(19)
(11)EP 2 530 064 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
28.08.2019  Patentblatt  2019/35

(21)Anmeldenummer: 12004096.9

(22)Anmeldetag:  26.05.2012
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
C06C 15/00(2006.01)

(54)

Wirkmasse für ein beim Abbrand spektral strahlendes Infrarotscheinziel mit Raumwirkung

Active material for an infra-red decoy with area effect which emits spectral radiation upon combustion

Masse active pour une cible à rayonnement infrarouge à émission spectrale lors d'une combustion avec effet spatial


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 03.06.2011 DE 102011103483

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
05.12.2012  Patentblatt  2012/49

(73)Patentinhaber: Diehl Defence GmbH & Co. KG
88662 ÜBERLINGEN (DE)

(72)Erfinder:
  • Hahma, Arno, Dr.
    91239 Henfenfeld (DE)

(74)Vertreter: Diehl Patentabteilung 
c/o Diehl Stiftung & Co. KG Stephanstraße 49
90478 Nürnberg
90478 Nürnberg (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
EP-A2- 0 455 980
EP-A2- 2 463 259
DE-A1- 2 614 196
GB-A- 742 283
US-A- 5 472 533
EP-A2- 1 541 539
EP-A2- 2 468 700
DE-A1-102008 063 907
GB-A- 2 354 060
US-A- 5 834 680
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft eine Wirkmasse für ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches Infrarotscheinziel mit Raumwirkung. Ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches Infrarotscheinziel emittiert beim Abbrand überwiegend Strahlung einer Wellenlänge von 3,5 bis 4,6 µm, d. h. eine Strahlung im sogenannten B-Band, und nur zu einem geringeren Teil Strahlung im Bereich einer Wellenlänge von 1,8 bis 2,6 µm, dem sogenannten A-Band. Das A-Band und das B-Band sind die Wellenlängen, die von herkömmlichen Suchköpfen erfasst werden. Bekannte spektral strahlende Wirkmassen für Schwarzkörperstrahler enthalten Nitrozellulose oder Ammoniumperchlorat oder Kaliumperchlorat und ein Bindemittel, wie Hydroxyl-terminiertes Polybutadien.

    [0002] Wirkmassen mit Ammoniumperchlorat sind mechanisch und thermisch sehr empfindlich und erfüllen damit nicht die Kriterien einer insensitiven Munition. Splitterschlag, Brand und langsames Erhitzen können bei diesen Wirkmassen eine heftige Explosion auslösen. Die praktisch erreichbare Dichte dieser Wirkmassen beträgt maximal ca. 1500 kg/m3, so dass verhältnismäßig wenig davon in einem Scheinziel eines gegebenen Kalibers untergebracht werden kann. Ein weiterer Nachteil derartiger Wirkmassen besteht darin, dass Ammoniumperchlorat nur sehr eingeschränkt mit anderen Chemikalien und/oder Materialien verträglich ist. Dies führt einerseits zu Sicherheitsproblemen und andererseits dazu, dass eine Vielzahl wirksamer Anfeuerungssätze, z. B. auf Basis von Schwarzpulver, Magnesium oder Zirkonium, nicht verwendet werden können, weil diese in Kombination mit Ammoniumperchlorat, zu empfindlich wären. Ein weiterer Nachteil Ammoniumperchlorat enthaltender Wirkmassen besteht darin, dass deren Strahlungsleistung beim Abbrand verhältnismäßig gering ist und darüber hinaus sehr viel Strahlungsleistung als Funktion der Luftgeschwindigkeit verloren geht. Dadurch muss für die Simulation eines mit mehr als 150 m/s fliegenden Flugzeugs eine große Menge der Wirkmasse eingesetzt werden, um eine ausreichende Strahlungsleistung zu erzeugen. In der Praxis bedeutet dies, dass derartige Scheinziele ein verhältnismäßig großes Kaliber haben müssen und dadurch die in einem gegebenen Munitionsraum transportierbare Menge auf Grund des Platzbedarfs der Munition gering ist.

    [0003] Nitrozellulose enthaltende Wirkmassen sind ebenfalls nicht insensitiv und können leicht explodieren. Weiterhin ist es nachteilig, dass solche Wirkmassen an sich nur bei geringer Windgeschwindigkeit brennen und zur Sicherstellung des Abbrands im Wind aufwändige Vorrichtungen erforderlich sind, die auf Grund ihres Platzbedarfs die effektiv in einem Scheinziel zu transportierende Wirkmasse verringern. Die Dichte einer Nitrozellulose enthaltenden Wirkmasse beträgt ebenfalls maximal etwa 1500 kg/m3. Ein wesentlicher Nachteil einer derartigen Wirkmasse besteht darin, dass deren Zündung einen starken Zündimpuls erfordert, der einen starken, oft nicht spektralen Blitz verursacht. Dieser Blitz kann einem Suchkopf verraten, dass es sich bei der abbrennenden Wirkmasse nur um ein Scheinziel handelt.

    [0004] Keine der genannten Wirkmassen weist eine Raumwirkung auf, d. h. beim Abbrand einer sich bewegenden Wirkmasse erscheint diese für einen im B-Band sensitiven IR-Sensor als punktförmige Strahlenquelle und nicht wie ein Düsentriebwerk eines Flugzeugs mit Abgasfahne als punktförmige Strahlenquelle mit einem langen Schweif. Ein Raumeffekt kann zwar durch den Einsatz von rotem Phosphor in Wirkmassen erreicht werden, dieser Effekt ist jedoch stationär und ermöglicht es nicht, einem bildauflösenden Suchkopf ein fliegendes Düsenflugzeug vorzutäuschen, wenn sich das Scheinziel in der Luft so schnell wie ein Düsenflugzeug bewegt.

