AT526709A1 - Gasdruckerzeugende Kartusche - Google Patents

Abstract

Gasdruckerzeugende Kartusche (1) zum Brechen von harten Strukturen mit einem Kartuschenkörper (2) zur Aufnahme eines Deflagrationsgemisches (3) und einer elektrischen oder pyrotechnischen Zündvorrichtung (4) zur Zündung des Deflagrationsgemisches, wobei die Zündvorrichtung (4) durch einen Hochleistungsanzünder (5) gebildet ist, der unter Prüfbedingungen in einem definierten Prüf-Hohlraum von etwa 3,5 ml mindestens 35 Bar Druck und mindesten 4.000 0 Celsius erzeugt, wodurch aber keine Detonation entsteht.

Description

Defagrafionsgertisches,

Gasdruckerzeugende Kartuschen, die konstrulert und eingesetzt werden, um unterschiedliche Stoffe zu Orechen, z.5. Gestein oder Beton, sind selt Kängerem bekannt, wobei erkannt wurde, dass In diesem Zusammenhang Nirozeilulose(NC}-

Treibladungspulver sich sehr gut eignet, um Gestein Zu zerkleinern, wenn es gut

verdämmft in einem Bohrioch gezündet wird.

Nürozeilulose-Treibladungspulver gibt 88 in vielen, unterschiedlich schnell verbrennenden Sorien, Allen gemein ist, dass es so phlagmatisiert ist, dass es nicht

deforsert sondern deflagrnernt.

Unter Deflagration wird dabei eine schnelle Verbrennung mit einer Umsetzungsgeschwindigkeit zwischen ca, 400 m/s und ca, 1500 m/s verstanden, im Gegensatz zur Detanation, bei der eine extrem schnelle Zersetzung oder Verbrennung mit einer Umsetzungsgeschwindigkeit jenseits der 1500 nys und einer

der Verbrennungsfront vorausellenden Stoßweile stattfindet,

Es ist möglich, bis zu 50 % des Nitrozeilulose-Deflagrationspulvers, weiches recht teuer ist, durch Ammaoriumnitrat, das ein preiswerter Stickstof-Kunstdünger ist, zu ersetzen. Je mehr Ammoniumnifrat in der Mischung enthalten ist, umso stärker muss die Verdämmung sein. Of ist aber der zeitliche und materialtechnische Aufwand für

eine solche ausreichende Verdämmung sehr hoch,

Ziel der Erfindung ist es, eine hoch wirksame, gasdruckerzeugende Kartusche zum Brechen harter Strukturen zu schaffen, welche mit einer relativ geringen Verdämmung sicher und effektiv zündet, da die Bahriöcher oft nicht sehr tief sind. Freiiegend sol sich dabei keine Wirkung enYffalten, um sicherheitstachnische und

juristische Implikationen von Sprengmitteln zu vermeiden,

Celsius erzeugt, wodurch aber keine Detonation entsteht,

Dia wichtigste Neuerung besteht In der Verwendung des sehr hal und schnell abbrennenden Hochleistungsanzünders, welcher zusätzlich auch noch einen

gewissen Grund-Druck erzeugt, insbesondere in Verbindung mit den anderen

genannien Komponenten,

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kartusche beruht auf der Deflagration eines nicht deionierenden Gemisches, Dieses reaglien nach erfolgter Zündung und produziert große Mengen an Gasen (Schwaden), weiche hauptsächlich aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf bestehen, Das erzeucte Gas dringt in die beim Schlagbohren erzeugten Mikrorisse sowie In die natürlichen Risse und Mohlräume des Gesteins/Getons ein, um dort für eine Abscherung/ Spaltung das

Gesteins oder Retons zu sorgen,

Zur Auslösung wird relativ viel Energie benötigt, wobei der bei der Zündung des Mochleistungsanzünders auftretende Druck weit über den bisher verwendeten Drücken von ca, 8 Bar, aber andererseits noch mit einem Sicherheitsabstand zu dem für eine Detonatian erforderlichen Druck bei 80 Bar liegt, Der Fachmann kennt den nicht zu überschreitenden Bereich und kann daher die Druckobergrenze je nach

Anforderung wählen,

Durch die eründungsgemäße Verwendung eines Mochleistungsanzünders anstelle eines sonst üblichen ayrotschnischen Anzünders wird die Umseizungszeit des Deflagrationsgemisches stark verkürzt, wobei die Leistungsfähilgkelt der eründungsgemäßen Kartusche um ca. 50% höher als für bisher bekannte Kartuschen ist, ohne dabei} eine Detonation hervoarzurufen, wodurch sich die erforderliche

Verdämmung entscheidend verringern ass.

