DE102012007203B4

DE102012007203B4 - Verfahren und Einrichtung zur Erhöhung der Leistung einer Hohlladung mit kunststoffgebundenem Sprengstoff bei tiefen Temperaturen

Info

Publication number: DE102012007203B4
Application number: DE201210007203
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Math. Freko Alois; Christian Euba
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: DE102012007203A1

Abstract

Mittels Applikation einer Beschichtung auf der der Sprengladung zugewandten Oberfläche des Liners einer Hohlladung und der anschließenden Beaufschlagung der Hohlladung mit einem Temperaturzyklus kann die bei Raumtemperatur erzielbare Leistung über einen erheblich größeren Temperaturbereich erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtung zur Erhöhung der Leistung einer Hohlladung mit kunststoffgebundenem Sprengstoff bei tiefen Temperaturen.
Der Aufbau von Hohlladungen bestehend aus einem Mantel, einem Liner, der aus einem fließfähigem Material wie beispielsweise Kupfer besteht, einem Deckel, der beispielsweise die Zündeinrichtung enthält, und wenigstens einem Sprengstoff, der dem Hohlraum zwischen dem Liner, dem Mantel und dem Deckel ausfüllt, ist hinreichend bekannt.
Infolge der Forderung nach einer Leistungssteigerung dieser bekannten Hohlladung ist bei Tests festgestellt worden, dass die abgegebene Leistung der Hohlladung bei Temperaturen unter –30°C erheblich niedriger ausfällt als bei normalen Temperaturen. Dabei wurde festgestellt, dass es aufgrund der sehr unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten des verwendeten kunststoffgebundenen Sprengstoffes und dem aus Kupfer bestehenden Liner zu thermischen Spannungen und damit zu Ablösungen des Sprengstoffes vom Liner bei Temperaturen im Bereich von –45°C kommt. Die Folge ist ein Leistungsverlust von bis zu 40% weil die rotationssymmetrische Einwirkung des Sprengstoffes auf den Liner lokal unterschiedlich stark gestört wird und damit die Stachelbildung hinsichtlich der Rotationssymmetrie erheblich gestört wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzufinden, mit deren Hilfe die Ablösung des kunststoffgebundenen Sprengstoffes zumindest im geforderten Temperaturbereich vermieden werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einfacher Weise mit Hilfe eines Verfahrens gelöst, das durch folgende nacheinander ablaufende Schritte gekennzeichnet ist, nach denen zuerst die dem Sprengstoff zugewandte Seite des Liners der Hohlladung wird vor der Befüllung der Hohlladung mit einer wenigstens aus einer Schicht bestehenden Beschichtung versehen wird und anschließend nach der Befüllung die vorher gepresste Sprengladung zusammen mit dem Liner einer Temperaturbehandlung unterworfen wird, die aus mehreren Zyklen der Abkühlung auf eine tiefe Temperatur, einer Ruhephase bei der tiefen Temperatur, einer anschließenden Erwärmung auf eine hohe Temperatur, einer Ruhephase bei der hohen Temperatur besteht.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bei tiefen Temperaturen, wie beispielsweise –46°C, die Stachelbildung nahezu gleichartig wie bei +20°C abläuft und somit die erzielbare Tiefenleistung aufgrund der ungestörten Stachelausbildung im gleichen Bereich wie bei Raumtemperatur liegt.
Idealerweise läuft der Temperaturzyklus so ab, dass die tiefe Temperatur im Bereich von –45°C +/– 10°C und die hohe Temperatur im Bereich von +70°C +/– 10°C liegt. Unterstützend ist die Grenzschicht zwischen dem Sprengstoff und der Beschichtung beim Temperaturwechsel unterschiedlichem Druck ausgesetzt.
Durch Anwendung des Verfahrens wird die der Sprengladung zugewandte Oberfläche der Beschichtung mit dem Sprengstoff verschmolzen.
Die Beschichtung des Liners läuft in vorteilhafter Weise so ab, dass auf die dem Sprengstoff zugewandte Oberfläche des Liners zunächst eine Grundierung und dann auf die Grundierung eine Lackschicht aufgetragen wird. Hierbei weist die Grundierung eine Schichtdicke von 50–150 μm und die Lackschicht eine Schichtdicke von 50–120 μm auf. Ideal ist eine Gesamtschichtdicke von 200 +/– 40 μm.
Optimiert wird das Verfahren dadurch, dass als Grundierung ein aus zwei Komponenten gemischtes Epoxydharzsystem verwendet wird, und dass als Lackschicht ein aus zwei Komponenten bestehendes Polyurethansystem verwendet wird.