    [0005] Aus der US 5 472 533 A ist eine Wirkmasse für ein pyrotechnisches Infrarotscheinziel bekannt, welche dafür ausgelegt ist, einen Zwei-Farben-Infrarotsuchkopf einer Rakete zu täuschen.

    [0006] Aus der GB 2 354 060 A ist ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches Infrarotscheinziel bekannt, welches zwei Wirkmassen mit unterschiedlich langen Brenndauern beinhaltet.

    [0007] Aus der EP 1 541 539 A2 ist ein pyrotechnischer Satz zur Erzeugung von IR-Strahlung bekannt, der als hochenergetischen Brennstoff eine aliphatische, olefinische oder aromatische Cyanverbindung und ein anorganisches Oxidationsmittel enthält.

    [0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wirkmasse bereitzustellen, die beim Abbrand mit hoher Strahlungsleistung spektral strahlt, d. h. Strahlung im B-Band emittiert, die weit intensiver ist, als die beim Abbrand im A-Band emittierte Strahlung. Weiterhin soll die abbrennende Wirkmasse bei schneller Bewegung in der Luft eine starke Raumwirkung aufweisen, die den Abgasstrahl eines sich schnell bewegenden Flugzeugs nachbildet.

    [0009] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 9.

    [0010] Erfindungsgemäß ist eine Wirkmasse für ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches Infrarotscheinziel mit Raumwirkung vorgesehen. Die Wirkmasse umfasst einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel, ein Bindemittel und einen Kohlenstoff enthaltenden Stoff. Dabei sind der Brennstoff und das Oxidationsmittel so gewählt, dass das Oxidationsmittel den Brennstoff nach dessen Zündung in einer exothermen Primärreaktion unter Entstehung einer Temperatur von mindestens 1000 K oxidieren kann. Für eine große Zahl bekannter Kombinationen aus einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel sind Verbrennungstemperaturen bekannt. Soweit die entstehende Temperatur nicht bekannt ist, kann sie aus bekannten Verbrennungstemperaturen abgeschätzt und/oder ohne großen Aufwand durch Messung bei der Verbrennung ermittelt werden. Weiterhin ist der Stoff so gewählt, dass der Stoff durch die bei der Primärreaktion freiwerdende Wärme endotherm pyrolysiert wird und dabei an Luft, insbesondere mit nicht rußender Flamme, brennbares Gas freisetzt. Infrage kommende Stoffe sind dem Fachmann in großer Zahl bekannt. Insbesondere Naturstoffe, wie Holz oder Braunkohle, kommen dafür in Betracht. Für die Auswahl eines derartigen Stoffs ist das Fachwissen des Fachmanns ausreichend. Besteht bei einem mit hoher Wahrscheinlichkeit infrage kommenden Stoff Zweifel, ist die Durchführung eines einzigen Experiments ausreichend, um festzustellen, ob der Stoff bei der freiwerdenden Wärme unter Freisetzung eines an Luft brennbaren Gases pyrolysiert wird. Der Brennstoff ist nicht so stark reduzierend, dass entstehendes CO2 zu Kohlenstoff reduziert werden kann. Der Stoff und dessen Mengenanteil an der Wirkmasse sind so gewählt, dass die Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung wegen des Wärmeentzugs durch die endotherm erfolgende Pyrolyse 2000 K nicht übersteigt. Die Wirkmasse ist dabei so zusammengesetzt, dass sich bei deren Abbrand feste Bestandteile von der Wirkmasse lösen. Die Auswahl eines Stoffs aus den gemäß den obigen Bedingungen infrage kommenden Stoffe und dessen Mengenanteil an der Wirkmasse erfordert lediglich die Durchführung einer sehr begrenzten Zahl von Routineexperimenten. Die Ergebnisse der Routineexperimente, wie bspw. der gemessenen Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung, können vor Durchführung der Experimente anhand bekannter Größen des Stoffs, wie etwa des spezifischen Wärmebedarfs für dessen Pyrolyse, abgeschätzt werden. Eine präzisere Angabe der erfindungsgemäßen Merkmale ist ohne unbillige Einschränkung der Erfindung nicht möglich. Für den Durchschnittsfachmann stellt die durch die Merkmale spezifizierte Auswahl jedoch kein Problem dar.

    [0011] Der Kohlenstoff kann in dem Stoff elementar oder in Form mindestens eines Kohlenstoffatoms in einem vom Stoff umfassten Molekül enthalten sein. Das Redoxpotential des Brennstoffs ist mindestens so hoch wie das Redoxpotential von Kohlenstoff, d. h. der Brennstoff ist höchstens so stark reduzierend wie Kohlenstoff. Das Redoxpotential darf jedoch auch etwas niedriger sein, so dass CO2 zu CO reduziert wird, da CO in der Luft sofort zu CO2 verbrennt, wobei eine große Flamme entsteht, die die Leistung und den Raumeffekt erhöht. Das bedeutet, dass die freie Enthalpie einer Reaktion des Brennstoffs mit CO bei der entstehenden Temperatur größer oder gleich 0 ist, eine Reaktion des Brennstoffs mit CO bei den gegebenen Bedingungen also nicht freiwillig abläuft. Entstehendes CO2, welches eine starke Strahlung im gewünschten B-Band erzeugt, kann nicht zu Kohlenstoff reduziert werden. Durch das Vermeiden der Entstehung elementaren Kohlenstoffs entsteht kein Ruß und dadurch auch wenig Schwarzkörperstrahlung, d. h. Strahlung mit einem hohen Anteil an Strahlung im A-Band und einem niedrigen Anteil an Strahlung im B-Band. Dadurch resultiert aus dem Kohlenstoff enthaltenden Stoff eine starke Emission von Strahlung im B-Band.

