-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage des Abbrandverhaltens eines Treibladungspulverkörner (= TLP-Körner) enthaltenden Treibladungspulvers, wobei die TLP-Körner von Kanälen durchzogen sind, wobei zumindest ein Teil der Öffnungen der Kanäle ganz oder teilweise verschlossen ist.
-
Ein derartiges Treibladungspulver (= TLP) ist aus der
EP 1 241 152 A1 bekannt. Dieses TLP weist ein temperaturunabhängiges Abbrandverhalten und eine hohe ballistische Stabilität auf. Bei dem TLP handelt es sich um ein sogenanntes Mehrlochpulver. Dabei sind die häufig zylinderförmigen Pulverkörner von Kanälen durchzogen, die jeweils von einer Stirnfläche eines Pulverkorns zur gegenüberliegenden Stirnfläche des Pulverkorns reichen und dort jeweils Öffnungen aufweisen. Diese Kanäle vergrößern die innere Oberfläche der Pulverkörner und ermöglichen dadurch einen beschleunigten Abbrand. Bei diesen Mehrlochpulvern steigt mit zunehmender Temperatur die Abbrandgeschwindigkeit. Die Abbrandgeschwindigkeit hängt von der Selbstentzündungstemperatur und der Anfangstemperatur des TLPs ab. Je höher die Anfangstemperatur ist, desto höher ist die Abbrandgeschwindigkeit.
-
Zur Vermeidung der Abhängigkeit der Abbrandgeschwindigkeit und damit bei Rohrwaffengeschossen auch der Mündungsgeschwindigkeit und des maximalen Gasdrucks von der Anfangstemperatur wird gemäß der
EP 1 241 152 A1 ein Treibladungspulver vorgeschlagen, dessen Korn mindestens einen mit einer Öffnung zu einer Außenoberfläche des Korns mündenden Hohlraum hat, wobei die Öffnung mit einem Zapfen verschlossen ist. Der Zapfen weist eine temperaturabhängige Mobilität auf, die derart ist, dass bei niedrigerer Anwendungstemperatur eine höhere Mobilität gegeben ist als bei höherer Anwendungstemperatur. Dadurch lässt der Zapfen bei niedrigerer Anwendungstemperatur einen stärkeren Lochbrand zu als bei höherer Anwendungstemperatur. Die Zapfen können durch eine geeignete Oberflächenbehandlung an perforierten Treibladungskörnern in den Lochkanälen ausgebildet werden. Dadurch brennen die so behandelten Pulverkörner praktisch unabhängig von der Pulvertemperatur ab.
-
Die Mobilität der Zapfen in den Öffnungen ist eine statistische Größe. Nicht jeder Zapfen zeigt das gleiche Verhalten. Dadurch ist es erforderlich, eine Vielzahl von Versuchen durchzuführen, bis bei einer bestimmten Munition die gewünschte Temperaturunabhängigkeit erreicht ist. Die Eigenschaften der so hergestellten TLPs sind nicht exakt reproduzierbar, sondern unterliegen auch bei identisch erscheinenden Herstellungsbedingungen mehr oder weniger großen Schwankungen. Zur innenballistischen Auslegung eines TLPs und zur Einstellung der gewünschten Temperaturunabhängigkeit für eine bestimmte Munition ist daher ein aufwändiges iteratives Vorgehen in mehreren Schleifen aus Herstellung eines TLPs, ballistischer Prüfung und anschließender Bewertung der Temperaturabhängigkeit erforderlich. Dieses Vorgehen ist zeit- und kostenaufwändig.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostengünstiges und schnell durchzuführendes Verfahren anzugeben, mit dem das Abbrandverhalten eines TLPs vorhergesagt werden kann, ohne eine Probe dieses TLPs selbst abzubrennen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10.
