DE3128164A1 - Elektrische zuendkapsel - Google Patents

Description

16. JuU

Elektrische Zündkapsel

Die Erfindung betrifft eine elektrische Zündkapsel mit antistatischen Eigenschaften.

Die bei der Handhabung von Ammoniumnitrat-BrennSlen (ANPO) entstehende statische Elektrizität sowie die statische Aufladung der Körper von Arbeitern können zu einem unerwarteten Zünden von elektrischen Zündkapseln führen. Zur Vermeidung dieser gefährlichen Erscheinung sind bereits zwei Arten elektrischer Zündkapseln entwickelt worden, nämlich eine' antistatische Entladungstyp-Zündkapsel und eine antistatische isolierte Zündkapsel. Zur Verhinderung einer Ableitung eines elektrischen Stroms zu einem wärmeerzeugenden Widerstandsdraht bei Anlegung einer statischen Hochspannungselektrizität zwischen die zylindrische Hülse und die Zuleitungen der Zündkapsel verwendet die antistatische Entladungstyp-Zündkapsel einen Stopfen oder Pfropfen aus einem halbleitenden Kunstharz oder Kautschuk für die Entladung der statischen Elektrizität. Ein Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß sie zur Unterbrechung eines Streuverlusts (leakage) des Zündstroms eine komplexe Konfiguration erfordert. Die antistatische isolierte Zündkapsel gewährleistet andererseits die antistatischen Eigenschaften dadurch» daß die Zündkapsel von einer Isolierung umschlossen oder das Zündgerät von einer Isolierung umhüllt ist. Diese Zündkapselart besitzt eine hohe Aushaltespannung» so daß sie statische Hochspannungselektrizität wirksam zu blockieren vermag» und selbstverständlich auch einen Zündstrom

niedriger Spannung.

Nachteilig bei diesen "beiden bisherigen Zündkapselarten ist jedoch» daß sie nur eine zwischen die zylindrischen Hülse und die Zuleitungen angelegte statische Hochspannungselektrizität auszuhalten vermögen, aber keine antistatischen Eigenschaften für über die Zuleitungen erzeugte statische Elektrizität besitzen. Elektrische Zündkapseln müssen, so ausgelegt sein, daß sie auch schon bei Anlegung eines vergleichsweise kleinen Zündstroms an die Zuleitungen gezündet werden. Sie können daher leicht detonieren, wenn eine hohe Spannung ausreichender Kapazität "zwischen den Zuleitungen anliegt.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer verbesserten elektrischen Zündkapsel» die beim Auftreten von statischer Elektrizität zwischen den Zuleitungen in keinem Fall zündet, die jedoch bei Anlegung eines Sprengoder ZündBtroms sicher zündbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Zündkapsel, bei der ein Ström an einen wärmeerzeugenden,Widerstandsdraht anlegbar ist und bei welcher die vom Wideratandsdraht erzeugte Wärme zur Zündung einer Zündmasse (igniter) ausgenützt wird, erfindungsgemäß gelöst durch eine mit dem Widerstandsdraht in Reihe geschaltete Spule und durch ein zum Stromkreis aus dem Widerstandsdraht und der Spule parallelgeschaltetes Widerstandselement mit einem spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 und 2 Schnittansichten elektrischer Zündkapseln gemäß zweier Ausführungsformen der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte elektrische Zündkapsel gemäß der Erfindung weist eine zylindrische Hülse 1 auf» deren Mündung mit einem Stopfen 2 aus einem Werkstoff mit einem spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand verschlossen ist. Zwei den Stopfen 2 durchsetzende elektrische Zuleitungen 3 sind jeweils am oberen Enae mit einem Isolierüberzug 4 versehen. Im unteren Teil jeder Zuleitung liegt der Leiter (Ader) 5 ohne Isolierung frei. Die Spitzen der Leiter 5 sind mit einem Platin-Brücken(schleif)draht 6 verbunden, der mit einer Zündmasse 7 versehen ist» deren Teilchen durch ein Bindemittel zusammengehalten werden. Ein Teil des einen Leiters 5 ist durch eine Spule 8 ersetzt. Im Inneren der Hülse ist unter der Zündmasse 7 eine Primär(explosivladung (nicht dargestellt) vorgesehen, unter der wiederum eine nicht dargestellte Hauptladung (base charge) vorgesehen ist.

Der Werkstoff mit spannungsabhängigem nichtlinearen Widerstand kann ein elektrisch isolierendes Kunstharz, z.B. Polyäthylen, Polypropylen und Ithylen-Vinylacetat-Mischpolymer, sein, in dem ein teilchenförmiger Stoff mit einem spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand, wie Siliziumkarbid oder Zinkoxid, und ggf. eine kleine Menge eines elektrisch leitfähigen Stoffs, wie Rußpulver, gelöst bzw. dispergiert sind. Je größer die Mchtlinearität des Widerstands dieses Werkstoffs ist» um so größer ist der Schutz vor statischer Entladung zwischen den Zuleitungsdrähten.