    [0012] Der Brennstoff enthält erfindungsgemäß ebenfalls Kohlenstoff. Zumindest die stoffliche Beschaffenheit des Stoffs und des Brennstoffs können identisch sein. Bei identischer stofflicher Beschaffenheit kann der Stoff jedoch in einer anderen Form, beispielsweise als Komprimat in einer losen Schüttung des Brennstoffs, vorliegen. Selbst wenn der Brennstoff und der Stoff eine identische Beschaffenheit aufweisen, kann ein Teil davon als Brennstoff und der Rest als Stoff dienen, wenn die Menge des Oxidationsmittels nur für die Oxidation des als Brennstoff dienenden Teils ausreicht. Der Rest wird als Stoff pyrolysiert. Der Stoff und der Brennstoff können auch eine unterschiedliche stoffliche Beschaffenheit aufweisen.

    [0013] Die Sauerstoffbilanz einer erfindungsgemäßen Wirkmasse ist im Allgemeinen negativ und dennoch wird durch die Vermeidung der Entstehung von Ruß eine intensive Strahlung im A-Band vermieden, die ansonsten bei sauerstoffunterbilanzierten Wirkmassen üblich ist. Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht darin, dass die Primärreaktion eine Temperatur erzeugt, die durch die endotherme Pyrolyse reduziert wird. Es findet eine räumliche Trennung der Primärreaktion und der Reaktion des Gases mit dem Luftsauerstoff statt.

    [0014] Das bei der Pyrolyse entstehende Gas vergrößert eine entstehende Flamme, die aus einer von der Primärreaktion gebildeten Primärflamme und einer von der Reaktion des Gases mit Luftsauerstoff gebildeten Sekundärflamme bestehen kann. Unter Primärflamme wird eine Flamme verstanden, in der keine Reaktion mit dem Luftsauerstoff erfolgt, d. h. eine anaerobe Flamme. Unter Sekundärflamme wird eine Flamme verstanden, in der eine Reaktion mit Sauerstoff erfolgt, d. h. eine aerobe Flamme. Das freigesetzte brennbare Gas entzündet sich sofort, wenn es mit der Luft in Kontakt kommt, da es durch die Primärreaktion auf eine Temperatur oberhalb der Anzündtemperatur erhitzt wird. Dabei entsteht eine Sekundärflamme mit ähnlichen Eigenschaften wie eine Flamme aus einem Düsentriebwerk, die ebenfalls von brennbaren Gasen gebildet wird, die in der Luft brennen. Das Spektrum der Sekundärflamme ist ähnlich dem Spektrum einer Kerosinflamme. Durch die räumliche Trennung der Sekundärflamme von der Oberfläche der Wirkmasse wird diese Oberfläche nicht oder zumindest nicht wesentlich von der Sekundärflamme erwärmt und dadurch eine Verschiebung der Wellenlänge der von der Wirkmasse emittierten Strahlung vom B-Band hin zum A-Band vermieden.

    [0015] Die sich von der Wirkmasse beim Abbrand lösenden festen Bestandteile der Wirkmasse können aus beim Abbrand gebildeter Schlacke bestehen. Sie können auch aus sich von einem Verbund der Wirkmasse lösenden Wirkmasseteilchen bestehen. Dazu kann die Wirkmasse z. B. in Form von Presslingen vorliegen, die in eine homogene Matrize weniger stark gebundener oder weniger stark verdichteter Wirkmasse eingebettet sind. Wie stark die Wirkmasse gebunden ist, hängt von der Menge, darin enthaltenen Bindemittels ab.

    [0016] Bisher wurde angenommen, dass beim Abbrand spektral strahlende Wirkmassen keinesfalls feste Bestandteile in der Flamme haben sollen, da diese sonst zu glühen beginnen und Schwarzkörperstrahlung emittieren und dadurch das Spektralverhältnis in Richtung des A-Bands verschieben. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat jedoch festgestellt, dass dies nur dann der Fall ist, wenn der Feststoff so lange in der Flamme verbleibt, dass er dort stark erhitzt wird oder die Flamme so heiß ist, dass die durch die glühenden Teilchen erzeugte Schwarzkörperstrahlung viel Energie im A-Band aufweist (Ist die Primärflamme aber genügend kalt, kann sie die Teilchen nicht zu heiß erhitzen, wobei das Strahlungsmaximum der Schwarzkörperstrahlung innerhalb des B-Bandes liegt). Bei der erfindungsgemäßen Wirkmasse wird dies jedoch dadurch verhindert, dass sich die festen Bestandteile von der Wirkmasse lösen und dadurch relativ wenig erwärmt werden und einen relativ hohen Anteil an Strahlung im B-Band emittieren. Bisher wurde auch angenommen, dass Wirkmassen, bei denen sich Bestandteile lösen, mechanisch instabil seien. Erfindungsgemäß lösen sich die Bestandteile der Wirkmasse jedoch erst beim Abbrand. Die mechanische Stabilität der Wirkmasse vor dem Abbrand ist dadurch zumindest nicht wesentlich beeinflusst.

    [0017] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schlacke nicht als Schmelze, sondern als lockere Asche entsteht, weil diese in der Luft fein verteilt wird und auf ihrer Flugbahn unter Emission von Strahlung im B-Band nachglüht. Dabei entsteht ein starker spektraler dynamischer Raumeffekt. Ganz besonders effektiv ist dies, wenn entstehende Ascheteilchen noch einen Teil der Wirkmasse mit sich tragen, weil dadurch die Temperatur des gelösten festen Bestandteils durch die fortlaufende Primärreaktion länger aufrechterhalten bleibt. Dadurch wird der Raumeffekt verstärkt und starke Strahlung im B-Band emittiert.