-
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Vorhersage des Abbrandverhaltens eines TLP-Körner enthaltenden ersten TLPs vorgesehen. Dabei sind die TLP-Körner von Kanälen durchzogen, wobei zumindest ein Teil der Öffnungen der Kanäle ganz oder teilweise verschlossen ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen einer Mehrzahl weiterer Treibladungspulver (= TLP), die jeweils weitere von weiteren Kanälen durchzogene TLP-Körner enthalten, wobei zumindest ein Teil der Öffnungen der weiteren Kanäle ganz oder teilweise verschlossen ist, wobei sich die weiteren TLP nur im Umfang des Verschlusses der weiteren Kanäle voneinander unterscheiden,
- b) Ermitteln des Werts einer den Umfang des Verschlusses charakterisierenden ersten Größe für eine Vielzahl der weiteren Kanäle für jedes der weiteren TLP,
- c) Ermitteln des Werts mindestens einer einen Abbrand charakterisierenden zweiten Größe für jedes der weiteren TLP,
- d) Ermitteln einer Korrelation, einer Funktion oder eines Verhältnisses zwischen den für jedes der weiteren TLP gemäß Schritt c) ermittelten Werten der zweiten Größe und den gemäß Schritt b) für diese weiteren TLP jeweils ermittelten Werte der ersten Größe,
- e) Ermitteln des Werts der ersten Größe für eine Vielzahl der Kanäle der TLP-Körner des ersten TLPs,
- f) Vorhersagen des Werts der zweiten Größe für das erste TLP durch Anwenden der/des gemäß Schritt d) ermittelten Korrelation, Funktion oder Verhältnisses auf den gemäß Schritt e) ermittelten Wert der ersten Größe.
-
Bei dem Treibladungspulver und dem weiteren Treibladungspulver handelt es sich um sogenannte Mehrlochpulver. Diese können beispielsweise 7, 19 oder 37 Kanäle pro Pulverkorn aufweisen. Die Erfinder des angegebenen Verfahrens haben erkannt, dass eine einfache und zuverlässige Vorhersage des Abbrandverhaltens bzw. des Werts einer den Abbrand charakterisierenden zweiten Größe eines ersten TLPs aufgrund des Werts einer den Umfang des Verschlusses charakterisierenden ersten Größe einer Vielzahl der Kanäle der TLP-Körner des ersten TLPs möglich ist. Das Verfahren erlaubt es, auf der Grundlage eines einmal ermittelten Zusammenhangs zwischen dem Abbrandverhalten weiterer TLP und den Werten einer den Umfang des Verschlusses charakterisierenden ersten Größe einer Vielzahl weiterer Kanäle weiterer TLP-Körner dieser weiteren TLP, das Abbrandverhalten neu hergestellter TLP vorherzusagen. Die Durchführung weiterer Abbrandversuche ist dazu nicht erforderlich. Die Vielzahl ist dabei jeweils so groß, dass sie einen Rückschluss auf die Werte der ersten Größe für die insgesamt vorhandenen Kanäle und weiteren Kanäle zulässt.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Qualität des TLPs und dessen Abbrandverhalten und insbesondere dessen Temperaturverhalten beim Abbrand schnell und kostengünstig ermittelt werden. Wenn das Ermitteln der Werte der mindestens einen einen Abbrand charakterisierenden zweiten Größe für jedes der weiteren TLP durch Verschuss in einer Waffe oder einem Simulator erfolgt, wird eine Vorhersage dieser zweiten Größe neu hergestellter TLPs für diese Waffe oder diesen Simulator ermöglicht. Das Durchführen weiterer Verschüsse in Waffen oder Simulatoren kann dadurch entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis.
-
Bei der den Umfang des Verschlusses charakterisierenden ersten Größe kann es sich um einen durchschnittlichen Umfang des Verschlusses oder einen Mittelwert vorgegebener Verschlussumfangstypen oder ein eine Verteilung der Häufigkeit vorgegebener Verschlussumfangstypen charakterisierenden Wert handeln. Bei den Verschlussumfangstypen kann es sich um Zahlen handeln, welche den Grad des Verschlusses charakterisieren. Beispielsweise können die folgenden Verschlussumfangstypen gebildet werden:
Typ 1: vollständig verschlossen
Typ 2: leichter Ringspalt
Typ 3: einseitig klaffende Öffnung
Typ 4: stark klaffende Öffnung
-
Alternativ können beispielsweise auch die Flächen der Öffnungen in Aufsicht für die Einteilung in vorgegebene Verschlussumfangtypen dienen. Ein eine Verteilung der Häufigkeit vorgegebener Verschlussumfangstypen charakterisierender Wert kann z. B. ein Wert sein, der ein Maß für die Abweichung von einer Normalverteilung (= Gauß-Verteilung) darstellt.
