Hohlladung mit gerichteter Sprengwirkung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Hohlladung mit gerichteter Sprengwirkung. Die Hohlladung (1) umfaßt ein den Sprengstoff (3) aufnehmendes Gehäuseelement (2), eine an dem einen Ende der Hohlladung (1) angebrachte Sprengkapsel (4) und einen am gegenüberliegenden Ende der Hohlladung gelagerten Metallkonus (5). Das Gehäuse (2) und der Metallkonus (5) der Hohlladung (1) sind auf einer gemeinsamen Symmetrieachse (6) genau zentriert, wobei auch die Sprengkapsel (4) auf dieser Symmetrieachse (6) angeordnet ist. Um zu erreichen, daß bei Explosion der Hohlladung die Massenelemente des Metallkonus eine im wesentlichen einzige, geschlossene Stoßmasse hoher Geschwindigkeit erzeugen, ist die Form des aus reinem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehenden Konus (5) der Hohlladung (1), aus der Blickrichtung des zu sprengenden Ziels gesehen, derart parabolisch oder hyperbolisch ausgebildet, daß der auf der Konkavseite des Konus gemessene Konuswinkel (2a) größer als 120° und kleiner als 180° ist. Die Konuswand weist über den gesamten Konusbereich eine gleichmäßige Dicke auf. Aufgrund dieser Ausgestaltung des Metallkonus (5) sind bei Explosion der Hohlladung (1) die Bewegungen der Massenelemente des Metallkonus in der Richtung der genannten Symmetrieachse (6) soweit, wie dies in der Praxis möglich ist, konstant.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Hohlladung mit gerichteter Sprengwirkung, bestehend aus einem einen Sprengstoff aufnehmenden Ladungsgehäuseelement, einem an dem einen Ende der Hohlladung angebrachten Zünder (Detonator) und einem am gegenüberliegenden Ende der Hohlladung angeordneten Metallkonus, wobei das Gehäuse und der Metallkonus der Hohlladung auf einer gemeinsamen Symmetrieachse genau zentriert sind, auf welcher der Zünder angeordnet ist.

[0002] Bekannte Hohlladungen dieser Art machen lediglich von der Spitzenmasse, dem sogenannten "Jet", Gebrauch, die gerade einen Teil des genannten Metallkonus umfaßt, während eine nachfolgende oder nachlaufende Stoßmasse, die den Hauptteil des Metallkonus umfaßt und deren Geschwindigkeit im allgemeinen kleiner als 1000 m/s ist, nicht ausgenutzt wird.

[0003] Es ist bekannt, verstopfte Grubenschächte, Rollöcher od. dgl. mit Hilfe von Sprengstoffen zu öffnen. Der Sprengstoff wird hierbei so nahe wie möglich zu der Stelle, an der das Haufwerk hängengeblieben ist, herangebracht oder aber in das hängengebliebene Haufwerk eingeführt. Das Heranbringen des Sprengstoffs an die Verstopfungsstelle ist umständlich und gefährlich. Außerdem ist die Wirkung des Sprengstoffs nicht so, wie dies gewünscht wird.

[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Hohlladung der oben genannten Art in der Weise auszubilden, daß ihre innewohnende, hochmassige Stoßmasse aus einer angemessenen Distanz bei hoher Geschwindigkeit gegen ein Ziel zur Wirkung gebracht werden kann, das z.B. aus einem hängengebliebenen, durch Brückenbildung oder in sonstiger Weise blockierten Grubenschacht od.dgl., aus einer Eisablagerung, einer aufzusprengenden Wand usw. besteht.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, aus der Blickrichtung von dem zu sprengenden Ziel her gesehen, die Form des aus reinem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehenden Hohlladungskonus derart parabolisch oder hyperbolisch ausgebildet ist, daß der Konuswinkel entsprechend der Konkavität der Konuswand, die über den konischen Bereich eine gleichmäßig große Dicke hat, gröBer als 120° und kleiner als 180°ist, derart, daß bei Detonation der Hohlladung aufgrund der Ausbildung des Metallkonus seine Massenelemente eine im wesentlichen geschlossene, einheitliche Stoßmasse und nur geringe Metallspritzer erzeugen.

[0006] Während die bisher verfügbaren Hohlladungen nur die Spitzenmasse bzw. den "Jet" ausnutzen, nicht aber die nachlaufende Stoßmasse, deren Geschwindigkeit im allgemeinen kleiner als 1000 m/s ist, sieht die Erfindung eine Hohlladung bzw. eine Grubenladung od.dgl. vor, bei der der "Jet" und die Stoßmasse, also die gesamte Masse, sich mit einer im wesentlichen gleichen Relativgeschwindigkeit zueinander, die etwa 2300 bis 3000 m/s beträgt, bewegt, während die Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffs bei 7000 bis 8000 m/s liegt. Die tatsächliche Wirkung einer Hohlladung ist hauptsächlich als kinetische Stoßmassenenergie gebunden und die Ladung ist daher eine Ladung mit Distanzwirkung. Der Metallkonus der Hohlladung gemäß der Erfindung ist insbesondere derart ausgebildet, daß die Massenelemente eine im wesentlichen einheitliche, einzige Stoßmasse und nur kleine Metallspritzer erzeugen. Die Hohlladung arbeitet nach dem Prinzip der sphärischen Zone.