Es hat sich dabet als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Hochleistungsanzünder Im vorderen Viertel der Kartusche, also nahe dem Bohrigchtiefsten, platziert ist.

sehr kostengünstige Füllung der Kartusche. erzielen lässt.

Weiters kann das Defagrationsgemisch aus Umweltschutzgründen zusätzlich

Kohlenstoff umfassen,

in weiterer Ausbildung der Erändung kann der Hochleistungsanzünder durch eine elektrische Zündpille gebildet sein, die in Ihrem inneren einen Brückendraht und einen diesen umgebenden pyrotachnischen Satz auf Basis von Zirkon und Kalumperchlorat umfasst, weicher in weniger als 5 Millisekunden eine Flamme mit einer Temperatur von mehr als 4.000° Celsius eniwickelt und - gemessen in einem 3,5 om fassenden PrüfßMohlraum - einen Druck von mehr als 50 Bar erzeugt, wobel dieser Oruck kombiniert mit einer hohen Temoeratur von etwa 4000 Grad Celsius Zu der sehr hohen Umselzgeschwindigkeit führt, Hierdurch wird die notwendige Verdämmung entscheidend vertingert und die Umselzungszeit des gaserzeugenden Deflagrationsgemisches stark verkürzt, Auf diese Weise is! die Leisiungsfähigkeit der eründungsgemäßen Kartusche mindestens um ca. 50 % höher als bei bisher bekannten Kartuschen,

Zündpilien dieser Leistungsfähigkeit wurden bisher nur auf dem Gebiet der Airbags verwendet und haben aber bei der Zündung des Deflagrationsgemisches einer

überraschend positiven Efekt ohne dabei eine Detonation hervorzurüfen,

Eine noch raschere Umsetzung des Deflagrationsgemisches kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erzielt werden, wenn die Zündpille bei

Zündung In einem Prüf-Hohlraum einen Gasdruck von über 60 Bar erzeugt,

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der erindungsgemäßes Hochleistungsanzünder durch eine Zündoplille in den handelsüblichen Empfindlichkeitsklassen, ausgewählt aus der Gruppe aus Klasse1:; Na-Firea Strom 180mA/, Klasse 2: No-Fire Strom 450mA/, Klasse 3: Na-Fire Strom 1200mA/ und Klasse 4, No-Fire Strom 4000mA ausgebildet sein,

3

Hochleistungsanzünder durch einen Zündschlauch gebildet ist,

Um eine sehr günstige Wirkung zu erzielen, kann weiters vorgesehen sein, dass der Kartuschenkörper in seinem Inneren ausschließlich mit dem einen DNefagrationsgemisch gefülk und die Zündolille oder der Zündschlauch in dem Deflagrationsgemisch vollkommen, vorzugsweise im vorderen Viertel des

Kartuschenkörners eingebettet ist,

Für das Dyrotachnische Gemisch werden hauptsächlich äußerst offensive Füntennulver und poröses Ammontiumnmaitrat {z. 8. Ultran 50} verwendet, Die Zusammenselzung des Deflagrafionsgemisches wird speziell arı das

Kartuschenkaliber und die Satzmenge angepasst,

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann z.B. darin bestehen, dass das Deflagrationsgemisch 5 Gew, % bis 50 Gew. % Ammonlumnitrat und 50 Gew, % bis 05

Gew. % Nitrocellulose- Treibladungspülver enthält.

Zyiindrische Körper aus Kunststoff z.8. 8DPE oder ein ähnlicher Kunststoff, welcher sich unter Druck gut verformt, weiche die gasdruckerzeugende Deflagrationsmischung sowie den erfindungsgemäßen Mochleistungsanzünder

enthalten, sind besanders bevorzugt,

Der Kartuschenkörper kann in geeigneter Form hergestellt sein, indem er gemäß einer Ausbildung der Erfindung aus einem an seinen Enden verschließbaren Rohr gebildet ist, er kann aber auch in anderer Weise ausgebildet sein, um das

Deflagrationsgemisch aufzunehmen,

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Rohr an seinen Enden mit Stapfen verschlieRbar sein und Anschlussdrähte für die Zündolle können durch einen der Stopfen hindurchgeführt sein, wo sie über geeignete Anschlüsse mit

einer Zündeinheit verbunden sein kÖNNen.

halbhohlkugelförmige Form aufweisen. Als Material für den Kartuschenkörper kann HOPE verwendet werden, warmit 2.8. ein relativ dickwandiges, handelsübliches HOPE-Roahr für den Kartuschenkörper zur

Anwendung kommen kann.

