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(11) | EP 0 718 591 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Anzündsystem für Treibladungen und Verfahren zur Herstellung derartiger Anzündsysteme |
| (57) Die Erfindung betrifft ein Anzündsystem für Treibladungen mit einem gelochten Stützrohr
(5) aus einem verbrennbaren Material, welches einen freien Anzündkanal (4) koaxial
umhüllt, wobei an dem Stützrohr (5) auf der dem Treibladungspulver (3) zugewandten
Seite eine Anzündübertragungsladung (7) angeordnet ist. Um ein Anzündsystem zu schaffen, welches zur Anzündung mehrteiliger Ladungsaufbauten geeignet ist, eine kurze Umsetzungszeit zur Zündung der Treibladung aufweist und einfach und kostengünstig herstellbar ist, schlägt die Erfindung vor, als Anzündübertragungsladung (7) eine 1 bis 3 mm dicke pyrotechnische Hartschaumschicht zu verwenden. Diese Hartschaumschicht (7) weist eine aus mehreren Teilschichten (8-10) zusammengesetzte Struktur (Composite-Hartschaum) auf, wobei die innere Teilschicht (10) eine grobporige Struktur (Schwammstruktur) und die an die innere Schacht (10) angrenzenden Oberflächenschichten (8,9) jeweils eine dichtgeschlossene Struktur besitzen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Anzündsysteme. |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Anzündsystem für Treibladungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Anzündsysteme.
[0002] Aus der DE 42 23 735 A1 ist ein Niederdruckanzündsystem insbesondere für modular aufgebaute Treibladungen großkalibriger Munition bekannt, bei dem zur Erreichung kurzer Anzündzeiten die einzelnen Treibladungsmodule jeweils ein gelochtes Stützrohr aus einem verbrennbaren Material aufweisen, welches einen axialen Anzündkanal umschließt. Auf der dem Treibladungspulver zugewandten Seite ist dabei eine Anzündübertragungsladung vorgesehen. Diese besteht im wesentlichen aus Treibladungs-Pellets, die jeweils mit einer sehr dünnen Anzündmischung von etwa 1/10 mm aus in Nitrozellulose gebundenem Schwarzpulver beschichtet sind. Vorzugsweise werden die mit der Anzündmischung beschichteten Pellets in einem verbrennbaren Niederdruckrohr, z.B. einem Schrumpfschlauch, angeordnet.
[0003] Wie der vorstehend erwähnten Schrift ferner zu entnehmen ist, kann das Stützrohr zusätzlich zu der eigentlichen Anzündübertragungsladung an seinen Innen- als auch Außenseiten mit einer dünnen Schicht der vorstehend erwähnten Anzündmischung beschichtet sein.
[0004] Nachteilig ist bei diesem Anzündsystem vor allem die relativ aufwendige Herstellung der mit der Anzündmischung beschichteten Pellets sowie die zeitaufwendige gleichmäßige Anordnung der beschichteten Pellets um das Stützrohr herum, die regelmäßig zusätzliche Arbeitsgänge erforderlich machen.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anzündsystem zu schaffen, welches zur Anzündung mehrteiliger Ladungsaufbauten geeignet ist, eine kurze Umsetzungszeit zur Anzündung der Treibladung aufweist und einfach und kostengünstig herstellbar ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Anzündsystems offenbart werden.
[0006] Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Anzündsystems durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zu seiner Herstellung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
[0007] Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, als Anzündübertragungsladung nicht mit einer Anzündmischung beschichtete Pellets zu verwenden, sondern eine 1,0 bis 3 mm dicke pyrotechnische Composite-Hartschaumschicht zu benutzen, die in ihrem Inneren eine weitgehend grobporige Struktur (Schwammstruktur) aufweist. Die relativ dünnen dem Treibladungspulver und dem Stützrohr zugewandten Oberflächenschichten sollen hingegen vorzugsweise als Integralschicht dichtgeschlossen sein, um den geforderten Schutz der Hartschaumschicht gegen Feuchtigkeit und Wasser zu gewährleisten.