-
Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der Korrelation oder Funktion gemäß Schritt d) durch grafischen Auftrag der Werte der ersten Größe gegen die jeweiligen Werte der zweiten Größe oder durch grafischen Auftrag der Werte der zweiten Größe gegen die jeweiligen Werte der ersten Größe in einem Koordinatensystem und Ermitteln einer Eichkurve oder Eichgeraden, insbesondere in Form einer Interpolierenden. Das Anwenden gemäß Schritt f) kann durch Berechnung mittels des ermittelten Verhältnisses oder der ermittelten Funktion oder Korrelation oder durch Ablesen an der Eichkurve oder Eichgeraden oder durch Extrapolieren erfolgen. Der grafische Auftrag in einem Koordinatensystem und das Ablesen an der Eichkurve oder Eichgeraden ist besonders einfach und ohne großen technischen Aufwand zu bewerkstelligen.
-
Bei der den Abbrand charakterisierenden zweiten Größe kann es sich um die maximale Abbrandtemperatur, die maximale Abbrandgeschwindigkeit, den maximalen Anstieg der Abbrandgeschwindigkeit beim Abbrand, den beim Abbrand in einem vorgegebenen Volumen maximal erzielbaren Druck, die mittlere Lebhaftigkeit in einem vorgegebenen Bereich des Anteils abbrennenden TLPs (z. B. 10 bis 90%) oder die Mündungsgeschwindigkeit eines mittels Abbrand des TLPs verschossenen Projektils aus einer vorgegebenen Waffe oder aus einem vorgegebenen Simulator bei einer vorgegebenen Ausgangstemperatur des TLPs handeln. Unter Lebhaftigkeit bzw. dynamischer Lebhaftigkeit wird die zeitliche Ableitung des Drucks in einem geschlossenen Gefäß während des Abbrands bezogen auf das Produkt des jeweiligen momentanen Drucks und dem Maximaldruck verstanden. Es handelt sich dabei um einen absoluten Wert, der von der jeweiligen Temperatur abhängig ist. Um eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten, wird die Lebhaftigkeit bei einer bestimmten Temperatur jeweils bezogen auf eine Standardtemperatur, beispielsweise –40°C, und dadurch die relative Lebhaftigkeit RL ermittelt. Die Ermittlung der Lebhaftigkeit erfolgt durch Abbrand in einer sogenannten Druckbombe, d. h. einem geschlossenen Behälter mit konstantem Volumen, der eine Druckmessung beim Abbrand erlaubt.
-
Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der Werte der zweiten Größe gemäß Schritt c) durch Messung bei einem Verschuss des jeweiligen weiteren TLPs in einer Waffe oder einem Simulator oder durch Abbrand in einer Druckbombe.
-
Die ganz oder teilweise verschlossenen Öffnungen der Kanäle der TLP-Körner und der weiteren Kanäle der weiteren TLP-Körner sind vorzugsweise durch eine Oberflächenbehandlung der TLP-Körner ganz oder teilweise verschlossen worden.
-
Zum Ermitteln des Werts/der Werte gemäß Schritt b) und/oder e) wird der Umfang des Verschlusses für jeden der weiteren Kanäle und/oder der Kanäle der jeweiligen Vielzahl elektronenmikroskopisch oder mikroskopisch, insbesondere stereomikroskopisch, oder durch Ermitteln der Flüssigkeitsdurchgängigkeit der weiteren Kanäle und/oder der Kanäle ermittelt. Die mikroskopische Ermittlung des Umfangs des Verschlusses kann visuell oder automatisiert erfolgen.
