受控触发的切割装置.pdf

本发明涉及用于切割混凝土制成的建筑部件的装置，所述装置包括容器(10)，在所述容器(10)中通过气体生成效应来生成超压，所述气体生成效应由在预定期间后发生在化合物与水溶液之间的化学反应引起。所述容器(10)容纳所述水溶液并连接到壳体(12)，所述壳体(12)分成用于存储所述化合物的第一壳体(24)和容纳电子触发器(11)的第二壳体(25)。在所述第一壳体(24)与所述容器(10)之间设置有盖体(23)，以在没有所述触发器(11)的开始指令的情况下确保所述化合物与所述水溶液之间的完全密封。包括烟火起爆头(40)的致动器(32)在预定中断时间后使所述盖体(23)爆炸，从而引起所述容器(10)内的所述化学反应。

1、  用于切割混凝土制品部件的装置，包括容器(10)，在所述容器(10)中由在预定延迟后通过化合物与水溶液之间的化学反应生成的气体来生成过压，所述容器(10)包括所述水溶液并附接至壳体(12)，所述壳体(12)包括用于存储所述化合物的第一凹部(24)，在所述第一凹部(24)与所述容器(10)之间布置有爆裂盘(23)，用于确保所述化合物与所述水溶液之间的完全密封，
其中，所述壳体(12)包括封装电子触发器(11)的第二凹部(25)，所述触发器(11)控制致动器(32)，以在预定延迟后使所述爆裂盘(23)爆裂，从而引起所述容器(10)内的所述化学反应。

2、  如权利要求1所述的切割装置，其中，所述盘(23)是安装在所述壳体(12)上并密封所述壳体(12)的帽体(12A)的一部分。

3、  如权利要求2所述的切割装置，其中，所述帽体(12A)包括具有内螺纹(21)的孔(20)，所述内螺纹(21)与从所述容器(10)延伸出来的套筒(18)上的外螺纹(19)配合。

4、  如权利要求1所述的切割装置，其中，所述电子触发器(11)的致动器(32)包括烟火起爆器(40)，所述烟火起爆器(40)通过电容器(C1)的放电来操作，以使所述盘(23)爆裂。

5、  如权利要求4所述的切割装置，其中，所述触发器(11)还包括定时电路(29)，所述定时电路(29)可被操作以控制与所述致动器(32)串联的开关电路(30)。

6、  如权利要求5所述的切割装置，其中，所述定时电路(29)包括时钟(37)，所述时钟(37)具有石英晶体时基(39)和微控制器(38)。

7、  如权利要求4-6中任一项所述的切割装置，其中，所述触发器(11)的延迟的开始以及所述电容器(C1)的充电的开始由准备电路(27)触发，所述准备电路(27)包括与极性相反的两个永久磁体(34、35)协作的磁开关(38)，所述磁体之一(34)是固定的，而另一磁体(35)可通过销(36)来移除。

8、  如权利要求6所述的切割装置，其中，所述开关电路(30)包括具有基极的双极晶体管(Q2)，所述基极通过电阻器(R2)连接到所述微控制器(38)的输出端(S1)。

9、  如权利要求4-8中任一项所述的切割装置，其中，所述起爆器(40)位于所述触发器(11)的印刷电路板上，或直接位于所述爆裂盘(23)上。

10、  如权利要求1-9中任一项所述的切割装置，其中，由所述帽体(12A)封闭的所述容器(10)具有由两个锥形壁(14、15)限制出的凹部(13)，所述两个锥形壁(14、15)形成锐角(α)并具有共同的外部轮廓(16)。