Pig. 2 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher den Teiles von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 besteht der Stopfen 2 aus einem elektrisch isolierenden Kunstharz. Bei 9 ist ein Faden aus einem Stoff, z.B. Siliziumkarbid, mit spannungsabhäBgigem nichtlinearen Widerstand angedeutet. Zur

GewährleistiiDg antistatischer Eigenschaften zwischen der zylindrischen Hülse 1 und den Zuleitungen 5 kann die Zündkapsel seihst oder wahlweise nur das elektrische Zündgerät mit einer Isolierung der üblicherweise bei den bisherigen antistatischen isolierenden elektrischen Zündkapseln verwendeten Art umhüllt sein.

Venn zwischen den Zuleitungen der erfindungsgemäßen elektrischen Zündkapsel statische Elektrizität auftritt, kann die Kapazität der Anordnung normalerweise sicher als weniger als 2000 pF betragen betrachtet werden. Eine Spannung von weniger als etwa 2 kV liefert daher keine für das Zünden der Zündkapsel ausreichende Energie.

Statische Elektrizität mit einer Spannung von mehr als 2 kV könnte andererseits an sich die Zündkapsel bereits zünden. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Zündkapsel fließt jedoch praktisch keine statische Elektrizität über die Spule ab, sondern vielmehr über den Stopfen 2 aus einem ¥erkstoff' mit einem spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand bzw. den Jaden 9 aus ebenfalls einem Werkstoff mit einem spannusgsabhängigen nichtlinearen Widerstand. Infolgedessen wird am Platia-Brückenschleifdraht 6 keine Wärme, erzeugt und daher auch die Zündmasse nicht gezündet.

Der von einem Sprenggerät erzeugte Spreng- bzw -. Zündstrom besitzt andererseits eine vergleichsweise niedrige Spannung. Ein solcher Strom fließt daher über die Spule 8 und nicht über den Stopfen 2 bzw. den Faden 9 aus einem Werkstoff mit einem spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand. Dieser spezielle Werkstoff wirkt daher als Ein/Ausschalter in Abhängigkeit von der an ihn angelegten Spannung. Herkömmliche Sprenggeräte erzeugen eine elektromotorische Kraft vom weniger als etwa 1 kV» währead statische Elektrizität, die zu

einer unerwartetes Zündung führen kann, eine Spannung vor mehr als etwa 2 kV besitzt. Es ist daher wünschenswert» daß die Spule und der Werkstoff mit dem spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand so gewählt werden» daß eine Spannung zwischen 1 und 2 kV für den aus der Spule und dem genannten Werkstoff bestehenden Wähl- bzw. Schaltkreis festgelegt ist. Andere Paktoren, die eine Änderung der gewählten Spannung bedingen» sind eine Änderung der Kapazität des Sprenggeräts sowie die für das Zünden der Zündkapsel eingesetzte Energie. Vorzugsweise besitzt die Spule 8 eine Induktivität von mehr als 10 μΗ.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurden 60 elektrische Zündkapseln mit dem Aufbau gemäß Pig. 1 hergestellt. Der für den Stopfen 2 verwendete Werkstoff mit spannungsabhängigem nichtlinearen Widerstand bestand aus einem schmelzgefüllten Kunstharz in Porm von in Polyäthylen dispergierten Siliziumkarbid (VaristorSpannung = 1 kV). Die Spule 8 besaß eine Induktivität von 5 mH. Es wurden 10 Sprengkapseln ausgewählt und zwischen ihren Zuleitungen mit statischer Elektrizität von 8 kV (Kapazität = 2000 pP) beaufschlagt. Keine dieser Zündkapseln detonierte. Die restlichen 50 Zündkapseln wurden in Reihe geschaltet und einem gleichzeitigen Sprengversuch mit einem Sprenggerät (8 μΡ χ 1000 Volt) unterworfen. Keine dieser Sprengkapseln versagte.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Es wurden 10 elektrisclie Zündkapseln der in Beispiel 1 beschriebenen Art hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß sie nicht mit einer Spule 8 versehen waren. Alle diese Zündkapseln detonierten bei einem Versuch, bei dem statische Elektrizität von 8 kV (2000 pF) zwischen ihre Zuleitungen angelegt wurde.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Es wurden 10 elektrische Zündkapseln der in Beispiel 1 beschriebenen Art hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß der Stopfen 2 (nur) aus Polyäthylen bestand. Bei Anlegung einer statischen Elektrizität von 8 kV (2000 pF) zwischen die Zuleitungen detonierten alle diese Zündkapseln.

Wie aus den vorstehend beschriebenen Versuchsergebnissen hervorgeht, wird eine erfindungegemäße elektrische Zündkapsel bei Anlegung statischer Elektrizität zwischen ihre Zuleitungen oder zwischen eine Zuleitung und die zylindrische Hülse nicht gezündet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine Anzahl elektrischer Zündkapseln gemäß der Erfindung bei Einschaltung in einen Stromkreis durch Anlegung eines Sprengbzw. Zündstroms gleichzeitig zum Detonieren gebracht werden können. Die erfindungsgemäße elektrische Zündkapsel besitzt einen einfachen Aufbau und läßt sich wirtschaftlich herstellen.