[0008] Eine derartige erfindungsgemäße Hartschaumschicht gewährleistet auch bei tiefen Temperaturen noch eine sichere, schnelle und reproduzierbare Anzündung des Treibladungspulvers. Außerdem ist die Anzündübertragung des Hartschaumes überraschenderweise relativ unabhängig von seinem Strukturaufbau (z.B. dem Grad der Porosität, der Außenhautcharakteristik, der lokale Dichteschwankungen etc.). Dieses bedeutet, daß an die Parameter zur Herstellung des Hartschaumes und seiner Struktur hinsichtlich Temperatur, Druck und Trocknungszeit etc. keine hochpräzisen Forderungen gestellt werden müssen.
[0009] Als besonders vorteilhaft hat sich das erfindungsgemäße Anzündsystem erwiesen, wenn der pyrotechnische Hartschaum einen Zusatz von Cellulose- und/oder Kunststoffasern enthält. Einerseits wird durch diesen Zusatz die Festigkeit und damit die mechanische Stabilität des Hartschaumes wesentlich gesteigert. Andererseits ermöglicht die Verwendung derartiger Fasern die Verarbeitung auch grobkörniger Schwarzpulver. Während beispielsweise bei Verwendung der in der DE 42 23 735 A1 beschriebenen Anzündmischung zur Auftragung eines gleichmäßigen Filmes auf dem Stützrohr bzw. auf den Treibladungs-Pellets das Schwarzpulver lediglich Korngrößen von maximal 0,1 mm aufweisen darf, können bei der erfindungsgemäßen Schicht die Korngrößen des Schwarzpulvers bis 1,5 mm betragen. Trotzdem ergibt sich durch die Verwendung körniger Schwarzpulver eine Hartschaumschicht, die eine hohe innere Verfestigung des Schwarzpulvers aufweist und fest an dem jeweiligen Stützrohr haftet.
[0010] Der große Vorteil der Verwendung eines grobkörnigen Schwarzpulvers besteht darin, daß die lockere Verteilung der relativ großen Schwarzpulverkörner in der Schaumstruktur mit ihrer großen Kornoberfläche im Anzündmoment und im Moment der Flammenübertragung auf das Treibladungspulver bei kaum erhöhten Umgebungsdrücken für größte Lebhaftigkeitswerte sorgen.
[0011] Experimentell hat sich ergeben, daß der Cellulose- oder Kunststoffaseranteil des Schaumes etwa zwischen 0,2 und 5 Gew% liegen sollte. Vorzugsweise sollte der Faseranteil etwa 1-3 Gew% betragen.
[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß zunächst Nitrocellulose (NC) in einem NC-Lösemittel gelöst wird. Anschließend wird das in dem NC-Lösemittel unlösliche Cellulose-und/oder Kunststoff-Fasergemisch in die Lösung eingebracht und in dieser homogen verteilt. Nachdem dann das Schwarzpulver und gegebenenfalls weitere Zusätze, beispielsweise ein Weichmacher, zugemischt und in der Lösung homogen verteilt werden, kann die derart zusammengesetzte Anzündmasse entweder direkt auf das Stützrohr oder auf einen separaten Formkörper aufgetragen und vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 30 bis 60 °C und einem leichten Unterdruck getrocknet werden, so daß das Lösemittel verdampft und dadurch im Inneren die gewünschte grobporige und poröse Struktur sowie an den Oberflächen einen zusammenhängenden Oberflächenfilm erzeugt.
[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren hat u.a. den Vorteil, daß zur Herstellung des Hartschaumes kein separates Treibmittel verwendet werden muß, weil das Lösungsmittel diese Rolle mit übernimmt.
[0014] Als Nitrocellulose hat sich vor allem Lackwolle mit einem Stickstoffgehalt von 11,5 bis 12,5% Stickstoff bewährt. Bei Anpassung der Lösemittelwahl an das Lösevermögen von hochnitrierten Nitocellulosen kann auch Schießbaumwolle (Stickstoffgehalt > 13%) zur Anwendung kommen. Als NC-Lösemittel, welches auch die Rolle des Treibmittels übernehmen soll, haben sich unter anderem Aceton, Acetonitril und verschiedene Ester oder Ketone und geeignete Abmischungen als geeignet erwiesen. Als Cellulose-Fasergemisch kann mit gutem Erfolg Baumwollinters oder Kraftzellstoff verwendet werden.
[0015] Bei der Verwendung des Schwarzpulvers sind bevorzugt Weichkorntypen verwendbar, und zwar auch solche, die unterschiedliche Zusammensetzungen der Grundform aufweisen, also nicht nur 75%, sondern auch 77% oder 80% Kaliumnitrat enthalten.