-
Eine einfache Möglichkeit die Flüssigkeitsdurchgängigkeit zu ermitteln, besteht darin, diese mittels Ermittlung der Menge einer in einer vorgegebenen Zeit kapillar durch die Kanäle oder weiteren Kanäle aufgestiegenen Flüssigkeit oder mittels Ermittlung eines Werts einer dieser Menge entsprechenden Größe zu ermitteln. Dazu kann beispielsweise jeweils eine Stirnfläche zylinderförmiger TLP-Körner mit Schlämmkreide getränkt und getrocknet werden. Die jeweils andere Seite dieser TLP-Körner kann dann in eine gefärbte Indikatorflüssigkeit gestellt werden. Durch die Kanäle erfolgt ein kapillarer Aufstieg der Indikatorflüssigkeit, welche dann auf der Schlämmkreide farbige Flecken erzeugt, die umso größer sind, je flüssigkeitsdurchgängiger der jeweilige Kanal ist bzw. je weniger verschlossen die Öffnung des jeweiligen Kanals ist. Die Fläche der Flecken ist beispielsweise eine der Menge der aufgestiegenen Flüssigkeit entsprechende Größe. Das Verhältnis zwischen der nicht von der farbigen Flüssigkeit getränkten Fläche zu der flüssigkeitsgetränkten Fläche (= Fläche der Flecken) dieser Stirnfläche nach der vorgegebenen Zeit ist ein Maß für den durchschnittlichen Verschlussumfang des jeweiligen TLP-Korns. Eine Auswertung elektronenmikroskopischer oder mikroskopischer Bilddaten oder von Bilddaten, die die Menge der in der vorgegebenen Zeit kapillar aufgestiegenen Flüssigkeit wiederspiegeln, erfolgt vorzugsweise automatisiert, beispielsweise mittels einer Bildauswertesoftware.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 zylinderförmige Treibladungspulverkörner,
-
2 elektronenmikroskopische und mikroskopische Aufnahmen verschiedener Typen des Umfangs des Verschlusses von Öffnungen der Kanäle,
-
3 ein Typverteilungsdiagramm am Beispiel von 20 TLP-Körnern,
-
4a–c Häufigkeitsverteilungen verschiedener TLP-Körnertypen,
-
5 ein Diagramm der mittleren relativen Lebhaftigkeit in Abhängigkeit vom TLP-Typ und
-
6 eine mit Schlämmkreide getränkte Stirnfläche eines mit der gegenüberliegenden Stirnfläche in einer Indikatorflüssigkeit stehenden TLP-Korns nach unterschiedlichen Zeiten.
-
Der linke Teil der 1 zeigt eine Vielzahl zylinderförmiger TLP-Körner eines Mehrlochpulvers. Der rechte Teil der 1 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Stirnfläche eines der Pulverkörner. Darin sind deutlich die zum Teil ganz oder teilweise verschlossenen Öffnungen der das Pulverkorn durchziehenden Kanäle zu sehen.
-
Die obere Reihe der Abbildungen der 2 zeigt elektronenmikroskopische Aufnahmen und die untere Reihe mikroskopische Aufnahmen der jeweils willkürlich gewählten Verschlussumfangstypen 1 bis 4 für jeweils eine vollständig verschlossene, eine einen leichten Ringspalt aufweisende, eine einseitig klaffende und eine stark klaffende Öffnung.
-
3 zeigt für jeweils 20 Körner mit jeweils 19 Kanälen die Häufigkeit eines jeden der in 2 dargestellten Verschlussumfangstypen. Daraus kann beispielsweise für jedes TLP-Korn der Mittelwert der Verschlussumfangstypen 1 bis 4 ermittelt werden. Für jedes Korn ergibt sich der Mittelwert als das arithmetische Mittel der für jede Stirnseite ermittelten Verschlussumfangstypen 1 bis 4. Aus beispielsweise 20 Pulverkörnern mit 40 Stirnseiten ergibt sich dann eine Verteilung der Häufigkeit der Körner, welche den einzelnen Verschlussumfangstypen zugeordnet werden können. Derartige Häufigkeitsverteilungen sind in den 4a–c dargestellt. 4a zeigt ein TLP, bei dem die Häufigkeit von Körnern mit größeren Öffnungen überwiegt. Die Häufigkeitsverteilung ist dadurch einseitig nach rechts verschoben. Daraus kann geschlossen werden, dass die Oberflächenbehandlung des Pulvers zu schwach war, weil das Pulver noch überwiegend große Öffnungen aufweist. 4b zeigt dagegen eine nach links verschobene Häufigkeitsverteilung, die für ein zu stark oberflächenbehandeltes TLP ermittelt worden ist. 4c zeigt die Häufigkeitsverteilung eines TLP mit gelungener Oberflächenbehandlung, die näherungsweise eine Gauß-Verteilung aufweist.
-
Die Mittelwerte der Häufigkeit vorgegebener Verschlussumfangstypen über 40 Stirnseiten von 20 Pulverkörnern können mit beim Verschuss des jeweiligen TLPs aus einer vorgegebenen Waffe gemessenen Werten, z. B. den Mündungsgeschwindigkeiten von Projektilen, bei unterschiedlichen TLP-Temperaturen, oder mit durch Abbrand in einer Druckbombe ermittelten Werten, z. B. der mittleren Lebhaftigkeit zwischen 10 bis 90% verbrannten TLPs, korreliert werden. Dadurch ergibt sich ein Zusammenhang der Werte dieser Größen, wie er beispielsweise in 5 dargestellt ist. In 5 zeigen die Geraden die relative Lebhaftigkeit von Pulvern zwischen 10 und 90% verbrannten Pulvers bei 21°C (untere Grade) und 63°C (obere Gerade), jeweils bezogen auf –40°C in Korrelation zu einem jeweils über 40 Stirnseiten arithmetisch gemittelten Verschlussumfangstyp (= mittlerer Typ).
