine Gehäuse-Deckelverbindung (22) zu definieren, die einen Verbindungswinkel (a) von etwa 130º definiert.

2. Hüllenbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Klebstoff in der Verbindung (22), um die Herstellung einer Dichtung zwischen dem Deckei (14) und dem Gehäuse (12) zu erleichtern.

3. Hüllenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der keramische Werkstoff Aluminiumdioxid umfasst.

4. Hüllenbaugruppe nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, wobei eine Innenfläche (26) des Deckels (14) ein Rundungsverhältnis von Radius zu Durchmesser von etwa 0,68 aufweist.

5. Hüllenbaugruppe nach Anspruch 4, wobei die Außenfläche des Deckels (14) mit einem Radius von etwa 4,7 cm (1, 84 Inch) abgerundet ist und einen Durchmesser von etwa 8,3 cm (3, 28 Inch) aufweist.

6. Hüllenbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Klebstoffschicht in der Gehäuse-Deckelverbindung (22), um den Deckel (14) am Gehäuse (12) zu befestigen und dazwischen eine Dichtung zu schaffen.

7. Hüllenbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend:

- einen Zünder (36) und eine zugeordnete Zündungs-Detonationsladung (38), die im Gehäuse (12) angeordnet ist;

- eine Klebstoffschicht in der Gehäuse-Deckelverbindung (22), um den Deckel (14) am Gehäuse (12) zu befestigen und dazwischen eine Dichtung vorzusehen.

8. Verwendung der Hüllenbaugruppe nach Anspruch 1 in einem Explosionspenetrator.