[0007] Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig_o 1 eine erfindungsgemäße Hohlladung in Blickrichtung auf ihren Kupferkonus;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II der Fig.1;

Fig. 3 die Parameter der hyperbolischen Form des Metallkonus zur mathematischen Berechnung.

[0008] Gemäß den Figuren 1 und 2 weist die Hohlladung 1 ein Ladungsgehäuseelement 2 mit dem darin befindlichen Sprengstoff 3, eine Sprengkapsel bzw. einen Zünder (Detonator) 4 an dem einen Ende der Hohlladung 1 und einen Metallkonus 5 auf, der an dem gegenüberliegenden Ende der Hohlladung 1 angeordnet ist, Das Gehäuse 2 und der Metallkonus 5 der Hohlladung 1 sind auf einer gemeinsamen Symmetrieachse 6 genau zentriert; der Zünder 4 ist auf dieser Symmetrieachse 6 angeordnet.

[0009] Die Form des aus reinem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehenden Konus 5 der Hohlladung 1, von der Richtung des zu sprengenden Zieles aus gesehen, ist derart parabolisch oder hyperbolisch, daß die Größe des Konuswinkels 2 α , gemessen über die konkave Innenseite der Konuswand 7, die über den Konusbereich eine gleichmäßig große Dicke aufweist, größer als 120⁰, aber kleiner als 180° ist. Wie erwähnt, weist der Metallkonus 5 eine Wand 7 mit über den gesamten Konusbereich gleichmäßiger Wandstärke auf. Der Konuswinkel 2 α , der die Konkavität der Wand 7 bestimmt, muß größer als 120° sein, da praktische Versuche ergeben haben, daß bei kleineren Winkeln dieser Konus keine einzige Stoßmasse, sondern vielmehr eine Ausdehnung in Form einer Vielzahl getrennter Massen bewirkt. Um dem Konus die Form eines Paraboloids oder eines Hyperboloids in der gewünschten Richtung zu geben, ist der Winkel 2 a kleiner als 180⁰. Aufgrund der parabolischen oder hyperbolischen Form des Metallkonus erzeugen seine Massenelemente bei der Sprengung der Hohlladung 1 im wesentlichen eine einzige, geschlossene Stoßmasse und nur leichte Metallspritzer.

[0010] Die physikalisch-mathematische Grundlage dieses Phänomens wird für den Fall eines hyperbolischen Konus im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert. Hierbei sind:

S: der theoretische Zündpunkt

0: der Scheitel eines geraden Konus

K: der Scheitel bzw. die Spitze eines hyperbolischen Konus

α: der halbe Scheitelwinkel

a und b: die Halbachsen der Hyperbel (tand α =

)

ß y: die Konuslänge

A und B: Massenzentrum des hyperbolischen Konus

x: der Abstand des Massenzentrums von der Symmetrieachse

u die theoretische Richtung der Detonationswelle

σ = SAO: Einfallswinkel der Detonationswelle in bezug auf den Konus.

[0011] Abgeleitet aus dieser Figur nach dem Prinzip der sphärischen Zone ergibt sich:

Hieraus folgt:

[0012] Der Wert mit dem + Kennzeichen kann als ein Hyperboloid interpretiert werden, wobei:

[0013] Hierbei ist die Größe der Hyperbel a (_a ) so gewählt, daß der Winkel σ < 15° (≈10°) im Zentralbereich des Konus ist und sich in Näherung an den Konusrand gegen 0 vermindert. Der Winkel der Deformation ϕ u ist demgemäß 25°...30°. In der Gleichung (2) kann der mit dem + Vorzeichen versehene Wert auch als eine Parabel interpretiert werden, wobei:

[0014] Die Auswahl der Parameter k und c erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Nach dem Prinzip der sphärischen Zone ist die Abflug- bzw. Ausgangsgeschwindigkeit der Massenpartikel im Punkt B:

u = Detonationsgeschwindigkeit

[0015] Beispiel₁: u = 7800 m/s (RDX/TNT) ^f = ₂₅₀ δ = 15°

[0016] 

[0017] Beispiel₂: u = 7800 m/s ϕ = 30° δ = ₅°

[0018] 

Das theoretische Maximum des Ausdrucks 2, welches vom Sprengstoffverhältnis und den Konusparametern abhängt, ist 15°, was bedeutet, daß das Maximum in der Praxis <15° ist. Das praktisch erzielbare Maximum ist ν_o ≈4000 m/s, wenn σ u → O.

[0019] Die Form des Gehäuses 2 an dem dem Metallkonus 5 zugewandten Ende der Hohlladung 1 ist zylindrisch und läuft von hier in der Form eines Kegelstumpfes zu der Sprengkapsel 4 hin. Es versteht sich, daß die Form der Hohlladung 1 gemäß der Erfindung innerhalb gewisser Grenzen variieren kann, jedoch in der Weise, daß das Verhältnis der Menge an Sprengstoff zu der Masse des Metallkonus 5 angenähert konstant ist, so daß das Verhältnis der Sprengstoffmasse zu derjenigen des Metallkonus etwa 2 : 1 beträgt. Im Hinblick auf der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es auch zweckmäßig, daß das Verhältnis der Dicke des Sprengstoffs 3 zu der Dicke s des Metallkonus auf einer beliebigen Senkrechten dieses Konus etwa bei 12 : 1 liegt.