In den Ansprüchen 9 bis 12 wird eine Einrichtung zur Erhöhung der Leistung einer Hohlladung mit kunststoff-gebundenem Sprengstoff bei tiefen Temperaturen beschrieben, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der der Sprengladung zugewandten Seite des Liners der Hohlladung flächig eine aus wenigstens einer Schicht bestehende Beschichtung aus einem flexiblen, mechanisch hoch belastbaren und abriebfesten Material angeordnet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben ohne dass die Erfindung ausschließlich auf diese Ausführungsform eingeschränkt wäre. Es zeigen:
1: einen Längsschnitt durch eine Hohlladung,
2: einen auf die Hohlladung angewandten Temperaturzyklus.
In der 1 ist der Schnitt durch eine Hohlladung H dargestellt. Die Hohlladung H besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen oder kegelabschnittförmigen Mantel M, der auf einer Seite mit einem kegelförmigen Liner L verschlossen ist. Die dem Liner L gegenüber liegende Seite ist mit einem Deckel D verschlossen, der zumindest einen Teil der Zündeinrichtung Z aufnimmt. Im Fall der Zündung läuft die Detonation von der Zündeinrichtung Z über eine Sprengstoffplatte SP um den Detonationswellenlenker DWL herum. Nach der Ablenkung am Mantel M laufen die Detonationswellen von außen auf Oberfläche des Liners L zu und die Stachelbildung beginnt mit dem Auftreffen der Detonationsfront auf den Liner L.
Der zwischen Mantel M, Liner L und Deckel D liegende Hohlraum ist, mit Ausnahme des Volumens eines Detonationswellenlenkers DWL vollständig mit der Sprengladung S gefüllt, die aus einem kunststoffgebundenen Sprengstoff besteht.
Wird eine solche Hohlladung bei Temperaturen unter –30°C gezündet zeigen sich erhebliche Leistungsstreuungen. Gefordert ist jedoch auch im Bereich tiefer Temperaturen eine Leistungsabgabe in der gleichen Größe wie bei positiven Temperaturen wie beispielsweise 20°C.
Aufgrund der sehr unterschiedlichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten vom kunststoffgebundenen Sprengstoff und dem in der Regel aus Kupfer bestehenden Liner L kommt es zu thermischen Spannungen. Infolge dessen löst sich bei sehr tiefen Temperaturen im Bereich von –30°C bis –50°C der Sprengstoff vom Liner und bildet eine nicht mehr konsistente Schicht aus.
Aus diesem Grund wird dann die Ausbildung des Stachels gestört und damit die Leistung der Hohlladung in Schussrichtung erheblich gemindert. Die vorliegende Erfindung verhindert dieses Problem.
Gemäß der Erfindung wird im Rahmen des ersten Verfahrensschrittes auf derjenigen Oberfläche des Liners L, die später der Sprengladung S zugewandt ist, eine Beschichtung aufgetragen. Diese Beschichtung besteht aus einer Grundierung mit einer Schichtdicke von 50–150 μm. Darauf wird eine Lackschicht mit einer Schichtdicke von 50–120 μm aufgebracht. Die gesamte Schichtdicke liegt in idealer Weise bei 200 +/– 40 μm.
Für die Grundierung hat sich ein aus zwei Komponenten bestehendes Epoxydharzsystem bewährt. Für die Lackschicht empfiehlt sich die Verwendung eines auf die Grundierung abgestimmten, ebenfalls aus zwei Komponenten bestehenden Polyurethansystems.
Nach der Aushärtung der Beschichtung wird die Sprengladung S in bekannter Weise in den von Mantel M und Liner L begrenzten Hohlraum eingefüllt. Anschließend werden weitere Komponenten wie der Detonationswellenlenker DWL und das Zündsystem Z zusammen mit dem Deckel D aufgesetzt, wobei die Sprengladung verdichtet werden kann.
Danach erfolgt als zweiter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die Temperaturbehandlung. Der hierbei angewandte Temperaturzyklus ist vereinfacht in der 2 dargestellt. Die Temperaturbehandlung besteht aus mehreren Zyklen der Erwärmung und der anschließenden Abkühlung.
Ein einzelner Zyklus läuft wie folgt ab. Ausgehend von einer Raumtemperatur von etwa 20°C wird die Hohlladung H kontinuierlich auf eine Temperatur von 71°C erwärmt, die dann über etwa fünf Stunden gehalten wird. Anschließend wird die Hohlladung H kontinuierlich auf eine Temperatur von –46°C abgekühlt, die wiederum über etwa fünf Stunden gehalten wird. Daran schließt sich wieder eine Erwärmung der Hohlladung H an bis zumindest wieder die Raumtemperatur von 20°C erreicht ist.
In der Regel werden vier derartige Zyklen durchgeführt. Vor Beginn des ersten Zyklus und nach Beendigung des letzten Zyklus befindet sich die Hohlladung H auf Raumtemperatur 20°C. Nach Abschluss dieser Temperaturbehandlung ist ein Zustand erreicht, bei dem die Sprengladung eine homogene Anbindung an den beschichteten Liner L eingeht.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren wurde erfolgreich mittels Zug- und Scherversuchen an Materialproben getestet. Bei Testsprengungen bei einer Temperatur von –46°C wurden Leistungen gemessen, die im Bereich der durchschnittlichen Leistung bei +20°C erzielt werden.