受控触发的切割装置
技术领域
本发明涉及一种用于切割(sever)混凝土制品部件的装置，该装置包括容器，在所述容器中由在预定延迟后通过化合物与水溶液之间的化学反应生成的气体来生成过压，所述容器包括水溶液并附接至壳体，所述壳体包括用于存储所述化合物的第一凹部，在所述第一凹部与所述容器之间布置有爆裂盘，用于确保所述化合物与所述水溶液之间的完全密封。
背景技术
存在这样的切割装置，其包括用于封装化学反应物或机械成分的容器，所述容器通过膨胀引起混凝土部件破裂。专利申请WO-0036228如此描述了一种切割元件，该切割元件包括瓶状容器，该瓶状容器具有扁平的封闭的底壁和与该底壁形成锐角的侧壁。连接到布置在侧壁顶部的管状装配件的刚性管形成将破裂剂引入瓶状容器内的通道。这种切割元件难以使用，因为需要多个步骤：分别放置所述元件，然后通过刚性中空管将破裂剂引入各个瓶状容器中。在建筑工地，这两个步骤是耗时的，并且需要特别小心，尤其是在引入破裂剂时。
切割方法的主要问题之一是控制在混凝土中生成裂纹的反应剂的膨胀。实际上，反应剂的膨胀不应该发生在混凝土凝固前，也不应该发生在混凝土的阻力尤其是混凝土对拉伸的阻力变得过高时。已知的膨胀剂通常是包括水和生石灰的混合物以及一般添加剂，这些添加剂适应于混凝土和建筑制品类型的操作温度条件。
即使利用抑制剂(retardant)，也不容易控制由水和生石灰之间的化学反应所引起的膨胀。因此，专利US-4571124描述一种摧毁促进物质(demolition-facilitating substance)，该物质包含重量百分比30％的粉末和重量百分比70％的水，并放置于中空防护管中，所述防护管自身放置在摧毁混凝土桩的区域的有限空间中。构成摧毁促进物质的粉末包括铁酸氧化铝钙((CaO)₄Al₂O₃Fe₂O₃)、游离氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)和抑制剂(例如硼)。摧毁促进物质的膨胀在混凝土桩中生成预定水平的裂纹。该产品的主要缺点之一是使用抑制剂，所述抑制剂的作用是使膨胀与混凝土桩的阻力增加一致，从而使裂纹的生成与混凝土桩的阻力增加一致。然而，有必要使摧毁促进物质的成分适应各个建筑工地的混凝土的温度条件，尤其是通过改变作为温度的函数的抑制剂比例。这种使膨胀剂适应于温度条件的改造难以在建筑工地实施。
文件JP 08 285500涉及一种容器，在该容器中通过生成气体来生成超压，所述气体随容纳在两个凹部中的化合物和水溶液之间的化学反应而生成，所述两个凹部通过爆裂盘彼此隔开。所述反应发生在容器突靠在待爆裂的物体上时。
发明内容
本发明的目的是提供一种切割装置，该切割装置独立于环境限制而确保化学反应的可靠且受控的触发，并可用于任意混凝土制品，而且便于实施。
所述装置的特征在于，壳体包括封装电子触发器的第二凹部，所述触发器控制致动器，以在预定延迟后使爆裂盘爆裂，从而引起容器内的所述化学反应。
所述致动器的触发发生在由所述电子触发器的延迟所确定的精确时刻。在所述装置的触发与所述化学反应的开始之间应该有3到4天的延迟。
根据一优选实施方式，所述盘是安装在所述壳体上并密封所述壳体的帽体的一部分。所述帽体包括具有内螺纹的孔，所述内螺纹与从所述容器延伸出来的套筒上的外螺纹配合。所述电子触发器的致动器包括烟火起爆器，所述烟火起爆器可由电容器的放电来操作，以使所述盘爆裂。所述起爆器可位于所述触发器的印刷电路板上，也可直接位于所述爆裂盘上。
所述触发器还包括定时电路，所述定时电路包括时钟，所述时钟具有石英晶体时基和微控制器。所述触发器的延迟的开始以及所述电容器的充电的开始由准备电路触发，所述准备电路包括与极性相反的两个永久磁体协作的磁开关，所述磁体之一是固定的，而另一磁体可通过销来移除。
由所述帽体封闭的所述容器具有由两个锥形壁限制出的凹部，所述两个锥形壁形成锐角并具有共同的外部轮廓。由反作用力所引起的径向分力在所述外部轮廓附近处为最大，以便所述径向分力使混凝土沿与所述外部轮廓相交的平面产生水平破裂，从而确定切割区域。垂直分力的作用使混凝土桩在切割操作期间发生轻微的上升运动。
附图说明
本发明的其它优点和特征将从以下对本发明的特定实施方式的描述中变得清楚明了，所述特定实施方式作为非限制性示例而提出，并表示在附图中，在所述附图中：
-图1是本发明的切割装置的纵截面图，其中容器已组装到容纳电子触发器的壳体；
-图2示出所述容器的透视图；
-图3是与底部容器旋开且分离后的图1的壳体的视图；
-图4示出图3的纵截面图；
-图5示出触发器的示意图；
-图6是图2的容器的替代方案。
具体实施方式
一种用于切割混凝土制品尤其是柱形、条形或铸造壁状(cast wall)制品的部件的装置，包括容器10，在该容器10中生成大量气体，以在容器10内产生过压。该过压使容器爆裂，并生成能够使混凝土开裂的反应力。在浇注混凝土前优选使用定位框体来安装切割元件，或者在浇注后优选使用可重新利用的或留在原地的棒材将切割元件插入新鲜混凝土中。
引起过压的气体由化合物和水溶液之间的化学反应而生成。所述化合物优选从钙、碱金属(锂、钾和钠)、碳酸碱金属(alkaline metal carbonates)、碳化钙和碳酸钙中选取。
举例来说，对于钙，根据以下反应式，生成的气体是氢气：Ca+H₂O→1/2H₂+Ca(OH)。