Ole Karluschen können weiters mit einer abgerundeten Spitze versehen sein, damit

sie in klüftigen Bohrlöchern nicht verhaken,

Weiters kann als Kartuschenkörper ein MOPR-Kunststoffrohr mit eingespritzter

Farbmarklerung, welche als Sollbruchstelle fungiert, zur Anwendung gelangen, Die erfindungsgemäße Kartusche ist In vorteilhafter Weise wasserfest abgedichtet, Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erändung haben die erändungsgemäßen Kartuschen am vorderen Ende einen hemisphärenförmigen,

typischerweise roten, Kunststoffstopfen mit Lamellen,

Zündieitungen können am hinteren Ende der Kartusche angeschlassen oder

ausgeleitet sein,

Es können auch pyrotechnische oder elektronische Verzögerungsanzünder zum Einsatz gelangen.

Weiters können bei großen Kartuschen chemische oder mechanische Bremsen im

Oeflagrationsgemisch vorgesehen sein,

und Ammonlumniirat,

Anzündung erfolgt durch einen elektrischen Mochleistungsanzünder ZB. HiFiREFuse Head "PR".

Seiapiel 1

RohrAußendurchmesser 20 mm

NEM Länge NO Ammoniumnitrat 5a 550m GE % 5%

109g 11om 95 % 5%

20g 240m 5 % 5%

309 32 om 80 % 10% 405 40 om N 10% 506 S0 om SO % 10% 509 560 om SO % 10 %

Reispiel £

RohrAÄAußendurchmesser 25 mm

NEM Länge NO Ammaniyumnaitrat 100 6,50m 95 % 5%

200g 12,5c0m 95 % 5%

309 178 om 90 % 10% 409 23,5 cm 90% 10% 809 36cm 90% 10% 809 43cm 90 % 10% 1009 55cm 85 % 15% Reispiet 3

RohrAußendurchmesser 32 mm

7718

208 Tem DO % 10% 440g 130m 56 % 15% 60.9 19 cm 80 % 20% 80a 28 om 75% 25% 100.032 om 75% 25% 120.9 39 om 75% 25 % 140.445 om 75 % 25 % 160g 52 om TE % 25 % 1809 583 om 75% 25 % 200g 84 om 75% 25% 250 9 75 om 75% 25 %

Heispiel 4

Rohr-Außendurchmesser dü mm

NEM Länge NGC Ammonilumnkiirat 120.9 20 om 75% 25 Yo 300 a 35 om 75% 25% 500g 75 cm 75% 25 %

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeisniels eingehend

ernäutert,

Es zeigt dabei

Fig 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kartusche und Fig.2 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäfßen Mochleistungsanzünders,

Sig.1 zeigt eine gasdruckerzeugende Kartusche 1 zum Brechen von harten Strukturen mi einem Kartuschenkärper 2 zur Aufnahme eines

7

€

Zündvorrichtung 4 zur Zündung des Defagrationsgemisches,

Erfindungsgemäß ist die Züundvornichlung 4 durch einen Mochleistungsanzünder 5 gebildet, der unter PFrüfbedingungen in einem definierten Prüf-Mohiraum von etwa 3,5 mi mindestens 36 Bar Druck und mindestens 4,000” Celilus erzeugt, wodurch aber

keine Detonation entsteht,

Es können unterschiedliche Deflagrationsgemische zum Einsatz gelangen, wobel fm vorliegenden Beispiel ein Anteil des Deflagrafionsgemisches aus Ammeoniumnitraft gebildet ist, wobei das Deflagrationsgemisch & Gew.% bis 50 Gew. % Ammoniumnaitrat und 50 Gew. % bis 95 Gew. % Nitroceflulgse-Treibladungspulver

enthält.