[0016] Eine Beschleunigung der Anzündreaktion und eine Erhöhung der Flammentemperatur wird erreicht, wenn der Anzündmasse zusätzlich 2 - 12 Gew%, vorzugsweise 3 - 5 Gew%, Magnesium- oder Aluminiumpulver zugemischt wird.
[0017] Als Weichmacher haben sich Dibutylphthalat und andere Phthalate sowie Centralit bewährt, die die ansonsten relativ harte Struktur des Schaumes elastischer und biegsamer gestalten.
[0018] Die Verarbeitung von grobkörnigem Schwarzpulver unter Zusatz von dem Cellulosefasergemisch bereitet im dünnflüssigen Zustand, beispielsweise im Spritzprozeß, Probleme, weil die groben Körner sich rasch absetzen, die Spritzdüse verstopfen und zu inhomogenen Verteilungen auf dem Mittenrohr führen können. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, die Verarbeitung auf eine hochviskose Anzündmasse abzustimmen. Eine derartige Masse kann dann beispielsweise mittels eines Walzenauftragsverfahrens auf den Stützkörper aufgetragen werden.
[0019] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
- Fig.1
- einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Treibladungsmodules und
- Fig.2
- einen Teilquerschnitt durch das in Fig.1 dargestellte Modul entlang der dort mit II-II bezeichneten Schnittlinie in vergrößerter, nicht maßstabsgerechter Darstellung.
[0020] In Fig.1 ist mit 1 ein in großkalibrigen Geschützen einsetzbares Treibladungsmodul bezeichnet (vgl. z.B. auch die EP 0 306 616 B1), welches im wesentlichen aus einem Behälter 2 zur Aufnahme von an sich bekanntem Treibladungspulver 3 besteht. Für eine zentrale Anzündung ist ein freier Anzündkanal 4 vorgesehen, der seitlich von einem Stützrohr 5 aus einem verbrennbaren Material begrenzt wird. In dem Stützrohr 5 befinden sich eine Vielzahl von Öffnungen 6.
[0021] Erfindungsgemäß ist auf der dem Treibladungspulver 3 zugewandten Seite des Stützrohres 5 als Anzündübertragungsladung eine pyrotechnische Composite-Hartschaumschicht 7 mit einem im wesentlichen dreischichtigen Aufbau (Fig.2) angeordnet. Die dem Treibladungspulver zugewandte Oberflächenschicht 8 und die dem Stützrohr 5 zugewandte Oberflächenschicht 9 sind jeweils dichtgeschlossen (d.h. die Dichte sollte > 1 g/cm³ betragen) und bieten Schutz gegen in den Hartschaum möglicherweise eindringende Feuchtigkeit. Die zwischen den Oberflächenschichten 8 und 9 liegende innere Schicht 10 weist eine relativ poröse und grobporige Schaumstruktur auf (d.h. die Schaumdichte sollte zwischen 0,4 und 0,9 g/cm³ liegen).
[0022] Die dem Anzündkanal 4 zugewandte Oberfläche des Stützrohres 5 überzieht eine dünne pyrotechnische Lackschicht (Anzündschicht) 11.
[0024] Nach Anzündung eines nicht dargestellten Anzünders gelangen die heißen Anzündgase in den Anzündkanal 4, entzünden dort sowohl die pyrotechnische Lackschicht 11 als auch über die Öffnungen 6 die Oberflächenschicht 8 und dann die grobporige Innenschicht 10 mit seinen anzündwilligen Schwarzpulverkörnern. Die lockere Verteilung dieser Körner in der Schaumstruktur mit ihrer großen Kornoberfläche sorgen im Moment der Flammenübertragung auf das Treibladungspulver bei kaum erhöhten Umgebungsdrücken für größte Lebhaftigkeitswerte der Flammenausbreitung. Dadurch kommt es zu einer schlagartigen Anzündung des Treibladungspulvers in breiter Front, weil die brennenden Hartschaumteile allseits brennend in das Treibladungspulver geschleudert werden.