几克化合物，例如4克纯钙，就生成足够切割混凝土部件的气体。当然，在不背离本发明的情况下，也可使用其它化合物。
为了使膨胀效应发生在混凝土开始凝固时，有必要控制容器10内气体的生成，使得气体不会在一浇注混凝土后就发生，或不会在混凝土变得过硬后发生。为了在适当的时候获得化合物与水溶液之间的反应，通过电子触发器11的作用来控制水溶液接触化合物的时刻。该触发器容纳在设置有帽体12A的壳体12中，该帽体12A螺纹连接到容器10上，以密封该容器10。
根据一优选实施方式，优选使用图1和2所示类型的容器10。由例如聚乙烯等塑料制成的容器10包括内部凹部13，所述内部凹部13由两个锥形壁即底壁14和顶壁15限制出，所述底壁14和顶壁15具有共同的外部轮廓16，并形成例如5°到60°之间的锐角α。底壁14具有突出的安装元件17，该安装元件17用于将容器10安装至置于新鲜混凝土中的金属结构件，并保持容器10就位。顶壁15通过套筒(hub)18而延伸，该套筒18具有外螺纹19，所述外螺纹19与帽体12A的孔20的配合螺纹21螺纹配合，所述帽体12A用于将容器10安装到电子触发器11的壳体12，并密封容器10。
帽体12A通过爆裂盘(burst disk)23与壳体12隔开，所述爆裂盘23具有预定的厚度并形成分隔壁，以确保在电子触发器11没有发出触发命令时钙和水之间的完全密封。在爆裂盘23上方，壳体12被分成第一凹部24和第二凹部26，所述第一凹部24封装有化合物筒25，例如钙基的，所述第二凹部26封装有电子触发器11。
在图3-5中，电子触发器11的元件在垂直容纳于第二凹部26中的印刷电路板上相互连接。该触发器包括准备电路(arming circuit)27、例如3V电池等直流电源28、定时器(timer)29、开关电路30、能量储备电路31和致动器32。
准备电路27包括例如磁开关33，如带有柔性接触片的簧片继电器(Reed relay)，所述磁开关33与在壳体12的顶部彼此并置的两个永久磁体34、35协作。磁体之一34是固定的，而另一个磁体35可在销36的作用下被释放。两个磁体34、35完全相同，但是具有相反的磁极性。当两个磁体34、35均存在时，它们的磁场相互抵销，且开关33打开。所述准备(arming)在于通过拔出销36来移除第二磁体35，使开关33闭合。可使用例如电机开关或电子开关等任意其它类型的开关来代替磁开关33。
3V电池电源28与开关33和电阻器R1串联。能量储备电路31包括电解电容器C1，所述电解电容器C1并联在电阻器R1和形成电源28的接地端(ground)的低电位之间。
定时器29包括时钟(clock)37和微控制器38。时钟37包括石英时基(quartz time base)39，所述石英时基39既连接到微控制器38，又通过两个去耦电容器(decoupling capacitors)C3、C4连接到接地端。
开关电路30包括例如NPN双极晶体管等功率晶体管Q2，所述功率晶体管Q2的集电极与致动器32串联，而其发射极接地。晶体管Q2的基极(base)通过电阻器R2连接到微控制器38的输出端S1。当然也可使用任意其它类型的开关元件。
致动器32包括烟火起爆器(pyrotechnical detonator)40和塑料爆裂盘23，所述烟火起爆器40用于在电容器C1放电时破坏所述塑料爆裂盘23。起爆器40可以是Davey Bickford型号N28BR，并且起爆器40布置在电路板上，或直接布置在爆裂盘23上。在后一情况下，电路板与起爆器通过电连接件(未示出)相连。
电子触发器11的操作如下：
销36的移除使开关33开启或闭合，从而开始触发器定时循环。开关33的输出端通过电连接件L1连接到微控制器38的供电端子B1，以供给适应于定时电路29的电压。电池电源28开始定时(timing)，并且同时给能量储备电路31的电容器C1充电。附加电容器C4连接在供电端子B1与接地端之间，以在晶体管Q2切换后继续对微控制器38供电。当到达定时器延迟(delay)时，微控制器38的输出端S1向晶体管Q2发送切换指令，于是晶体管Q2从断开切换为接通。于是电容器C1向起爆器40中放电，于是起爆器40发生爆炸，并在壳体12中引起过压。一旦压强超过预定阈值(例如5巴)，爆裂盘23就发生屈服。
当盘23如此爆裂时，存储在第一凹部24中的钙25掉入容器10中，并与水混合，引起化学反应，从而在密闭容器内生成氢气。也可设想相反的过程，其中水在上方，并流到钙上。
在图1中，容器10的形状使反作用力F集中，该反作用力F由化合物被电子触发器11释放并与容纳在容器10中的水混合时的膨胀效应生成。压强是面积的反函数，由反作用力生成的径向分量F1在两个锥形壁14和15共同的外部轮廓16附近处较大。这致使混凝土沿与外部轮廓16相交的平面发生水平破裂，其确定切割区域22。垂直分力F2的作用可使混凝土桩(concrete pile)在切割时发生微小的上升运动。
温度变化对膨胀效应的影响很小，不必根据温度来改变化合物和/或水溶液的数量或成分。
用于切割的容器10也可为本文描述的形状之外的形状。例如，本发明也可使用专利申请WO-0036228中所描述的容器类型。
也可以使用图6所示的轮廓比图2的轮廓浅的容器10。下壁和上壁彼此平行，并且分别受到压缩力(箭头F4)和拉伸力(箭头F3)。膨胀后的裂纹方向沿水平方向延伸(箭头F5)，并如同图1中那样与轮廓16相交。