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Leistung einer Hohlladung mit kunststoffgebundenem Sprengstoff bei tiefen Temperaturen, gekennzeichnet durch folgende nacheinander ablaufende Schritte, – die der Sprengladung (S) zugewandte Seite des Liners (L) der Hohlladung (H) wird vor der Befüllung der Hohlladung (H) mit einer wenigstens aus einer Schicht bestehenden Beschichtung (B) versehen, wobei bei der Beschichtung (B) zunächst eine Grundierung und dann auf die Grundierung eine Lackschicht aufgetragen wird, – nach der Befüllung wird die vorher gepresste Sprengladung (S) zusammen mit dem Liner einer Temperaturbehandlung unterworfen, die aus mehreren Zyklen der Abkühlung auf eine tiefe Temperatur im Bereich von –45°C +/– 10°C, einer Ruhephase bei der tiefen Temperatur, einer anschließenden Erwärmung auf eine hohe Temperatur im Bereich von +70°C +/– 10°C, und einer Ruhephase bei der hohen Temperatur besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschicht zwischen der Sprengladung (S) und der Beschichtung (B) beim Temperaturwechsel unterschiedlichem Druck ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Sprengladung (S) zugewandte Oberfläche der Beschichtung (B) mit der Sprengladung verschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundierung in einer Schichtdicke von 50–150 μm und die Lackschicht in einer Schichtdicke von 50–120 μm aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundierung ein aus zwei Komponenten gemischtes Epoxydharzsystem verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lackschicht ein aus zwei Komponenten bestehendes Polyurethansystem verwendet wird.
Einrichtung zur Erhöhung der Leistung einer Hohlladung mit kunststoffgebundenem Sprengstoff bei tiefen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Sprengladung (S) zugewandten Seite des Liners (L) der Hohlladung (H) flächig eine aus wenigstens einer Schicht bestehende Beschichtung (B) aus einem flexiblen, mechanisch hoch belastbaren und abriebfesten Material angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B) aus einer Grundierung mit einer Schichtdicke von 50–150 μm und einer Lackschicht in einer Schichtdicke von 50–120 μm besteht.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundierung aus einem aus zwei Komponenten gemischten Epoxydharzsystem besteht.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht aus einem aus zwei Komponenten bestehenden Polyurethansystem besteht.