    [0018] Beim Verbrennen des entstehenden Gases an der Luft dient der Luftsauerstoff als weiteres Oxidationsmittel. Dadurch wird weniger Oxidationsmittel benötigt und die Leistung der erfindungsgemäßen Wirkmasse und das daraus erzeugbare Gasvolumen sind im Verhältnis zu ihrer Masse erheblich gegenüber den bisher bekannten, beim Abbrand spektral strahlenden pyrotechnischen Wirkmassen gesteigert. Bisherige Versuche zur Steigerung der Strahlungsleistung derartiger Wirkmassen beruhten stets auf Änderung des darin enthaltenen Brennstoffs und des darin enthaltenen Oxidationsmittels bzw. auf einer Änderung des Mengenverhältnisses von Brennstoff zu Oxidationsmittel. Die Versuche resultierten immer in der Erzeugung einer höheren Temperatur und damit in einer Verschiebung der Wellenlänge der emittierten Strahlung hin zum A-Band.

    [0019] Dadurch, dass die erfindungsgemäße Wirkmasse kein Ammoniumperchlorat enthalten muss, kann die Wirkmasse so unempfindlich gestaltet werden, dass diese als insensitive Munition klassifiziert werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht darin, dass diese aus sehr kostengünstigen Bestandteilen zusammengesetzt werden kann. Die Wirkmasse kann mit nahezu jedem Bindemittel gebunden werden. Beim Pressen der Wirkmasse müssen weder härtende Harze, wie HTPB (Hydroxyl-terminiertes Polybutadien) noch Lösemittel, beispielsweise zum Lösen von Nitrozellulose, verwendet werden. Die Herstellung und Verarbeitung der Wirkmasse ist dadurch deutlich vereinfacht und trägt dazu bei, deren Kosten gering zu halten.

    [0020] Pro Masseeinheit kann mit der erfindungsgemäßen Wirkmasse ein größeres Gasvolumen erzeugt werden, als mit bekannten spektral strahlenden Wirkmassen, weil die erfindungsgemäße Wirkmasse weniger Oxidationsmittel enthält und den Luftsauerstoff zur Oxidation mitverwendet. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht darin, dass das Strahlungsspektrum der abbrennenden und sich bewegenden Wirkmasse und die dadurch bewirkte erhebliche spektrale Raumwirkung sehr genau das Spektrum und die Raumwirkung eines sich bewegenden Düsentriebwerks und der daraus ausgestoßenen heißen Abgasfahne nachbilden.

    [0021] Vorzugsweise enthält die Wirkmasse inerte Bestandteile, insbesondere Sand oder ein, insbesondere bei 2000 K beständiges, Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Eisenoxid, wobei die festen Bestandteile, die sich beim Abbrand der Wirkmasse von der Wirkmasse lösen, die inerten Bestandteile umfassen. "Inert" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Bestandteile bis zu einer Temperatur von 2000 K weder mit dem Oxidationsmittel noch mit dem Luftsauerstoff reagieren. Die Bestandteile werden jedoch durch die von der Primärflamme erzeugte Wärme zum Glühen gebracht und emittieren dadurch Strahlung, vor allem im B-Band.

    [0022] Der Brennstoff umfasst erfindungsgemäß Kohlenstoff, vorzugsweise elementaren Kohlenstoff, z. B. in Form von Grafit, weiterhin erfindungsgemäß Bor, Silizium, Schwefel, Antimon, Eisen, Mangan, Kobalt oder Nickel oder eine Mischung, z. B. aus Pulvern dieser Stoffe, oder Legierungen dieser Stoffe. Die Reaktionsprodukte des Brennstoffs mit dem Oxidationsmittel sollten nicht flüchtig sein, da flüchtige Reaktionsprodukte eine sehr heiße Flamme und damit die Emission von Schwarzkörperstrahlung bewirken.

    [0023] Vorzugsweise ist der Brennstoff so gewählt, dass er nach der Primärreaktion ein festes, also weder flüchtiges noch flüssiges, Reaktionsprodukt hinterlässt. Dabei kann es sich beispielsweise um Asche handeln. Durch das Freisetzen dieses Reaktionsprodukts beim Abbrand der Wirkmasse wird der spektrale Raumeffekt verstärkt. Nach der Primärreaktion einen festen Rückstand, d. h. ein festes Reaktionsprodukt hinterlassende Brennstoffe sind dem Fachmann in großer Anzahl bekannt. Das Oxidationsmittel umfasst erfindungsgemäß ein Perchlorat, Chlorat, Oxid, Sulfat, Nitrat, Dinitramin, Nitrit, Peroxid, Dinitromethanat, vorzugsweise insbesondere Natrium-, Kalium- oder Ammoniumdinitromethanat, weiterhin erfindungsgemäß eine Nitroverbindung, einen Nitratester, Hexogen, Oktogen, Nitrozellulose oder Nitropenta.

    [0024] Der durch die bei der Primärreaktion freiwerdende Wärme pyrolysierte Stoff umfasst erfindungsgemäß Zucker, Holz, vorzugsweise insbesondere in Form von Holzmehl oder Sägespänen, weiterhin erfindungsgemäß Getreidemehl, vorzugsweise insbesondere Weizenmehl, weiterhin erfindungsgemäß Braunkohle, Torf, Zellulose, Stärke, Tabak, ein Oxalat, vorzugsweise insbesondere Calciumoxalat, weiterhin erfindungsgemäß ein Formiat, vorzugsweise insbesondere Magnesiumformiat, weiterhin erfindungsgemäß ein Acetat, vorzugsweise insbesondere Calciumacetat, weiterhin erfindungsgemäß ein Propionat, vorzugsweise insbesondere Calciumpropionat, weiterhin erfindungsgemäß Polyethylenglycol, Polyoxymethylen, Polyamid, vorzugsweise insbesondere Nylon®, weiterhin erfindungsgemäß Harnstoff, Hexamethylentetramin, Trioxan, Paraformaldehyd, Nitrozellulose, Hexogen, Oktogen, Dinitromethanat, vorzugsweise insbesondere Natrium-, Kalium- oder Ammoniumdinitromethanat, oder weiterhin erfindungsgemäß Nitropenta. Der Brennstoff, das Oxidationsmittel und der Stoff können, je nachdem, wie die jeweils anderen Bestandteile der Wirkmasse gewählt sind, aus Gruppen ausgewählt sein, die identische organische Verbindungen umfassen. So kann z. B. Hexogen in Kombination mit einem Perchlorat ein Brennstoff sein, dagegen ist es ein Oxidationsmittel, wenn ein Metall als Brennstoff dient. Hexogen kann auch als beim Abbrand zu pyrolysierender Stoff dienen, beispielsweise wenn Perchlorat das Oxidationsmittel und ein Metall den Brennstoff bildet.