[0025] Zur Herstellung des pyrotechnischen Hartschaumes wird Nitrocellulose (NC) (z.B. Lackwolle mit einem Stickstoffgehalt zwischen 11,5% und 12,5% oder Schießbaumwolle mit einem Stickstoffgehalt über 13%) in einem Lösemittel (z.B. Acetonitril) gelöst. Dann wird ein Kraftzellstoff-Fasergemisch in die Lösung eingebracht und homogen verteilt. Anschließend wird das Schwarzpulver bevorzugt im Korngrößenbereich zwischen 0,2 und 1,5 mm sowie gegebenenfalls ein Weichmacheranteil zugesetzt. Ferner können zur Erhöhung der Flammentemperatur und zur Beschleunigung der Anzündreaktion 2 bis 12% (bevorzugt 3 bis 5%) Magnesium- und/oder Aluminiumpulver der Lösung zugemischt und verteilt werden. Die Viskosität einer derartigen Mischung weist relativ hohe Werte auf (≧ 5000 Pa*s), so daß eine teigige Anzündmasse vorliegt.
[0026] Bevor diese Anzündmasse auf das Stützrohr 5 aufgetragen wird, wird zunächst die pyrotechnische Lackschicht 11 beispielsweise im Spritzverfahren aufgebracht und dann getrocknet. Anschließend wird eine etwa 1 bis 3 mm dicke Schicht der Anzündmasse, z.B. durch eine Breitschlitzdüse, auf die Außenoberfläche des Stützrohres 5 mit Hilfe einer Dosierkolbenpumpe gedrückt. Durch ihre thixotrope Einstellung, bedingt durch die Zumischung des Cellulosefasergemisches, bleibt die Anzündmasse auf dem Stützrohr stehen und haften. Das Stützrohr wird in einen Trockenkanal gebracht, in dem eine Temperatur von 30 - 60 °C und ein Unterdruck von ca. 700 mbar vorliegt. Dadurch entweicht das Lösemittel an der Oberfläche durch Verdunsten. Die Anzündmasse verarmt an Lösemittel und es bildet sich ein zusammenhängender Oberflächenfilm, der der in Fig.2 mit 9 bezeichneten Oberflächenschicht entspricht. Im Inneren unter der sich bildenden Oberflächenschicht 9 schäumt die Anzündmasse durch Verdampfen des Lösemittels auf und bildet eine sich erhärtende Schaumstruktur von einer Dicke, die -je nach gewählter Schichtdicke der Anzündmasse- zwischen 0,5 und 2 mm betragen soll. Die Dämpfe entweichen durch Poren in der Außenhaut. Sie werden in einer Kühlfalle niedergeschlagen und das Lösemittel zurückgewonnen.
[0027] Auch auf der dem Stützrohr 5 zugewandten Seite bildet sich ein geschlossener Film der Anzündmasse, der an dem Stützrohr haften bleibt und der der in Fig.2 mit 8 bezeichneten Oberflächenschicht entspricht. Durch die Kapillarwirkung wird hier das Lösungsmittel in das poröse Stützrohr gezogen.
[0028] Anstatt die Hartschaumschicht direkt auf dem Stützrohr 5 aufzubringen, kann auch mit Hilfe eines Metall- oder Kunststoffträgers, welcher die Außenabmessungen des Stützrohres besitzt, ein entsprechender Formling hergestellt werden. Hierzu weist der Träger eine Oberfläche mit Sieblöchern auf und ist innen hohl. In das Innere des Trägers können dann die Dämpfe abgesaugt werden, wenn ein leichtes Vakuum angelegt wird. Über die Temperatur und das vorgelegte Vakuum kann die Dicke der Hartschaumschicht und dessen Porosität gesteuert werden. Nach dem Trockenprozeß kann mittels leichtem Überdruck die Hartschaumschicht, die die Abmessungen und die Kontur des Stützrohres angenommen hat, vom Träger abgezogen und auf das vorbereitete Stützrohr geschoben werden.
[0029] Die Vorbereitung des Stützrohres erfolgt in diesem Fall dadurch, daß es beidseitig beispielsweise in einem Spritzvorgang lackiert wird. Dieser Lack liefert dann einerseits die Innenbeschichtung des gelochten Stützrohres 5. Andererseits bildet die Außenbeschichtung des Stützrohres mit dem Lack eine Klebeverbindung zwischen Stützrohr und dem übergeschobenen Hartschaumschicht-Formling.