Das Deflagrationsgemisch kann zusätzlich Kohlenstoff umfassen,

Der Hochleistungsanzünder 5 ist durch eine elektrische Zündpille 6 (Fig.2) gebildet ist, die in Ihrem Inneren einen Brückendraht und einen diesen umgebenden oyrotachnischen Satz auf Basis von Zirkon und Kallumperchlorat umfasst, welcher In weniger als 5 Millisekunden eine Flamme mit einer Temperatur von mehr als 4.000° Celsius entwickelt und - gemessen in einem 3,5 om fassenden Prüf-Mohlraum -

einen Druck von mehr als SO Bar, 2,8. 60 Bar, erzeugt.

Der Kartuschenkörger 2 ist in seinem Inneren ausschließlich mit dem einen Deflagrationsgemisch 3 gefüllt in dem Deflagrationsgemisch vollkommen im vorderen

Viertel des Karluschenkörpers 2 eingebettet,

Der Kartuschenkörper 2 ist aus einem an seinen Enden verschließbaren HDPE-Rohr 7 gebildet, wobei das Rohr 7 an seinen Enden mit Stopfen 8, 9 verschließbar ist und Anschlussdrähte 10, 11 für die Zündpile 6 durch den hinteren Stopfen 9 hindurchgeführt sind, während der vordere Stopfen 8 eine aDgerundete, insbesondere halbhohikugefönmige Form aufweist,

Claims (1)

1, GCasdruckerzeugende Kartusche (1) zum Breshen von harten Strukturen mit einem Kartuschenkörper (2) zur Aufnahme eines Defagrationsgemisches {3} und einer elektrischen oder pyratechnischen Zündvorrnichtung (4) zur Zündung des Deflagrationsgemisches, dadurch gekennzeichnet, dass die Zürndivorrichtung (4) durch einen Hochleistungsanzünder (5) gebildet ist, dar unter Prüfbedingungen in einem definierten Prüf-Mohiraum von ebwa 3,5 m mindestens 35 Bar Druck und mindesten 4.000° Celsius erzeugt, wodurch

aber keine Detonation entsteht,

2. Kartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aln Anisil das

Deflagrationsgemisches aus Ammoniumnitrat gebildet ist.

3. Kartusche nach Anspruch T oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Deftagrationsgermisch zusätzlich Kohlenstoff umfasst,

4. Kartusche nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekannzseichnet, dass der Mochleistungsanzünder (5) durch eine elektrische Zündpille (6) gebildet ist, die einen Srückendraht und einen diesen umgebenden oyrotechnischen Satz auf Basis von Zirkon und Kallumperchlorat umfasst, weicher in weniger als 5 Millisekunden eine Flamme mit einer Temperatur von mehr als 3,500° Celsius entwickelt und - gemessen in einem 3,5 cm° fassenden Prüf-Mohlraum - einen Druck von mehr als 50 Bar erzeugt,

5. Kartusche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündollie (8) bei Zündung in einem Prüi-Mohiraum einen Gasdrnuck von über SO Bar

SPZEUG,

a 10

7

7. Kartusche nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der

MNochleistungsanzünder durch einen Zündschlauch gebildet ist.

8. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kartuschenkörper (2) in seinem Inneren ausschließlich mit dem einen Deflagrationsgemisch (3} gefüllt und die Zündpilie (8) oder der Zündschlauch in dem Deflagratiorisgemisch vollkommen, vorzugsweise im vorderen Viertel des Kartuschenkänmere (2), eingebetiet ist,

S. Kartusche näch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deflagrationsgemisch 5 Gew. % bis 50 Gew. % Armaomniumnitrat und 50 Gew.% bis 95 Gew. % AltroselluloseTreibladungspulver enthält,

10. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Kartuschenkörper aus einem an seinen Enden

verschließbaren Rohr (7) gebildet ist.

11. Kartusche nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr {7} an seinen Enden mit Stopfen (8, 9) verschließbar ist und dass Anschlussdrähte (10, 11) für die Zündpile (6) durch einen der Stopfen (8, 9} hindurchgeführt sind.

12, Kartusche nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer

der Stopfen eine abgerundete, inshesondere halbhahlkunefürmige Form

AufaeiSE,

Sr u nn X A nn > SE gekennzeichnet, dass der Karluschenkörger aus HOPR gebildet ist,

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