Die Erfindung betrifft eine Treibladung für Hülsenmunition aus Treibladungspulverkörpern, wie Mehrloch, Röhrchen-, Streifen- und Kugelpulverkörper, und ein Verfahren zur Herstellung solcher Treibladungen.
Beim Auslösen eines Schusses in einer Rohrwaffe erteilt die durch Verbrennung eines festen Treibmittels, nämlich eines Treibladungspulvers, erzeugte Gasmasse dem Geschoß die translatorische und die Rotationsenergie. Die Umsetzung dieses festen Treibmittels in gasförmige Produkte darf jedoch nicht zu schnell erfolgen, damit der maximale Gasdruck bzw. Gasdruckanstieg und die hieraus resultierenden Belastungswerte für das Geschoß und das Waffenrohr niedrig bleiben.
Die einzelnen Treibladungspulverkörper einer Treibladung brennen in Schichten jeweils senkrecht zu ihrer Oberfläche ab, so daß die anfängliche geometrische Form in ihrer Grundtendenz weitestgehend erhalten bleibt. Diese senkrecht zur Treibladungspulveroberfläche fortschreitende Abbrandgeschwindigkeit ist vom Verbrennungsdruck abhängig. Der zeitliche Massengradient der Umsetzung entspricht wiederum dem Produkt aus jeweiliger Abbrandgeschwindigkeit, Treibmitteloberflöche und Treibmitteldichte.
Bekannte Treibladungen verwenden daher Treibladungspulver mit progressiver Abbrandcharakteristik, d.h. im Verlauf des Abbrandes wächst die anfängliche Abbrandoberfläche bis zu einem maximalen Wert in Nähe des Brennschlusses an. Nimmt die Progressivität eines Treibladungspulvers zu, so muß - und dies läßt sich innenballistisch ableiten - die Anfangsabbrandoberfläche der gesamten Treibladung, bezogen auf gleiche Ladedichte und den gleichen maximalen Gasdruck, in der Patrone kleiner werden.
Eine durch höhere Progressivität der Treibladungspulverkörper erforderliche Verringerung der Anfangsabbrandoberfläche bedeutet normalerweise eine Reduzierung der Treibladungspulvermasse. Um jedoch die durch eine Progressivitätszunahme gewonnene Ladungsreserve leistungssteigernd auszunutzen, ist es in der Praxis üblich, eine nachträgliche Oberflächenbehandlung des Treibladungspulvers mit Weichmachern, vorzugsweise Centraliten, Phthalaten oder Kampfer, durchzuführen. Diese Behandlungsmittel haben eine negative Bildungsenthalpie und setzen die Gesamtenergie der Ladungsmasse herab. Wegen der Imprägnierwirkung dieser Behandlungsmittel verringert sich auch die Abbrandgeschwindigkeit in der Weise, daß die größte relative Brenngeschwindigkeitsminderung bei der höchsten Konzentration des Behandlungsmittels im Treibladungspulverkorn, also praktisch an der Oberfläche, erfolgt. Dies ist gleichwertig mit einer Verkleinerung an Abbrandoberfläche; denn der zeitliche Gasmassengradient entspricht dem Produkt aus Abbrandoberfläche, Brenngeschwindigkeit und Dichte.
Da der Anfangswert für das Produkt aus Brenngeschwindigkeit und Abbrandoberfläche wegen der Zusammenhänge von Progressivität und Maximalgasdruck konstant bleiben muß, läßt sich die Treibladungsmasse ohne Erhöhung des Maximaldruckwertas um so mehr steigern, je stärker und differenzierter die Oberflächenbehandlung durchgeführt wurde.