    [0025] Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Brennstoff nicht um Schwefel, wobei jedoch Schwefel in der Wirkmasse enthalten ist. Der Schwefel kann verhindern, dass eine bei der Primärreaktion entstehende Primärflamme bei hoher Windgeschwindigkeit ausgeblasen wird.

    [0026] Vorzugsweise sind der Brennstoff, das Oxidationsmittel und der Stoff und die Menge des Brennstoffs, des Oxidationsmittels und des Stoffs so gewählt, dass bei einem Abbrand der Wirkmasse an der Luft das Verhältnis zwischen der spezifischen Leistung der emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von 1,8 bis 2,6 µm zur spezifischen Leistung der emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von 3,5 bis 4,6 µm höchstens 1:3, insbesondere höchstens 1:5, insbesondere höchstens 1:10, beträgt.

    [0027] Dabei ist das genannte Verhältnis umso kleiner, je geringer die Temperatur ist, die die Wirkmasse nach deren Zündung erreicht. Die Auswahl und die Mengenermittlung erfordert hier lediglich die Durchführung von Routineexperimenten. Da hier nur zwei Parameter gemessen werden müssen, nämlich die Leistung der Strahlung in den beiden Wellenlängenbereichen, kann der Fachmann schnell ermitteln, in welche Richtung er ein Mengenverhältnis ändern muss, um in den richtigen Bereich des Verhältnisses zwischen den beiden hier spezifizierten Leistungen zu gelangen. Vorzugsweise sind der Brennstoff, das Oxidationsmittel und der Stoff und die Mengen des Brennstoffs, des Oxidationsmittels und des Stoffs so gewählt, dass die Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung 1770 K, insbesondere 1270 K, insbesondere 970 K, nicht übersteigt. Wenn die Temperatur 970 K nicht übersteigt, liegt die Wellenlänge der emittierten Strahlung fast ausschließlich im B-Band und nur zu einem ganz geringen Anteil im A-Band.

    [0028] Vorzugsweise ist das Bindemittel so gewählt, dass es beim Abbrand der Wirkmasse keine Rußbildung bewirkt. Derartige Bindemittel sind dem Fachmann bekannt. Soweit es für ein infrage kommendes Bindemittel nicht bekannt ist, ob es beim Abbrand Ruß erzeugt, genügt ein einfaches Experiment zur Klärung dieser Frage. Rußbildung würde zu einer hier nicht gewünschten stärkeren Strahlung im Bereich des A-Bands führen. Bei dem Bindemittel kann es sich z. B. um Polychloropren handeln.

    [0029] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    Fig. 1
    ein mit einer für Aufnahmen im Wellenlängenbereich von 3 bis 5 µm ausgelegten Infrarotkamera aufgenommenes abbrennendes 36 mm-Scheinziel aus einer Wirkmasse gemäß dem Stand der Technik (nachfolgendes Beispiel Nr. 2) und
    Fig. 2
    ein mit derselben Kamera aufgenommenes 36 mm-Scheinziel aus einer erfindungsgemäßen Wirkmasse (nachfolgendes Beispiel Nr. 4).


    [0030] Aus sämtlichen der im Folgenden angegebenen Zusammensetzungen wurden jeweils 5 Tabletten mit ca. 21 mm Durchmesser und einem Gewicht von 10 g bei einem Pressdruck von 1500 bar gepresst. Die Tabletten wurden abgebrannt und deren Leistung in Form von Strahlungsleistung mit einem Radiometer gemessen und für atmosphärische Dämpfung korrigiert. Die spezifische Leistung wurde im Verhältnis zur Leistung von Tabletten aus MTV (Magnesium-Teflon-Viton) als Standard bestimmt. Die Energie wurde jeweils in Joule/(g/sr) im B-Band im Standversuch, d. h. ohne Wind, gemessen. Zusätzlich wurden die Leistungen der als Scheinziele mit einem Kaliber von 36 mm ausgebildeten abbrennenden Wirkmassen auf einem Schlitten mit einer Geschwindigkeit von 75 m/s und 150 m/s dynamisch gemessen. Dabei wurden jeweils zwischen 120 und 170 g Wirkmasse eingesetzt.

    [0031] Alle Daten sind, soweit nicht anders angegeben, in fünf parallelen Messreihen jeweils im Vergleich zu MTV mit dem Radiometer in einem Abstand von 1 m gemessen worden.