-
Die Geraden können als Eichkurve bzw. Eichgerade dienen. Für jedes TLP kann anhand dieser Eichgerade und eines für dieses TLP ermittelten arithmetisch gemittelten Verschlussumfangstyps vorhergesagt werden, wie dessen Lebhaftigkeit voraussichtlich sein wird. Weiterhin können auf Grund der für einen vorgegebenen Zweck gewünschten Lebhaftigkeit Grenzwerte für den arithmetisch gemittelten Verschlussumfangstyp an der Eichgeraden abgelesen werden. TLPs, für die der arithmetisch gemittelte Verschlussumfangstyp innerhalb dieser Grenzen ermittelt wird, werden voraussichtlich die gewünschte Lebhaftigkeit aufweisen. Andere TLPs können dann verworfen werden. Dadurch kann bei der Produktion der TLPs unmittelbar durch Ermitteln des arithmetischen Mittels des Verschlussumfangstyps festgestellt werden, ob ein TLP voraussichtlich geeignet ist oder nicht. Aufwändige Versuche durch Verschuss können entfallen.
-
Alternativ kann der Umfang des Verschlusses auch durch Ermitteln der Flüssigkeitsdurchgängigkeit der weiteren Kanäle und der Kanäle bestimmt werden. Dazu wird eine Stirnseite der zylinderförmigen TLP-Körner mit Schlämmkreide getränkt und getrocknet und die gegenüberliegende Stirnseite in eine, vorzugsweise farbige, Indikatorflüssigkeit eingebracht. Der kapillare Aufstieg des Indikators durch die Kanäle wird durch eine entsprechende Fleckenbildung auf der getrockneten Schlämmkreide angezeigt. Das Verfahren zeigt den Umfang des Verschlusses der einzelnen Kanäle eines TLP-Korns bzw. der TLP-Körner verschiedener TLP-Chargen an. Durch die Größe der Flecken auf der Schlämmkreide kann die Menge der in einer vorgegebenen Zeit aufgestiegenen Indikatorflüssigkeit bestimmt werden. Weiterhin kann die Zeitdauer bestimmt werden, bis eine bestimmte Menge der Indikatorflüssigkeit die Kanäle bzw. weiteren Kanäle durchdrungen hat. Als auswertbare Größe kann auch das Verhältnis der benetzten Stirnfläche, d. h. der Fläche der Flecken, eines TLP-Korns bezogen auf die gesamte Stirnfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt genutzt werden. Alternativ kann beispielsweise auch die Rate bestimmt werden, mit der die benetzte Fläche mit der Zeit anwächst. Die Rate kann beispielsweise in Form der Steigung einer Kurve ermittelt werden. Die benetzte Fläche kann dabei absolut betrachtet werden oder relativ zur gesamten Stirnfläche, Es ist auch möglich, die benetzte Fläche pro Kanal oder weiteren Kanal zu ermitteln. Auch diese Fläche kann absolut oder relativ zum Verhältnis zur gesamten Stirnfläche ermittelt werden. Durch Messung einer ausreichend großen Zahl von Kanälen und weiteren Kanälen von TLP-Körnern kann ein Umfang des Verschlusses der TLP-Körner eines TLPs statistisch ermittelt werden. Der daraus erhaltene Wert kann mit Messwerten aus dem Verschuss bzw. Abbrand dieser TLPs korreliert werden, um so eine Eichkurve bzw. Eichgerade zu ermitteln. Mit Hilfe dieser Eichkurve oder Eichgeraden kann das Abbrandverhalten eines unbekannten TLPs vorhergesagt werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine große Kosten- und Zeitersparnis bei der Produktion von Treibladungspulvern. Das Verfahren ist als qualitätssichernde Maßnahme in der Fertigung von großer Bedeutung. Auch in der Entwicklung zur Beurteilung neuer TLP-Rezepturen oder für die Anpassung eines TLPs an ein neues Kaliber ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Reduktion des Arbeits-, Personal-, Zeit- und Materialaufwands.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1241152 A1 [0002, 0003]