Eine solcharmaßen durchgeführte Treibladungsanpassung bewirkt wegen der im Vergleich zum unbehandelten Treibladungspulver erfolgten Treibladungsmassenerhöhung einen erheblichen Progressivitätsgewinn der Treibladung und eine Vergrößerung des Produkts aus Brenngeschwindigkeit und Abbrandoberfläche. Dies geschieht allerdings erst dann, wann die Phlegmatisierung nicht mehr wirksam ist. Der geschilderte Progressivitätsgewinn führt zu einer beträchtlichen Aufweitung des Druck-Zeit-Verlaufes und damit zu einem erheblichen Leistungsgewinn. Die Grenzen für solche Maßnahmen liegen einmal in der Begrenzung der maximal möglichen Treibladung selbst, zum anderen darin, daß stark oberflächenbehandelte Treibladungspulver schwieriger anzuzünden sind. Dies ist im Hinblick auf die Gesamtschußzeit von Nachteil. Außerdem würde sich die Energiebilanz der Treibladung ab einer bestimmten Behandlungsstärke so stark verschlechtern, daß dieser energetische Leistungsverlust durch die innenballistischen Vorteile nicht mehr ausgeglichen werden könnte.
Üblicherweise wird bei patronierter Munition eine geschüttete Treibladung verwendet, die gewöhnlich in Granulatform als Röhrchen, Streifen, Kugeln oder Mehrlochzylindern laboriert wird. Die Ladungsdichte beträgt dann etwa 0.9 bis 1,0 g/cm3, bei einzelnen hochwerigen Treibladungspulversorten bestenfalls 1,05 g/cm3. Hieraus ergibt sich bei einem vorgegebenem Hülsenvolumen über die resultierende maximale Treibladungsmasse eine optimale Treibladung, die in Rezeptur, Geometrie und Oberflächenbehandlung durch die Waffen- und Munitionsparameter festgelegt ist. Eine Verbesserung der Leistung einer solchen optimierten Schüttpulverladung ist ohne Veränderung der Parameter, z.B. Erhöhung des maximalen Gasdruckes oder Verlängerung des Geschoßbodenweges nicht möglich.
Seit Jahren werden daher Verfahren entwickelt, durch die eine Leistungssteigerung über sogenannte verfestigte bzw. verdichtete Treibladungen, d.h. eine Erhöhung der Ladungsdichte, erzielt werden soll. Bei allen diesen Verfahren werden jedoch Löse- oder Bindemittel benötigt, wodurch der Arbeitsaufwand erheblich erhöht wird, so daß solche Treibladungen nur sehr zeitintensiv hergestellt werden können und außerdem sehr teuer sind.
Ein Verfahren zur Herstellung von verfestigten Pulverladungen ist aus der DE-OS 24 03 417 bekannt geworden. Hierbei besteht die verfestigte Pulverladung aus verdichteten Granalen von nichtrauchendem Pulver mit einer Vielzahl von Gitterzwischenräumen, die weitgehend einheitlich über die gesamte verdichtete Masse verteilt sind. Wesentlich ist nun, daß bei der Herstellung dieser verfestigten Pulverladungen die Oberflächen der Einzelgranalen zunächst erweicht werden, indem sie Lösungsmitteldämpfen ausgesetzt werden, und erst danach zusammengepreßt werden. Neben einem erhöhten Arbeits- und Arbeitsmittelaufwand ist ein solches Verfahren von Nachteil dadurch, daß aufwendige Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine Gefährdung der Gesundheit von Menschen auszuschließen.
Durch die FR-A 23 74 278 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Treibladung bekannt, bei dem die Pulverkörper einer Oberflächenbehandlung mit einem Gelier- und Plastifizierungsmittel, bspw. Glycerolester, unterworfen werden. Im Anschluß daran werden die Pulverkörper in einer Form bei erhöhter Temperatur zusammengepreßt.