    MTV-Standard (Stand der Technik):



    [0032] 
    StoffTypGewichtsprozentSonstiges
    Magnesiumpulver LNR 61 60,0 TMD=1893
    Teflonpulver Hoechst TF 9202 23,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 12,0
    Grafit Merck 5,0
    (als Gleitmittel)    

    Beispiel 1 (Dieses Beispiel 1 ist nicht Teil der Erfindung, sondern lediglich ein Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert)



    [0033] Wirkmasse nach dem Stand der Technik auf Basis von Ammoniumperchlorat:
    StoffTypGewichtsprozentSonstiges
    Ammoniumperchlorat Körnung < 200 µm 86,98 TMD=1702
    HTPB Sartomer R45HT-M M=2800 12,10
    IPDI Hüls 0,91
    Eisenacetonylacetat   0,02

    "IPDI" steht für Isophorondiisocyanat


    Beispiel 2 (Dieses Beispiel 2 ist nicht Teil der Erfindung, sondern lediglich ein Beispiel, das das Verständnis der Erfindung erleichtert)



    [0034] Weitere Wirkmasse nach dem Stand der Technik auf Basis von Ammoniumperchlorat:
    StoffTypGewichtsprozentSonstiges
    Ammoniumperchlorat Körnung < 50 µm 85,50 TMD=1678
    HTPB Sartomer R45HT-M M=2800 13,47
    IPDI Hüls 1,01
    Eisenacetonylacetat   0,02

    Beispiel 3



    [0035] Erfindungsgemäße Wirkmasse mit Bor als Brennstoff, Kaliumnitrat als Oxidationsmittel und Braunkohle als zu pyrolysierenden Stoff:
    Der Schwefel unterstützt die Primärreaktion bei hoher Windgeschwindigkeit, indem er dabei verhindert, dass die Primärflamme ausgeblasen wird. Die Wirkmasse erzeugt beim Abbrand bei Geschwindigkeiten von 75 m/s und 150 m/s einen ca. 30 m langen spektralen Raumeffekt.
    StoffTypGewichtsprozentSonstiges
    Braunkohle Heizprofi, fein gemahlen, 32,0 TMD=1712
      Körnung < 100 µm  
    Kaliumnitrat fein gemahlen, 53,0
      Körnung < 10 µm  
    Bor Körnung < 1 µm 4,0
    Schwefel fein gepulvert 8,0
    Chloropren Macroplast 3,0

    Beispiel 4



    [0036] Weitere erfindungsgemäße Wirkmasse mit Silizium als Brennstoff und ansonsten denselben Komponenten wie die Wirkmasse gemäß Beispiel 3:
    Die Wirkmasse erzeugt beim Abbrand bei Geschwindigkeiten von 75 m/s und 150 m/s jeweils einen ca. 30 m langen Raumeffekt.
    StoffTypGewichtsprozentSonstiges
    Braunkohle Heizprofi, fein gemahlen, 30,0 TMD=1735
      Körnung < 100 µm  
    Kaliumnitrat fein gemahlen, 51,0
      Körnung < 10 µm  
    Silizium fein, Körnung < 30 µm 8,0
    Schwefel fein gepulvert 8,0
    Chloropren Macroplast 3,0

    Beispiel 5



    [0037] Weitere erfindungsgemäße Wirkmasse:
    Die Primärreaktion erfolgt zwischen Natriumnitrat als Oxidationsmittel und Braunkohle als Brennstoff. Dabei nicht umgesetzte Braunkohle dient als zu pyrolysierender Stoff.
    StoffTypGewichtsprozentSonstiges
    Braunkohle Heizprofi, fein gemahlen, Körnung <100 µm 33,0 TMD=1750
    Natriumnitrat fein gemahlen, Körnung < 10 µm 56,0
    Schwefel fein gepulvert 8,0
    Chloropren Macroplast 3,0

    Beispiel 6



    [0038] Weitere erfindungsgemäße Wirkmasse:
    Diese Wirkmasse erreicht bei 0 m/s Wind 86 % der MTV-Leistung im B-Kanal und weist ein höheres Spektralverhältnis als die Braunkohlewirkmassen auf.
    StoffTypGewichtsprozentSonstiges
    Holzmehl Eichenstaub aus Dielenfußboden-Feinschliff mit Walzenschleifer, Körnung 100 30,0 TMD=1406
    Kaliumnitrat fein gemahlen, Körnung (d50) < 10 µm 51,0
    Silizium fein, Körnung < 30 µm 8,0
    Schwefel fein gepulvert 8,0
    Polychloropren Macroplast 3,0


    [0039] "TMD" steht jeweils für die theoretische mittlere Dichte der gesamten Wirkmasse in kg/m3.

    [0040] Im Folgenden sind die mit den obigen Wirkmassen beim Abbrand erzielten relativen Leistungsdaten angegeben. "% MTV" gibt dabei die gemessene Leistung als Prozent der für den MTV-Standard gemessenen Leistung an.
    1. Strahlungsmessungen im Labor ohne Wind:
    Satz% MTV (B-Kanal)
    Standard MTV (Stand der Technik) 100
    Beispiel 1 (nicht Teil der Erfindung) 19
    Beispiel 2 (nicht Teil der Erfindung) 29
    Beispiel 3 84
    Beispiel 4 82
    Beispiel 5 87

    2. Strahlungsmessung unter dynamischen Bedingungen bei 75 m/s Luftgeschwindigkeit:
    Satz% MTV (B-Kanal)
    Standard MTV (Stand der Technik) 100
    Beispiel 1 (nicht Teil der Erfindung) 49
    Beispiel 2 (nicht Teil der Erfindung) 75
    Beispiel 3 137
    Beispiel 4 166

    3. Strahlungsmessungen unter dynamischen Bedingungen bei 150 m/s Luftgeschwindigkeit:
    Satz% MTV (B-Kanal)
    Standard MTV (Stand der Technik) 100
    Beispiel 1 (nicht Teil der Erfindung) 17
    Beispiel 2 (nicht Teil der Erfindung) 57
    Beispiel 3 149
    Beispiel 4 131


    [0041] Alle Ergebnisse der Messung unter dynamischen Bedingungen sind jeweils ein Durchschnitt von 3 Parallelversuchen, welche mit Scheinzielen aus den jeweils angegebenen Wirkmassen mit einem Kaliber von 36 mm durchgeführt wurden.