Bezugszeichenliste
1. Anzündsystem für Treibladungen mit einem gelochten Stützrohr (5) aus einem verbrennbaren
Material, welches einen freien Anzündkanal (4) koaxial umhüllt, wobei an dem Stützrohr
(5) auf der dem Treibladungspulver (3) zugewandten Seite eine Anzündübertragungsladung
(7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzündübertragungsladung (7) aus einer 1 bis 3 mm dicken pyrotechnischen
Hartschaumschicht (Composite-Hartschaum) besteht, und daß die Hartschaumschicht (7)
eine aus mehreren Teilschichten (8-10) zusammengesetzte Struktur aufweist, wobei die
innere Teilschicht (10) eine grobporige Struktur (Schwammstruktur) und die an die
innere Schicht (10) angrenzenden Oberflächenschichten (8,9) jeweils eine dichtgeschlossene
Struktur besitzen.
2. Anzündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der pyrotechnischen Hartschaumschicht (7) um eine Mischung aus Nitrocellulose
(NC) und Schwarzpulver handelt, in der ein Cellulose- und/oder Kunststoff-Fasergemisch
enthalten ist.
3. Anzündsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Cellulose- und/oder Kunststoffasern in der Hartschaumschicht
(7) 0,5 bis 5 Gew%, vorzugsweise 3 Gew%, beträgt.
4. Anzündsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwarzpulver eine Korngröße aufweist, die im Mittel zwischen 0,2 und 1,5
mm liegt.
5. Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Hartschaumschicht (7) 2 - 12 Gew %, vorzugsweise 3 - 5 Gew
%, Magnesium oder Aluminiumpulver mit einer Korngröße < 0,1 mm enthält.
6. Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gelochte Stützrohr (5) auf seiner dem freien Anzündkanal (4) zugewandten
Seite mit einem pyrotechnischen Lack (11) beschichtet ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Anzündsystems für Treibladungen mit einem gelochten
Stützrohr (5) aus einem verbrennbaren Material und mindestens einem freien Anzündkanal
(4), wobei an dem Stützrohr (5) auf der dem Treibladungspulver (3) zugewandten Seite
eine Nitrocellulose (NC) und Schwarzpulver enthaltende Anzündübertragungsladung (7)
angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Nitrocellulose (NC) in einem NC-Lösemittel gelöst wird, daß anschließend
in diese Lösung ein in dem NC-Lösemittel unlösliches Cellulose-und/oder Kunststoff-Fasergemisch
eingebracht und homogen verteilt wird, daß dann das Schwarzpulver und gegebenenfalls
ein Weichmacher zugemischt und verteilt wird/werden, und daß diese Anzündmasse anschließend
entweder direkt auf das Stützrohr (5) oder auf einen separaten Formkörper aufgetragen
und bei einer vorgebbaren Temperatur und einem vorgebbaren Unterdruck getrocknet wird,
so daß das Lösemittel verdampft und dadurch im Inneren der Anzündmasse die gewünschte
grobporige und poröse (Schaum-) Struktur sowie an den Oberflächen entsprechende zusammenhängende
Oberflächenschichten (8,9) erzeugt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösemittel Aceton, Acetonitril, Ester oder Ketone oder Abmischungen derselben
miteinander verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Nitrocellulose Lackwolle und/oder Schießbaumwolle mit einem Stickstoffgehalt
≧ 11,5 % verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Cellulose Kraftzellstoff oder Baumwollinters verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Schwarzpulver mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 1,5 mm verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem normalen Schwarzpulver mit einem Gehalt von 75% KNO₃ auch
Schwarzpulver mit einem Gehalt von 77% oder 80% KNO₃ verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzündmasse 2-12%, vorzugsweise 3-5%, zusätzlich Magnesium- oder Aluminiumpulver
mit einer Korngröße unter 0,1 mm zugemischt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzündmasse 1 bis 6%, vorzugsweise 1 bis 3%, eines Weichmachers zugemischt
werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher Centralit, Dibutylphthalat oder andere Phtalate verwendet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzündmasse thixotrop eingestellt ist und eine Viskosität ≧ 5000 Pa*s aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzündmasse mittels eines Walzenauftragsverfahrens oder mittels einer Breitschlitzdüse
auf dem Stützrohr (5) oder dem separaten Formkörper aufgebracht wird.