Die US-PS 392 922 schließlich beschreibt eine Pulverladung, bei der die Ladung zu einer einzigen festen Masse zusammengepreßt ist. Dieser verfestigte, dichte und tragfähige Masseblock wird in geeigneter Form separat hergestellt und anschließend in Treibladungshülsen eingesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Treibladung für Hülsenmunition und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, durch welche das Leistungsvermögen gegenüber den bekannten Treibladungen erhöht ist, ohne daß dadurch gleichzeitig ein erhöhter Arbeitsaufwand und eine Menschengefährdung aus Lösungsmitteldämpfen entsteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die durch Anwendung von äußerem Druck und ohne Zusatz von Binde- und/oder Lösungsmitteln bis zu einer Ladedichte zwischen 1,0 bis 1,5 g/cm3 zusammengepreßte Ladung ganz oder zumindest in Teilmengen aus Mehrloch- oder Röhrchenpulverkörpern besteht, wobei die Ladung bei einer nahezu gleichmäßigen oder graduell verschiedenen Verdichtung elastisch bis plastisch derart verformt ist, daß die verkleinerte lichte Weite der Innenkanäle der Pulverkörper und die Verringerung ihrer Abbrandoberfläche durch Erhöhung der Ladungsmasse bei verzögertem Abbrand kompensierbar ist.
Eine Erhöhung der Ladungsdichte durch Anwendung von äußerem Druck ließ sich bisher nicht durchführen, weil die Pulverkörper bei Anwendung von Druck aufgrund ihrer Sprödigkeit zerbrachen und damit die gewünschte Abbrandcharakteristik nicht mehr gewährleistet war.
Die Erfindung geht von den an sich bekannten elastischen Pulverkörpern aus. Diese sind aufgrund des Zusatzes von Weichmachern zu der Nitrocellulose vor deren Formgebung elastisch. Der Grad der Elastizität hängt dabei weitgehend von der Art und der Menge des eingesetzten Weichmachers ab. Eine Beeinflussung der Elastizität ist auch durch eine nachträgliche Oberflächenbehandlung mit diesen Weichmachern gegeben.
Die Weichmacher in diesen elastischen Treibmittelpulverkörpern sind ebenfalls an sich bekannte Weichmacher für Nitrocellulose, wie z.B. Kampfer und Phthalsäureester. Sie können allein oder als Gemisch in der Nitrocellulose enthalten sein, bevor diese der Formgabung unterworfen wird;
Der anzuwendende Druck bei der Herstellung der erfindungsgemäßen gepreßten Treibladung hängt einmal von der Ladedichte, die die Abbrandcharakteristik der Gesamtladung stark beeinflußt, und andererseits von der Elastizität der Pulverkörper ab.
Es muß deshalb vor Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Ladungsermittlungsbeschüssen festgestellt werden, welche Grenzladedichte und damit, welcher Preßdruck maximal möglich ist, ohne einerseits unverbrannte Pulverrückstände, und damit Leistungseinbußen, und andererseits mechanisch zerstörte Pulverkörper, und damit über eine Oberflächenvergrößerung Drucksprünge, zu erhalten. Gegebenenfalls müssen Pulverkörper mit höherem Weichmachergehalt eingesetzt werden. Der Hauptbestandteil der Treibladungskörper ist Nitrocellulose. In den erfindungsgemäß eingesetzten Pulverkörpern beträgt deren Anteil maximal 85 bis 90 Gewichtsprozente, je nachdem, welche Weichmacher eingesetzt sind und wie hoch der Anteil dieser Weichmacher in den Pulverkörpern ist.
Die Treibladungskörper müssen jedoch, zumindest in einer Teilmenge, bestimmte geometrische Formen, wie Mehrlochzylinder oder Röhrchen besitzen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird dann die geometrische Form dieser Körper in der Art verändert, daß die lichte Weite der Innenkanäle verkleinert wird. Dies ist gleichbedeutend mit einer Verringerung der Abbrandoberfläche, so daß die Ladungsmasse infolge der anfangs skizzierten Zusammenhänge ohne Erhöhung des maximalen Gasdruckes innerhalb bestimmter Grenzen bei entsprechender Anpassung der Geometrie oder Oberflächenbehandlung des Treibladungspulvers gesteigert werden kann.
In erfindungsgemäßer Fortführung kann die Treibladung aus mit gleichen oder unterschiedlichen Drücken abschnittsweise gleichmäßig oder graduell verschieden in der Treibladungshülse verdichteten Teilmengen bestehen. Beim Füllen mit Teilmengen und abschnittsweise gleichmäßigem Druck ist eine nahezu gleichbleibende Ladedichte über die gesamte Füllung möglich. Werden dagegen dia eingefüllten Teilmengen mit unterschiedlichen Drücken zusammengepreßt, so werden bewußt Inhomogenitäten in der Ladungsdichte auftreten. Ferner kann die Pressung derart erfolgen, daß die Ladungsdichte vom Hülsenboden zum Hülsenmund der Treibladungshülse nahezu kontinuierlich abnimmt.
Die Teilmengen können weiterhin in Rezeptur und/oder Geometrie unterschiedlichen Treibladungspulverkörpern zusammengesetzt sein.
Das Verfahren zur Herstellung der Treibladung für Hülsenmunition aus Treibladungspulverkörpern, wie Mehrloch-, Röhrchen-, Streifenoder Kugelpulverkörpern, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladungspulverkörper mittels eines Einfülltrichters, dessen Einfüllstutzen an der Innenwand des Hülsenmundes der Treibladungshülse unmittelbar anliegt, in die Treibladungshülse eingefüllt werden und
- daß dadurch Anwendung von äußerem Druck und ohne Zusatz von Bindeund/oder Lösungsmitteln die ganz oder zumindest in Teilmengen aus Mehrloch- oder Röhrchenpulverkörpern bestehende Ladung bis zu einer Ladedichte zwischen 1,0 bis 1,5 g/cm3 zusammengepreßt und bei einer nahezu gleichmäßigen oder graduell verschiedenen Verdichtung elastisch bis plastisch derart verformt wird, daß die verkleinerte lichte Weite der Innenkanäle der Pulverkörper und die Verringerung ihrer Abbrandoberfläche durch Erhöhung der Ladungsmasse bei verzögertem Abbrand kompensiert werden.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des Einfülltrichters können die Treibladungspulverkörper beim Schüttvorgang und dem Pressen am Hülsenmund kein Graphit ablagern, was zu einer Verminderung der Reibungskräfte an der Hülseninnenwand führen würde. Durch die Verringerung der Reibung an der Hülsenwand erhält das durch Anwürgen mit der Treibladungshülse verbundene Geschoß andere Ausziehwiderstände, wodurch sich innenballistische Veränderungen ergeben bzw. die Zuführsicherheit der Patronen vermindert wird.
Wenn in dem Boden der Treibladungshülse bereits das druckemfindliche Anzündelement angeordnet ist, kann dieses in Weiterführung der Erfindungs mittels eines während des Füll- und Preßvorganges der Treibladungspulverkörper eingesetzen Doms geschützt sein, und der durch den Dorn mittig der Treibladungsülse entstandene Kanal kann mit einer Anzündmischung und/oder mit Treibladungspulverkörpern gefüllt sein, Gegenbenefalls kann nach dieser Auffüllung wiederum ein Preßvorgang erfolgen.
Bei geringer Verdichtung der Pulverkörper und/oder preßtechnisch ungünstiger Hülsenform kann es erforderlich werden, den freien Preßrand bzw. die Landungsoberfläche gegen Ausbröckeln einzelner Pulverkörper und/oder Aufwerfen des Preßspiegels zu stabilisieren, bis der durch den Dorn hervorgerufene mittige Kanal aufgefüllt bzw. die Patrone komplettiert ist. Aus diesem Grund kann erfindungsgemäß eine Abdeckung aus einem plastischen, anschmiegsamen, rückstandsfrei verbrennbarem Material, Vorzugsweise aus schwedischem Additivmaterial mit auf die Treibladung gepreßt sein.
Die Erfindung wird anhand von zwei Beispielen näher erläutert. Dabei dienen die Figuren zum besseren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
- Fig. 1 ein Diagramm über den Funktionsverlauf der Lademassenerhöhung bei bestimmten Parametern;
- Fig. 2 eine graduelle Verpressung der Treibladungspulverkörper ohne Zentralkanal;
- Fig. 3 eine gleichmäßige Verpressung von drei Treibladungspulvern mit gefülltem Zentralkanal;
- Fig. 4 eine graduelle Verpressung eines Treibladungspulvers in drei Stufen mit Mitteldorn und Einfülltrichter.
In einer Treibladungshülse mit einem Volumen VH von 75 cm3 sind 70 Gramm eines 19-Loch-Treibladungspulvers als Schüttpulverladung laboriert. Das 19-Loch-Treibladungspulver besitzt die durchschnittlichen geometrischen Abmessungen:
- Anfangsinnen-Durchmesser 0 iA = 130 µm
- Treibladungspulverkorn-Außendurchmesser 0 TLP = 3,46 mm
- Treibladungspulver-Zylinderlänge L TLP = 4,09 mm
Mit einer Dichte von p - 1.608 g/cm3 ergibt sich eine Treibladungspulver-Stückzahl von Q = 1.163. Die gesamte Oberfläche der Treibladung beträgt OA = 1099 cm2 und teilt sich auf in eine äußere Oberfläche von 08 = 730 cm2 und eine innere Oberfläche Oi = 369 cm2. Die Oberfläche setzt sich zusammen aus dem Zylindermantel, den Stirnflächen und der Oberfläche der Bohrungen in den Treibladungspulverkörpern.
Bei einer Erhöhung der Ladungsmasse infolge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun die lichte Weite der Innenkanäle abnehmen, wodurch sich eine Verringerung der inneren Oberfläche ergibt. Es läßt sich nun ein Grenzwert für den erforderlichen lichten Durchmesser 0; der Innenkanäle als Funktion der Lademassenerhöhung ermitteln, bei dem die Anfangsabbrandoberfläche OA der Treibladung trotz der Lademassenerhöhung konstant bleibt. Einen solchen Funktionsverlauf zeigt für das behandelte Beispiel Figur 1. Es wurde auch die aus der Lademassenerhöhung resultierende Abnahme des freien Luftvolumens mit VdVLA in der Patronenhülse eingetragen, wobei VL = das jeweilige Luftleervolumen bei Füllung und VLA = das Anfangsvolumen von Luft in der Treibladungshülse bei einer Ladung von 70 g bedeuten. Aus dem Diagramm läßt sich leicht entnehmen, daß der für das Verfahren vorzugsweise angegebene Bereich der Ladedichte zwischen 1,1 u. 1,3 g/cm3 für das gewählte Beispiel Werte des lichten Innenkanals angibt, die noch technisch machbar sind. Andererseits ist in der Treibladungshülse dann noch ein beträchtliches Leervolumen vorhanden, so daß die Anzündung der Treibladung ohne Schwierigkeiten möglich ist.
Ein auf bekannte Weise hergestelltes 19-Loch-Pulver mit einem Lochdurchmesser 0,15 mm und der Zusammensetzung:
- 73 Gew.-% Nitrocellulose
- 20 Gew.-% Diglycoldinitrat
- 5 Gew.-% Nitroguanidin
- 1 Gew.-% Methyl-Diphenylharnstoff
- 1 Gew.-% Natriumsulfat,
auf dessen Oberfläche 1% Dioctylphthalat in einer Nachbehandlung aufgebracht wird und dessen einzelne Körner einen Außendurchmesser von 4,0 mm bei einer Länge von 4 mm besitzen, wird in Treibladungshülsen der Abmessungen 30 mm x 113 DEFA gefüllt. Vor dem Füllen wurde ein Dorn auf das in dem Hülsenboden befindliche Anzündhütchen gestellt und dann die Schüttung mit dem Pulver durchgeführt. Anschließend wurde das Pulver mit einer Handpresse und einem Preßstempel in Hohlzylinderform (Zylinderdurchmesser = Durchmesser des Dorns) verdichtet. Nach dem Verdichten wurde der Dorn entfernt und in den verbleibenden Hohlraum Pulver eingeschüttet. Insgesamt wurden jeweils 62 g Pulver in die einzelnen Treibladungshülsen eingepreßt. Anschließend wurden Ubungsgeschosse mit 245 g Masse eingesetzt und angewürgt. In einem 30 mm Gasdruckmesser wurden bei den Temperaturen von -40°C, + 21°C und +50°C die Maximaldrucke Pmax in bar und die Mündungsgeschwindigkeiten VE in m/s ermittelt. Bei gleichem Maximaldruck ergab sich folgende Geschwindigkeitserhöhung gegenüber den Werten für die Original-Treibladung:
Dabei steht "T" für Temperatur und 0" für den Leistungszuwachs durch Geschoßgeschwindigkeitserhöhung.
Mit dem gleichen Treibladungspulver wurde mit Treibladungshülsen 27 mm x 145 folgende Verbesserung bei einer Ladungserhöhung um 13,5 g erzielt:
Versuche mit leicht abgewandelten Treibladungsmuster in Geometrie und Oberflächenbehandlung ergaben gegenüber den Patronen 25 mm x 137 APDS und 705 mm x 617 APDS eine Geschwindigkeitszunahme zwischen 50 und 100 m/s mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Dies bedeutet, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem großen Kaliberbereich und bei unterschiedlichen Geschoßarten eingesetzt werden kann.
Die schematische Darstellung der Treibladungshülsen mit eingepreßtem Treibladungspulver nach den Figuren 2 bis 4 zeigt in Fig. 2 eine Treibladungshülse 100 mit einem Treibladungspulver 101, das vom Hülsenboden 102 zum Hülsenmund 103 graduell verpreßt ist. In dem gezeigten Beispiel nimmt die Ladungsdichte zur Hülsenmund 103 hin zu.
Fig. 3 zeigt eine gleiche Treibladungshülse 100 mit Hülsenboden 102 und Hülsenmund 103. Das Treibladungspulver 101 ist hier in den drei Teilmengen 101.1, 101.2 und 101.3 in die Treibladungshülse 100 eingefüllt worden und jeweils abschnittsweise mit gleichem Druck zusammengepreßt worden.
Ausgehend vom Hülsenhoden 102 befindet sich in der Längsachse der Treibladungshülse 100 ein zum Hülsenmund 103 konisch erweiteter Kanal 104, der mit einem Treibladungspulver 105 aufgefüllt ist. Der obere, freie Preßrand der oberen Teilmenge des Treibladungspulvers ist gegen Ausbröckeln und/oder Aufwerfen des Preßspiegels durch eine plastisch-anschmiegsame und rückstandsfrei verbrennbare Abdeckung 110 stabilisiert.
Die Fig. 4 zeigt wiederum die Treibladungshülse 100 mit dem Hülsenboden 102 und dem Hülsenmund 103. Das Treibladungspulver 101 ist mit unterschiedlichen Drücken in die Treibladungshülse 100 eingepreßt worden. So ergibt sich für die untere Teilmenge 101.4 die größte Ladedichte, die über die Teilmenge 101.5 bis zur Teilmenge 101.6 abnimmt. Bei diesem Beispiel befindet sich die größte Ladedichte Hülsenboden 102. In der Längsachse der Treibladungshülse 100 ist der Kanal 104 mit konischer Erweiterung zum Hülsenmund 103 geschaffen. Das Treibladungspulver wird über einen Einfülltrichter 106, dessen Einfüllstutzen 107 direkt an der Innenwand des Hülsenmundes 103 anliegt, in die Treibladungshülse geschüttet. Mit 108 ist der Preßstempel und mit 109 der Dorn zum Schutz des Anzündelementes im Hülsenboden 102 bezeichnet.