    [0042] Fig. 1 zeigt die abbrennende Wirkmasse gemäß Beispiel 2, welche mit einer Geschwindigkeit von 75 m/s bewegt wurde und in einem Abstand von 500 m mit einer im Bereich von 3 bis 5 µm empfindlichen Infrarot-Videokamera aufgenommen wurde. Das Scheinziel erscheint dabei als heller Punkt und weist keinen Raumeffekt auf.

    [0043] Fig. 2 zeigt eine Wirkmasse gemäß Beispiel 4, welche mit einer Geschwindigkeit von 75 m/s bewegt wurde und ebenfalls im Abstand von 500 m mit der oben genannten Kamera aufgenommen worden ist. Das abbrennende Scheinziel ist sehr viel heller als das in Fig. 1 gezeigte Scheinziel und weist einen sehr starken Raumeffekt auf.


    Ansprüche

    1. Wirkmasse für ein beim Abbrand spektral strahlendes pyrotechnisches Infrarotscheinziel mit Raumwirkung, umfassend einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel, ein Bindemittel und einen Kohlenstoff enthaltenden Stoff, wobei der Brennstoff und das Oxidationsmittel so gewählt sind, dass das Oxidationsmittel den Brennstoff nach dessen Zündung in einer exothermen Primärreaktion unter Entstehung einer Temperatur von mindestens 1000 K oxidieren kann, wobei der Stoff so gewählt ist, dass der Stoff durch die bei der Primärreaktion freiwerdende Wärme endotherm pyrolysiert wird und dabei an Luft brennbares Gas freisetzt, wobei der Brennstoff nicht so stark reduzierend ist, dass entstehendes CO2 zu Kohlenstoff reduziert werden kann, wobei der Stoff und dessen Mengenanteil an der Wirkmasse so gewählt sind, dass die Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung wegen des Wärmeentzugs durch die endotherm erfolgende Pyrolyse 2000 K nicht übersteigt, wobei die Wirkmasse so zusammengesetzt ist, dass sich bei deren Abbrand feste Bestandteile von der Wirkmasse lösen, wobei der Brennstoff Kohlenstoff enthält oder Bor, Silizium, Antimon, Eisen, Mangan, Kobalt oder Nickel oder eine Mischung oder Legierung dieser Stoffe umfasst, wobei das Oxidationsmittel ein Perchlorat, Chlorat, Oxid, Sulfat, Nitrat, Dinitramin, Nitrit, Peroxid, Dinitromethanat, eine Nitroverbindung, einen Nitratester, Hexogen, Oktogen, Nitrozellulose oder Nitropenta umfasst, wobei der Stoff Zucker, Holz, Getreidemehl, Braunkohle, Torf, Zellulose, Stärke, Tabak, ein Oxalat, ein Formiat, ein Acetat, ein Propionat, Polyethylenglycol, Polyoxymethylen, Polyamid, Harnstoff, Hexamethylentetramin, Trioxan, Paraformaldehyd, Nitrozellulose, Hexogen, Oktogen, Dinitromethanat oder Nitropenta umfasst, wobei der Brennstoff nicht Schwefel ist, jedoch Schwefel in der Wirkmasse enthalten ist.
     
    2. Wirkmasse nach Anspruch 1,
    wobei der Brennstoff elementaren Kohlenstoff umfasst.
     
    3. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Wirkmasse inerte Bestandteile, insbesondere Sand oder ein bei 2000 K beständiges Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Eisenoxid, enthält und die festen Bestandteile die inerten Bestandteile umfassen.
     
    4. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Brennstoff so gewählt ist, dass er nach der Primärreaktion ein festes Reaktionsprodukt hinterlässt.
     
    5. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Dinitromethanat Natrium-, Kalium- oder Ammoniumdinitromethanat ist.
     
    6. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Holz in Form von Holzmehl oder Sägespänen vorliegt, das Getreidemehl Weizenmehl ist, das Oxalat Calciumoxalat ist, das Formiat Magnesiumformiat ist, das Acetat Calciumacetat ist, das Propionat Calciumpropionat ist und das Dinitromethanat Natrium-, Kalium- oder Ammoniumdinitromethanat ist.
     
    7. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Brennstoff, das Oxidationsmittel und der Stoff und die Mengen des Brennstoffs, des Oxidationsmittels und des Stoffs so gewählt sind, dass die Temperatur der Wirkmasse nach deren Zündung 1770 K, insbesondere 1270 K, insbesondere 970 K, nicht übersteigt.
     
    8. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Bindemittel so gewählt ist, dass es beim Abbrand der Wirkmasse keine Rußbildung bewirkt.
     
    9. Wirkmasse nach Anspruch 8,
    wobei das Bindemittel Polychloropren ist.
     


    Claims

    1. Active mass for a pyrotechnic infra-red decoy with space effect that radiates spectrally on burn-up, comprising a fuel, an oxidizer, a binder and a carbon-containing substance, wherein the fuel and the oxidizer are selected such that the oxidizer is able to oxidize the fuel, after ignition thereof, in an exothermic primary reaction producing a temperature of at least 1000 K, wherein the substance is selected such that the substance, as a result of the heat liberated in the primary reaction, undergoes endothermic pyrolysis and, in so doing, releases gas which is combustible in air, wherein the reducing power of the fuel is not so strong that CO2 which forms can be reduced to carbon, wherein the substance and proportion thereof in the active mass are selected such that the temperature of the active mass after ignition thereof, owing to the withdrawal of the heat by the endothermic pyrolysis, does not exceed 2000 K, wherein the composition of the active mass is such that, during burn-up thereof, solid constituents part from the active mass, wherein the fuel includes carbon or comprises boron, silicon, antimony, iron, manganese, cobalt or nickel or a mixture or alloy of these substances, wherein the oxidizer comprises a perchlorate, chlorate, oxide, sulfate, nitrate, dinitramine, nitrite, peroxide, dinitromethanate, a nitro compound, a nitrate ester, hexogen, octogen, nitrocellulose or nitropenta, wherein the substance comprises sugar, wood, cereal flour, brown coal, peat, cellulose, starch, tobacco, an oxalate, a formate, an acetate, a propionate, polyethylene glycol, polyoxymethylene, polyamide, urea, hexamethylenetetramine, trioxane, paraformaldehyde, nitrocellulose, hexogen, octogen, dinitromethanate or nitropenta, and wherein, while the fuel is not sulfur, sulfur is included in the active mass.
     