Beispiel

Es wurden 60 elektrische Zündkapseln des in Pig. 2 dargestellten Aufbaus hergestellt. Der Stopfen 2 bestand dabei aus Poly-

propylenharz, die Spule 8 besaß eine Induktivität von 85 μΗ» trad der Faden 9 bestand aus Siliziumkarbid mit einer Varistor-Spannung von 115 kV-. Zehn Zündkapseln wurden ausgewählt und zwischen ihren Zuleitungen mit statischer Elektrizität von 8 JsY (Kapazität = 2000 pF) beaufschlagt. Keine dieser Zündkapseln zündete». Die restlichen 50 Zündkapseln wurden in Reihe geschaltet und einem gleichzeitigen Sprengversuch mit einem Sprenggerät (8 μΡ χ 1000 Volt) unterworfen. Bei diesem Versuch detonierten sämtliche Sprengkapseln.

YERGLEICHSBEISPIEL 3

Ss wurden 10 elektrische Zündkapseln der in Beispiel 2 beschriebenen Art hergestellt, jedoch mit dem Unterschied» daß die Spule 8 nicht vorgesehen war. Bei Anlegung statischer Elektrizität von 8 kV (2000 pP) an die Zuleitungen detonierten alle diese Zündkapseln.

YERGLEICHSBEISPIEL 4

Es ivurden 10 elektrische Zündkapseln der. in.Beispiel 2 beschriebenen Art hergestellts nur mit dem Unterschied ι daß sie den Paden 9 aus einem Werkstoff mit einem spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand nicht auft-/iesen. Bei Einxvirkung .statischer Elektrizität von 8 kY (2000 pi¹) an den Zuleitungen detonierten alle diese Zündkapseln»

Beispiel

Es wurden 70 elektrische Zündkapseln des Aufbaus gemäß Pig.2 hergestellt. Der Stopfen 2 bestand dabei aus einem Polypropylen·=

harz, der Faden 9 bestand aus einem Varistorelement auf ZnO-Basis (Varistor-Spannung =1,1 kV), und die Spule 8 besaß eine Induktivität von 100 μΗ. Zehn Zündkapseln wurden ausgewählt und an ihren Zuleitungen mit einer etatischen Elektrizität von 8.kV (Kapazität = 2000 pP) beaufschlagt, wobei keine dieser Zündkapseln zündete..Die restlichen 50 Zündkapseln wurden in Eeihe geschaltet und mittels eines Spr.enggerätß (8 μΈ χ 1000 V) einem gleichzeitigen Zünd- bzw. Sprengversuch unterworfen, bei dem keine dieser Zündkapseln versagte.

VERGLEICHSBEISPIEL 5

Es wurden 10 elektrische Zündkapseln der in Beispiel 3 beschriebenen Art, jedoch ohne die Spule 8, hergestellt. Alle diese Zündkapseln detonierten bei Anlegung von statischer Elektrizität von. 8 kV (2000 pF) an ihre Zuleitungen.

VEBGLEICHSBEISPIEL 6

Es wurden' 10 elektrische Zündkapseln der in Beispiel 3 beschriebenen Art, jedoch ohne den Varistor-Faden 9» hergestellt. Bei Anlegung statischer Elektrizität von 8 kV (2000 pF) an ihre Zuleitungen detonierten alle diese Zündkapseln.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Elektrische Zündkapsel, bei der ein Strom an einen ■wärmeerzeugenden Widerstandsdraht anlegbar ist und bei welcher die vom Widerstandsdraht erzeugte Wärme zur Zündung einer Zündmasse (igniter) ausgenützt wird» gekennzeichnet durch eine mit dem Widerstandsdraht (6) in Reihe geschaltete Spule (8) und durch ein zum Stromkreis aus dem Wider- . standsdraht (6) und der Spule (8) parallelgeschaltetes Widerstandselement (2; 9) mit einem spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand.

   Zündkapsel nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Wiäerstaadselement mit !spannungsabhängigem nichtlinearen Widerstand ein Stopfen (2) aus einem elektrisch isolierenden Harz mit einem darin gelösten bzw. dispergieren teilchenförmigen Stoff eines spannungsabhängigen aielxtliaearea Widerstands ist.

   3« Zündkapsel smeh Anspruch 2₉ dadurch gekennzeichnet_s daß

   O I Z. O I O

   das Harz ein Kunstharz» wie Polyäthylen, Polypropylen und Ithylen-Vinylacetat-Mischpolymer, ist.

   4·· Zündkapsel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß der teilchenförmige Stoff ein Material» vie Siliziumkarbid, und Zinkoxid, ist.

   5. Zündkapsel nach einem der Ansprüche 2 "bis 4» dadurch gekennzeichnet» daß der Stopfen (2) eine kleine Menge eines in ihm gelösten Tdzw. dispergierten elektrisch leitfähigen Stoffs enthält.

   6. Zündkapsel nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß das Widerstandselement mit spannungsabhängigem nichtlinearen Widerstand ein Faden (9) ist.

   7. Zündkapsel nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnet» daß der Faden (9) aus einem Werkstoff, wie Siliziumkarbid und Zinkoxid, hergestellt ist.