[0020] Wenn der Ladungsteil explodiert bzw, detoniert, wird der Metallkonus 5 der Hitze und der Druckenergie ausgesetzt, wodurch er in einen plastischen Zustand gelangt, bei dem jedes Masseelement des Metallkonus eine bestimmte Ausgangsgeschwindigkeit und Richtung hat. Bei der erfindungsgemäßen Formgebung des Metallkonus 5 und bei Dimensionierung der Hohlladung nach dem Prinzip der sphärischen Zone ist das Sprengstoffverhältnis im Rand der Ladung bedeutsam; die Abfluggeschwindigkeiten und Richtungen der Massenelemente des Metallkonus vollziehen sich in einer solchen Weise, daß die Konusmasse für die Erzeugung einer großen Stoßmasse nahezu 100 % ausgenutzt wird. Die Wirkung dieser einheitlichen Stoßmasse beruht auf der Tatsache, daß die kinetische Energie dieser Stoßmasse sich an ihrem Wirkungspunkt in Stoßenergie verwandelt. Die Wirkung ist wesentlich verschieden von derjenigen, die mit einer Hohlladung erreicht wird, die nach dem "Jet"-Prinzip arbeitet und die bei ihrer Explosion aus dem Metallkonus einen Strahl mit hoher Geschwindigkeit und kleiner Masse erzeugt, dessen Wirkung weitgehend derjenigen eines Hochleistungs-Schneidbrenners (z.B. eines Plasmabrenners) ähnelt. Der Hauptteil der Metallkonusmasse verbleibt hier in der Form eines Massenklumpens, dessen Geschwindigkeit so niedrig wie möglich gehalten wird (200 bis 300 m/s), da dies ursächlich für die Erzielung des "Jet" mit hoher Geschwindigkeit ist.

[0021] Die Stoßenergie einer Hohlladung gemäß der Erfindung liegt bei etwa 5,3 bis 36 MJ, wenn der Abstand der Hohlladung von dem zu sprengenden Ziel 15 m, das Gewicht der entstehenden Stoßmasse etwa 2 bis 8 kg und ihre Geschwindigkeit 2300 bis 3000 m/s beträgto

[0022] Wie Fig. 2 zeigt, sind die Randteile 8 des Metallkonus 5 genutet, wobei eine Ringplatte 9 in der Nut eingestaucht ist. Mit Hilfe dieser Ringplatte 9 ist der Metallkonus 5 am Gehäuse 2 der Hohlladung 1 gelagert. Die Hohlladung wird auf ein zu sprengendes Zielobjekt ausgerichtet, z.B. durch Zielen durch ein dünnes Rohr hindurch, welches an einem Ziel- oder Visiergriff befestigt ist.

Ansprüche

1. Hohlladung mit gerichteter Sprengwirkung, bestehend aus einem einen Sprengstoff aufnehmenden Ladungsgehäuseelement, einer an dem einen Ende der Hohlladung angebrachten Sprengkapsel und einem am gegenüberliegenden Ende der Hohlladung angeordneten Metallkonus, wobei das Gehäuse und der Metallkonus der Hohlladung auf einer gemeinsamen Symmetrieachse genau zentriert sind, auf welcher die Sprengkapsel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß, aus der Blickrichtung von dem zu sprengenden Ziel her gesehen, die Form des aus reinem Metall, vorzugsweise Kupfer, bestehendem Konus (5) derart parabolisch oder hyperbolisch ausgebildet ist, daß der Konuswinkel (2 a ) entsprechend der Konkavität der Konuswand (7), die über den konischen Bereich eine gleichmäßig große Dicke hat, größer als 120° und kleiner als 180⁰ist, derart, daß bei Explosion der Hohlladung (1) aufgrund der Ausbildung des Metallkonus (5) seine Massenelemente eine im wesentlichen geschlossene Stoßmasse und nur geringe Metallspritzer erzeugen.

2. Hohlladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke des Sprengstoffs (3) zu der Dicke (s) des Metallkonus (5) auf einer beliebigen Senkrechten (1) auf dem Konus angenähert 12 : 1 beträgt.

3. Hohlladung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinie einer durch den Metallkonus (5) hindurchgehenden Ebene und der Symmetrieachse des Metallkonus eine Hyperbel entsprechend der Gleichung

wobei bedeuten:

a und b: die Halbachsen der Hyperbel, auf welcher b auf der Symmetrieachse liegt;

Δ y: die Konuslänge in Richtung der Halbachse b,

und wobei a so bestimmt ist, daß der Einfallswinkel ( σ ) in bezug auf den Metallkonus <15°(≈10°) in dem Zentralbereich des Konus ist und sich in Richtung auf den Rand dieses Konus gegen 0 vermindert.

Zeichnung