    2. Active mass according to Claim 1,
    wherein the fuel comprises elemental carbon.
     
    3. Active mass according to either of the preceding claims,
    wherein the active mass includes inert constituents, more particularly sand or a metal oxide which is stable at 2000 K, more particularly aluminium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, titanium dioxide or iron oxide, and the solid constituents encompass the inert constituents.
     
    4. Active mass according to any of the preceding claims,
    wherein the fuel is selected such that after the primary reaction it leaves behind a solid reaction product.
     
    5. Active mass according to any of the preceding claims,
    wherein the dinitromethanate is sodium, potassium or ammonium dinitromethanate.
     
    6. Active mass according to any of the preceding claims,
    wherein the wood is present in the form of wood flour or sawn chips, the cereal flour is wheat flour, the oxalate is calcium oxalate, the formate is magnesium formate, the acetate is calcium acetate, the propionate is calcium propionate and the dinitromethanate is sodium, potassium or ammonium dinitromethanate.
     
    7. Active mass according to any of the preceding claims,
    wherein the fuel, the oxidizer and the substance, and the amounts of the fuel, the oxidizer and the substance, are selected such that the temperature of the active mass after ignition thereof does not exceed 1770 K, more particularly 1270 K, more particularly 970 K.
     
    8. Active mass according to any of the preceding claims,
    wherein the binder is selected such that it does not result in any soot being formed during burn-up of the active mass.
     
    9. Active mass according to Claim 8,
    wherein the binder is polychloroprene.
     


    Revendications

    1. Masse active pour un leurre infrarouge pyrotechnique avec effet spatial à rayonnement spectral lors de la combustion, comprenant un combustible, un agent oxydant, un liant et une substance contenant du carbone, le combustible et l'agent oxydant étant choisis de telle sorte que l'agent oxydant peut oxyder le combustible après son allumage dans une réaction primaire exotherme avec production d'une température d'au moins 1000 K, la substance étant choisie de telle sorte que la substance subit une pyrolyse endothermique par la chaleur libérée lors de la réaction primaire et libère ainsi un gaz combustible au contact de l'air, le combustible n'étant pas trop fortement réducteur de sorte que le CO2 produit puisse être réduit en carbone, la substance et sa proportion à la masse active étant choisies de telle sorte que la température de la masse active, après son allumage, ne dépasse pas 2000 K en raison du prélèvement de chaleur par la pyrolyse produite endothermiquement, la masse active étant composée de telle sorte que des composantes solides se détachent de la masse active lors de sa combustion, le combustible contenant du carbone ou comportant du bore, du silicium, de l'antimoine, du fer, du manganèse, du cobalt ou du nickel ou encore un mélange ou un alliage de ces substances, l'agent oxydant comportant un perchlorate, un chlorate, un oxyde, un sulfate, un nitrate, une dinitramine, un nitrite, un peroxyde, un dinitrométhanate, un composé nitrolique, un ester de nitrate, de l'hexogène, de l'octogène, de la nitrocellulose ou du nitropenta, la substance comportant du sucre, du bois, de la farine de céréales, de la lignite, de la tourbe, de la cellulose, de l'amidon, du tabac, un oxalate, un formiate, un acétate, un propionate, du polyéthylène glycol, du polyoxyméthylène, du polyamide, de l'urée, de l'hexaméthylènetétramine, du trioxane, du paraformaldéhyde, de la nitrocellulose, de l'hexogène, de l'octogène, du dinitrométhanate ou du nitropenta, le combustible n'étant pas du soufre, du soufre étant cependant inclus dans la masse active.
     
    2. Masse active selon la revendication 1, le combustible comprenant du carbone élémentaire.
     
    3. Masse active selon l'une des revendications précédentes, la masse active contenant des composantes inertes, notamment du sable ou un oxyde métallique résistant à 2000 K, notamment de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de zirconium, de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde de titane ou de l'oxyde de fer et les composantes solides comprenant les composantes inertes.
     
    4. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le combustible étant choisi de telle sorte qu'il laisse un produit de réaction solide après la réaction primaire.
     
    5. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le dinitrométhanate étant du dinitrométhanate de sodium, de potassium ou d'ammonium.
     
    6. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le bois étant présent sous la forme de sciure ou de copeaux, la farine de céréales étant de la farine de froment, l'oxalate étant de l'oxalate de calcium, le formiate étant du formiate de magnésium, l'acétate étant de l'acétate de calcium, le propionate étant du propionate de calcium et le dinitrométhanate étant du dinitrométhanate de sodium, de potassium ou d'ammonium.
     
    7. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le combustible, l'agent oxydant et la substance ainsi que les quantités du combustible, de l'agent oxydant et de la substance étant choisis de telle sorte que la température de la masse active après son allumage ne dépasse pas 1770 K, notamment 1270 K, en particulier 970 K.
     
    8. Masse active selon l'une des revendications précédentes, le liant étant choisi de telle sorte qu'il ne provoque pas de formation de suie lors de la combustion de la masse active.
     
    9. Masse active selon la revendication 8, le liant étant du polychloroprène.
     




    Zeichnung








    Angeführte Verweise

    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente