Pyrotechnisches Verzögerungselement für Verzögerungszünder sowie dessen Verwendung

Abstract

 Zum Einsatz in mittelkalibrigen und grosskalibrigen Waffensy­stemen wurde ein miniaturisiertes Verzögerungselement ent­wickelt. Dieses ist in einer metallischen Hülse (1) aus kup­ferlosem Leichtmetall realisiert. Durch den Einbezug von me­tallischem Brennstoff, einem Oxydator aus einem halogenhalti­gen Hochpolymer und Metallocenen als Sensibilisatoren lässt sich ein äusserst kompaktes und funktionssicheres Verzöge­rungselement aufbauen. Durch den Einbezug eines Anfeuerungs­zündsatzes aus einem Initialsprengstoff und einem Metallocen als Sensibilisator kann das Verzögerungselement auch für Initiierungen ohne Stichflamme, für Schlagbolzen, Stechnadeln etc. ausgebildet werden.
Das pyrotechnische Verzögerungslement ist aufgrund seiner Ei­genschaften besonders gut für die Verwendung in hoch verzö­gerten Ladungen und/oder für Tochtergeschosse und/oder zur Selbstzerstörung von Munition geeignet. Die erzielten Verzö­gerungszeiten lassen sich von 1 bis zirka 30 Sekunden experi­mentell und reproduzierbar festlegen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein pyrotechni­sches Verzögerungselement für Verzögerungszünder, wenigstens bestehend aus einem Übertragungszündsatz aus Brennstoff- und Sauerstoffträger, einem Verzögerungszündsatz aus Brennstoff, Sauerstoffträger, Bindemittel, Sensibilisator und inertem Ad­ditiv sowie einem Zündsatz für die Hauptladung, wobei die Zündsätze hintereinander in einer Hülse angeordnet sind. Im weiteren sind bevorzugte Verwendungen des Verzögerungselemen­tes beansprucht.

[0002] Verzögerungszünder und sogenannte Verzögerungssätze sind be­kannt (Rudolf Meyer, "Explosivstoffe", Seite 329, 1979, Ver­lag Chemie). Aus der US-PS 3,981,222 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verzögerungszündsatzes bekannt, mit dem Verzögerungszeiten bis 18 Sekunden pro Zoll der verwendeten Pulvermischung erzielbar sind. Dabei werden an sich bekannte Koruskative in eine aus glasfaserverstärktem Papier aufge­baute Kapseln, welche zur Verlängerung des Brennweges im In­nern Schikanen aufweist, eingebracht. Die Baugrösse einer solchen beispielsweisen Kapsel beträgt 1 7/16 Zoll in ihrem Durchmesser und weist eine Dicke von 0,2 Zoll auf, sie be­wirkt eine Verzögerungszeit von 8 Sekunden. Das Verhältnis Verzögerungszeit zu Baugrösse erlaubt den Einsatz derartiger Kapseln lediglich für grosskalibrige Waffen und Systeme. Die Verwendung von glasfaserverstärktem Papier ist aus Sicher­heitsgründen in der Pyrotechnik verpönt (Reibzündung; Beschä­digung). Ebenso besteht die Gefahr, dass die Sicherheit be­ziehungsweise die Reproduzierbarkeit der Verzögerungszeit durch einen diskontinuierlichen Brand zufolge von Wärmestau­ungen im wäremisolierenden Glasfaserpapier und durch die ein­gebauten Schikanen gestört wird.

[0003] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pyro­technisches Verzögerungselement zu schaffen, welches aufgrund seiner Baugrösse auch einen Einsatz in mittelkalibrigen Waf­fen (ab 20 mm Durchmesser) erlaubt, eine hohe Sicherheit auf­weist und, auch in einer Serienfertigung hergestellt, genau reproduzierbare Verzögerungszeiten erzielt. Ausserdem soll die konstruktive Ausbildung derart sein, dass keine teuren und schwierig herzustellenden Schikanen notwendig sind.

[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hülse aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärme- und Chemikalienbe­ständigkeit besteht und dass der Verzögerungszündsatz aus ei­ner Mischung aus einem metallischen Brennstoff, einem halo­genhaltigen, polymerisierten Oxydator und einem Metallocen als Sensibilisator besteht.

[0005] Die erfindungsgemässe Lösung erlaubt die Herstellung von Ver­zögerungselementen in Abmessungen, welche modernen, auf Sil­berazidbasis funktionierenden Zündkapseln entsprechen. Die eigentlichen Hauptladungen bestehen aus Hochleistungsspreng­stoffen bekannter Art, wie Nitro-Penta, Tetryl, Hexogen (RDX), Octogen (HMX), Octastit etc.

[0006] Das in Anspruch 2 beschriebene Verzögerungselement findet hauptsächlich in Waffensystemen Anwendung, bei denen keine elektrische Energie für die Zündvorrichtung vorgesehen ist.

[0007] Das Verzögerungselement ist mit Vorteil mit der Hülse gemäss Anspruch 3 realisiert, da diese neben einer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit auch ein hohes Mass an Chemikalienbestän­digkeit besitzt.

[0008] Besonders bewährt haben sich im Verzögerungszündsatz als Sen­sibilisatoren die im Anspruch 4 aufgeführten Metallocene.

[0009] Als Oxydator haben sich aus einer Reihe halogenhaltiger hoch­molekularer Stoffe die handelsüblichen Polytetrafluoräthylene (Teflon, Hostaflon; Handelsmarken) oder Polymonochlortri­fluoräthylene, gemäss Anspruch 5, als vorteilhaft erwiesen.

[0010] Eine gezielte zusätzliche zeitliche Verzögerung des Abbrands des Verzögerungszündsatzes ist durch die Beimengung inerter Additive, entsprechend Anspruch 6, erreichbar.

[0011] Als sehr günstig hat sich im Verzögerungszündsatz der Sauer­stoffträger Bleichromat, in dem im Anspruch 7 aufgeführten Anteil, erwiesen.

[0012] Die Verwendungen des Erfindungsgegenstands gemäss den Ansprü­chen 8 und 9 sind durch die in den vorherigen Ansprüchen dis­kutierten Vorteile möglich geworden.

[0013] Die Einleitung physikalischer Vorgänge lässt sich in einfa­cher Weise durch ein pyrotechnisches Verzögerungselement re­alisieren, Anspruch 10. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn mechanische und/oder elektronische Verzögerungselemente aufgrund hoher Beschleunigungskräfte oder anderer Störgrössen nicht in Frage kommen oder wenn keine entsprechenden Energien zur Verfügung stehen.

[0014] Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen Ausführungsbei­spiele des Erfindungsgegenstands beschrieben.

[0015] Es zeigen:

Fig. 1 ein pyrotechnisches Verzögerungselement, geeignet in Verbindung mit einer elektrisch initiierten Minia­turzündkapsel und

Fig. 2 ein Verzögerungselement mit einem Anfeuerungszünd­satz zur Initiierung mittels Schlagbolzen.

[0016] Das pyrotechnische Verzögerungselement Fig. 1 besteht aus ei­ner metallischen Hülse 1 aus Leichtmetall, in welche hinter­einander ein Übertragungszündsatz 3, ein Verzögerungszündsatz 4 und ein Zündsatz 5 für eine Hauptladung 6 eingebaut sind. Diese Leichtmetallhülse 1 ist in an sich bekannter Weise aus einem kupferlosen Leichtmetall, (Werkstoff DIN 1′725 Nr. 3.0615) gefertigt und weist eine Länge von 17 mm und einen Durchmesser von 5 mm auf. Die Wandstärke der Hülse 1 beträgt 0,75 mm; sie weist anfeuerungsseitig eine Bohrung 1a auf, in welche eine handelsübliche Zündkapsel ZK eingesetzt wird. Hauptladungsseitig ist über eine Bohrung 1b eine Abdeck­scheibe 7 aus 0,3 mm kupferlosem Aluminium eingelegt, welche nach Ablauf der Verzögerungszeit durch die entstehende Druck­welle durchschlagen wird und die nicht dargestellte Ladung (Sprengstoff bzw. Sprengladung) in bekannter Weise zündet.

[0017] Der Übertragungszündsatz 3 besteht aus einer Mischung aus Si­lizium, Bleichromat, Bleimennige und Nitrocellulose. Das als Brennstoff wirkende Silizium mit einer Korngrösse von 25 um ist mit einem Gewichtsanteil von 30% im Übertragungszündsatz vorhanden. Bleichromat mit 30 Gew.-%, Bleimennige mit 37 Gew.-%; beide übernehmen die Funktion eines Sauerstoffträ­gers. Als Bindemittel mit einem Gew.-Anteil von 3% wirkt Ni­trocellulose.

[0018] Die Herstellung dieses pulverförmigen Zündsatzes erfolgt mit Komponenten handelsüblicher Korngrösse, welche in einer Ace­tonlösung nass vermischt werden. Mittels Ultraschall wird dieses Gemisch homogenisiert und anschliessend luftgetrocknet und in bekannter Weise granuliert. Besonders bewährt hat sich eine Granulatgrösse von 0,5 bis 0,7 mm bei einer anschlies­senden weiteren Trocknung bei 60° C.

[0019] Eingebaut in die Hülse 1 wird der Übertragungszündsatz durch Einfüllen mit anschliessendem Verpressen.

[0020] Dieser Übertragungszündsatz stellt ein sicheres Anzünden des nachfolgenden Verzögerungszündsatzes sicher. Er entwickelt trotz hoher Reaktionstemperatur nur in geringem Masse Gas, was die übrigen Komponenten vor einem vorzeitigen Anzünden bewahrt.

[0021] Ein vorstehend beschriebenes pyrotechnisches Verzögerungsele­ment erzielt reproduzierbare Verzögungerungszeiten von 20 Sec.; die Streuung innerhalb einer Serie von 100 Verzöge­rungselementen beträgt maximal plus/minus 0,9 Sec.

[0022] Die Herstellung des Verzögerungszündsatzes 4 erfolgt in ana­loger Weise wie die nachfolgend beschriebene Herstellung des Anfeuerungszündsatzes 2. Das Resultat ist ein sehr langsam abbrennender Verzögerungszündsatz mit relativ hohen Reak­tionstemperaturen von 350 - 650° C und nur sehr geringer Gasausbeute. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel weist als Brennstoff Wolfram, mit 10 Gew.-%, und Bleichromat, als Sau­erstoffträger, mit 77 Gew.-% auf. Als Bindemittel dient Ni­trocellulose mit einem Anteil von 2 Gew.-%, und im weiteren sind als Sensibilisator Ferrocen mit 1 Gew.-% und Polyte­trafluoräthylen, in seiner Funktion als Oxydator, mit 10 Gew.-% vorhanden.

[0023] Das Verzögerungselement Fig. 2 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie dasjenige in Fig. 1. Hier ist lediglich ein Anfeue­rungszündsatz 2 hinzugefügt, welcher durch eine Abdeckscheibe 8 abgeschlossen ist. Anstelle einer Stichflamme wird hier eine Stechnadel, ein Schlagbolzen oder dergleichen zur Ein­leitung der Zündung in den Anfeuerungssatz 2 hineingeschla­gen. Die Abdeckscheibe 8 ist wiederum aus kupferlosem Alumi­nium gefertigt und weist eine Dicke von 0,1 mm auf.

[0024] Es ist dementsprechend die Aufgabe des Anfeuerungszündsatzes 2, die Fortpflanzung der pyrotechnischen Reaktion in der Zündkette bei geringer, zu deren Einleitung notwendiger Ener­gie sicherzustellen. Als optimal erwiesen hat sich eine Pul­vermischung aus Antimontrisulfid mit einem Anteil von 40 Gew.-% und Bleirhodanid mit 6 Gew.-% Friktionsmittel und Cal­ciumsilizid mit 8 Gew.-%; es dient als Brennstoff. Im weite­ren sind Kaliumchlorat mit einem Anteil von 40 Gew.-%, als Sauerstoffträger, und Tetrazen mit 6 Gew.-%, als Sensibilisa­tor, vorhanden. Das Gemisch dieser pulverförmigen Satzkompo­nenten in ihren handelsüblichen Korngrössen von etwa 10 - 200 um, je nach Komponente, werden in einem an sich bekannten Verfahren, mit taumelnder Mischtrommel (sogenanntes TURBULA-­Verfahren) miteinander vermischt und dann das Gemisch dosiert und in den entsprechenden Abmessungen gepresst. Die Hülse 1′ weist zur Aufnahme des Schlagbolzens bzw. der Stechnadel eine gegenüber der Fig. 1 kleinere stirnseitige Öffnung auf.

[0025] Bewährt haben sich Anfeuerungszündsätze in den folgenden Mi­schungsverhältnissen:
Antimontrisulfid:      30 bis 50 Gew.-%
Bleirhodanid:      5 bis 15 Gew.-%
Calciumsilizid:      5 bis 10 Gew.-%
Kaliumchlorat:      30 bis 50 Gew.-%
Tetrazen:      2 bis 7 Gew.-%

[0026] Bei beiden Verzögerungselementen Fig. 1 und Fig. 2 können Übertragungszündsätze mit folgenden Mischungen zum Einsatz gelangen:
Silizium:      10 bis 40 Gew.-%
Bleichromat:      20 bis 40 Gew.-%
Bleimennige:      20 bis 50 Gew.-%
Nitrocellulose:      1 bis 5 Gew.-%

[0027] Verzögerungszündsätze mit langer Verzögerungsdauer können folgende Mischungsverhältnisse aufweisen:
Wolfram:      5 bis 30 Gew.-%
Bleichromat:      50 bis 80 Gew.-%
Nitrocellulose:      1 bis 4 Gew.-%
Ferrocen:      1 bis 4 Gew.-%
Polytetrafluoräthylen:      5 bis 20 Gew.-%

[0028] Die Abbrandgeschwindigkeit eines Verzögerungszündsatzes kann im weiteren durch inerte Additive wie Glasmehl, Mikroballons (evakuierte oder mit Luft oder einem inerten Gas gefüllte Glaskügelchen), Bariumsulfat, Metallsalicylate wie Kupfersa­licylate und/oder Sandwichmoleküle vorbestimmt werden.

[0029] Beim Abbrand des Verzögerungszündsatzes, ebenso wie im durch einen Schlagbolzen initiierten Anfeuerungszündsatz, kommt dem als Sensibilisator wirkenden Metallocen - trotz seines gerin­gen Mischungsanteils - eine grosse die Funktionssicherheit erhöhende Bedeutung zu. Neben oder anstelle von Ferrocen kön­ nen erfolgreich folgende Metallocene zum Einsatz gelangen: Nickelocen, Kobaltocen und Ruthenocen.

[0030] Experimentell lassen sich Verzögerungszeiten von 1 bis zirka 30 Sekunden reproduzierbar festlegen.

Ansprüche

1. Pyrotechnisches Verzögerungselement wenigstens bestehend aus einem Übertragungszündsatz (3) aus Brennstoff und Sauerstoffträger, einen Verzögerungszündsatz (4) aus Brennstoff, Sauerstoffträger, Bindemittel, Sensibilisator und inertem Additiv sowie einem Zündsatz für die Hauptla­dung (5), wobei die Zündsätze hintereinander in einer Hülse (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) aus einem metallischen Werkstoff hoher Wärme- und Chemikalienbeständigkeit besteht und dass der Verzögerungszündsatz (4) aus einer Mischung aus einem me­tallischen Brennstoff, einem halogenhaltigen, polymeri­sierten Oxydator und einem Metallocen als Sensibilisator besteht. (Fig. 1)

2. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1, mit einem durch einen Schlagbolzen initiierten Anfeuerungs­zündsatz (2), welcher in der metallischen Hülse (1′) an­geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfeue­rungszündsatz (2) aus einer Mischung aus einem Initial­sprengstoff, einem Brennstoff und einem Metallocen als Sensibilisator besteht. (Fig. 2)

3. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Hülse (1, 1′) aus einem kupferlosen Leichtmetall besteht. (Fig. 1; Fig. 2)

4. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensibilisator aus Ferrocen und/oder Nickelocen und/oder Kobaltocen und/oder Ruthenocen besteht.

5. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, dass der Oxydator ein Polyte­trafluoräthylen oder ein Polymonochlortrifluoräthylen ist.

6. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, dass dem Verzögerungszündsatz (4) inerte Additive wie Glasmehl, Glaskugeln oder Bariumsul­fat zugesetzt sind.

7. Pyrotechnisches Verzögerungselement nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, dass dem Verzögerungszündsatz als Sauerstoffträger Bleichromat mit einem Gewichtsanteil von 50 bis 80 % zugesetzt ist.

8. Verwendung eines pyrotechnischen Verzögerungselements zur zeitlichen Steuerung der Selbstzerlegung eines Geschosses und/oder eines Tochtergeschosses.

9. Verwendung eines pyrotechnischen Verzögerungselements zur Einleitung der Zündung einer Sprengladung eines Geschos­ses am Ende dessen Flugzeit und nach dessen Eindringen in ein Ziel.

10. Verwendung eines pyrotechnischen Verzögerungselements zur Einleitung eines physikalischen Vorgangs mit vorbestimm­ter Verzögerungszeit.

Zeichnung