DE1050257B

DE1050257B -

Info

Publication number: DE1050257B
Application number: DE1954O0003562
Authority: DE
Priority date: 1953-06-09
Filing date: 1954-04-23
Publication date: 1959-02-05
Also published as: GB757129A; FR1105200A; BE528535A; CH332493A

Description

Die Erfindung betrifft ganz allgemein Explosivstoffe und im besonderen ein Treibmittel.

Sie schlägt eine im wesentlichen aus Treibmittelkörnchen bestehende Treibladung vor, bei der die Schnittflächen der Körnchen räumlich so angeordnet sind, daß die gesamte Oberfläche der Körnchen von I g der Treibladung etwa 75 bis 84 qcm ausmacht, das Netz von etwa 0,375 Ims 0,625 mm beträgt und \vobei die Region des Kornes, die sich von jeder Fläche etwa ein Sechstel des Netzes des Körnchens weit erstreckt, mit einem Abschreckmittel (deterrent) gleichmäßig durchdrungen ist, das eine Explosionswärme von weniger als etwa —200 cal/g hat.

Die Erfindung schlägt ferner ein Verfahren zur Herstellung von Treibmitteln vor, bei der eine Nitrocellulosepulvergrundlage durch eine Auspreßdüse getrieben und diese Pulvergrundlage in Treibmittelkörnchen zerteilt wird, deren gesamte Oberfläche je g etwa 75 bis 84 qcm ausmacht und deren Netz etwa 0,375 bis 0,625 mm beträgt und die dann anschließend nur in der Region des Korns, die sich von der Oberfläche etwa ein Sechstel des Netzes des Korns weit erstreckt, mit einem Abschreckmittel behandelt wird, das eine Explosionswärmekonstante von weniger als — 200 cal/g hat.

Es sind bisher Treibmittelkörnchen verschiedener Gestalt und chemischer Zusammensetzung für das Kaliber 0,762 cm und ähnliche Patronen vorgeschlagen worden, aber keines von ihnen war für die Praxis völlig geeignet. Von diesen verschiedenen Treibmittelarten . haben rohrförmige . Treibmittelkörnchen mit einem Dinitrotoluolüberzug auf dem Korn noch die wenigstens Nachteile aufgewiesen, so daß man Treibmittel dieser Art bisher fast ausschließlich in solchen Patronen benutzt hat. Diese Körnchen eignen sich dazu ausgezeichnet, aber nach einer verhältnismäßig geringen Zahl von Abschüssen aus einem Maschinengewehr oder sonstigen Schnellfeuerwaffen werden Geschoß und Geschoßbahn ungenau. Diese zunehmende Ungenauigkeit kommt dadurch zustande, daß die Innenwand des Rohres, an der das Geschoß liegt, durch die bei der Explosion des Treibstoffs entwickelten Gase erodiert oder in anderer Weise beschädigt wird. Bisher hat man diesen Nachteil nur dadurch beseitigen können, daß man mit dem Feuern aufhörte und das Rohr auswechselte.

Ein Ziel der Erfindung ist eine neue Treibmittelladung für Schnellfeuerwaffen mit verbesserten ballistischen Eigenschaften. Ein weiteres Ziel ist ein Treibmittel für die Kaliber 0,762 cm und ähnliche Patronengrößen, das die Rohrwand nicht in dem bisherigen Maße erodiert. Schließlich ist ein Ziel ein Verfahren zur Herstellung eines durch Pressung erzeugten Treibmittels, das sich für Maschinengewehre Verfahren zur Herstellung

einer mit einem Phlegmatisierungsmittel überzogenen Treibpulverladung

Anmelder:

Olin Mathieson Chemical Corporation,
East Alton, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,

Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Juni 1953

Raymond S. Holmes, Byron C. Baldridge,
John J. O'Neill jun. und Charles Earnest Silk,

East Alton, 111. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

und andere Schnellfeuerwaffen vom Kaliber 0,762 cm eignet.

Erfindungsgemäß wird eine Treibladung benutzt, die im wesentlichen aus Treibmittelkörnchen besteht, die durch Auspressen hergestellt werden und die je g eine Gesamtfläche zwsichen 75 und 84 qcm haben und bei denen unmittelbar an der Oberfläche eines jeden Körnchens nicht weniger als etwa 3% eines Abschreckmittels, bezogen auf das Gewicht des Pulverkörnchens, untergebracht sind, wobei dieses Abschreckmittel eine Explosionswärmekonstante von etwa — 200 cal oder weniger je g aufweist. Gewöhnlich sind nicht mehr als etwa 12% Abschreckmittel erforderlich. Das Netz der Treibmittelkörnchen muß innerhalb des Bereiches von etwa 0,375 bis etwa 0,625 mm liegen, und das Abschreckmittel darf nur in jener Region des Körnchens verteilt sein, die sich von der Oberfläche das Korns niidh't weiter als etwa ein Sechstel des Netzes des Korns tief erstreckt. Erfindungsgemäß wird also eine Nitrocellulosepulvergrundlage nach einem Preßverfahren geformt, die Nitrocellulosegrundlage in der ausgepreßten Form in Treibmittelkörnchen zerlegt, die eine Gesamtoberfläche von etwa 75 bis 84 qcm je g und ein Netz von etwa 0,375 bis 0,625 aufweisen, wonach ein Abschreckmittel mit einer Explosionswärme von weniger als —200 durch jene Region des Korns innig

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verteilt wird, die sich von jeder Oberfläche desselben nach innen hinein nicht weiter als etwa ein Sechstel des Kornnetzes erstreckt. Das Korn wird vorzugsweise durch eine Düse gepreßt,- die bei der Nitrocellulose das gewünschte Netz erzeugt; das Korn kann aber auch nach dem gewöhnlichen Preßverfahren hergestellt werden, wobei der Strang zerschnitten und anschließend bis zu dem erforderlichen Netz gewalzt wird. Am stärksten werden Abschreckmittel mit einer Explosionswärme bevorzugt, die nur —1000 bis — 2500 beträgt; wie bereits gesagt, können aber auch Abschreckmittel mit einer¹ Explosionswärme bis zu etwa —200 angewandt werden, obwohl sie offensichtlich-nicht so wirksam sind.- ■

Das Abschreckmittel darf bei allen Temperaturen, denen die Treibmittel normalerweise ausgesetzt werden, nicht wandern. Es muß praktisch gleichmäßig in der oben angegebenen Region des Kornes verteilt bleiben; von diesem Abschreckmittel darf keine nennenswerte Menge in den Kern des Korns hinein vordringen. Es kann jedes nicht wandernde Abschreckmittel mit einer Explosionswärmekonstante von weniger als —200 cal/g benutzt werden. Beispiele für derartige Mittel sind die Dialkylphthalate, z.B. Dibutyl- und Diallylphthalat, die Diarylphthalate, z. B. Diphenylphthalat, ferner Triphenylphosphat, Butylstearat, Diaryldialkylharnstoffe, z. B. Diäthyldiphenylharnstoff, Methyläthyldiphenylharnstoff, Dimethylharnstoff, schließlich Glycermsebacat, Trikresylphosphat u.dgl. Das von-McBride in der USA.-Patentschrift 1 955 927 beschriebene Verfahren ist besonders geeignet, um das Abschreckmittel in der oben bezeichneten Region des Treibmittelkörnchens richtig zu lokalisieren.

Die »Explosionswärmee^Konstante der Pulverkörnchenbestandteile ist ein in der Industrie bekannter Begriff. Er wird aus der Verbrennungswärme der betreffenden Stoffe bestimmt, wobei man die von dePauw in der »Zeitschrift für das gesamte Schieß- und Sprengstoffwesen«, Bd. 32, S. 11, 36 und 60 (1937), gebrachten Formelrf zur Berechnung benutzt. Der als Explosionswärme von Abschreckmitteln bezeichnete Wert ist eine Konstante, die die Wirkung des Stoffes auf die beim Abfeuern der explosiven Bestandteile des Korns ausgestrahlte Hitze wiedergibt.

Diese Konstante kann auch experimentell bestimmt werden. Dazu wird eine trockene Probe eines Treibmittelpulvers ohne Abschreckmittel in der Zusammensetzung in einer adiabatischen Kalorimeterbombe mit Stickstoff atmosphäre verbrannt und die Verbrennungswärme nach einem der bekannten Verfahren gemessen. Dann wird eine trockene Probe des gleichen Treibmittelpulvers mit einer, bekannten Menge Abschreckmittel im Korn in der Bombe verbrannt und wiederum die Verbrennungswärme gemessen. Wenn man dann die Differenz zwischen der Verbrennungswärme des unbehandelten Treibmittels und der des behandelten Treibmittels durch das Gewicht des Abschreckmittels dividiert, erhält man die Explosionswärme des betreffenden Abschreckmittels. Die Explosionswärmekonstante eines Abschreckmittels ist damit also ein Maß für die Wirkung des Abschreckmittels auf die Explosionstemperatur eines Treibmittelgrundstoffes. Um z. B. die Explosionswärme von Dibutylphthalat zu bestimmen, wurde eine trockene Probe eines im wesentlichen aus etwa 90% ■Nitrocellulose und etwa 10% Nitroglycerin bestehenden Treibmittels in einer Kalorimeterbombe unter Stickstoff verbrannt. Darauf wurde eine andere trockene Probe des gleichen Treibmittels, das gemäß dieser Erfindung etwa 7% Dibutylphthalat enthielt, unter gleichen Bedingungen verbrannt. Dabei ergab sich die Explosionswärme des Treibmittels ohne Abschreckmittel zu etwa 1070 cal/g verbrannten Treibmittels, während die Explosionswärme des Treibmittels, das das Abschreckmittel enthielt, zu etwa 840 cal/g gefunden wurde. Da 93"Vo des Korns Nitrocellulose und Nitroglycerin waren, müßte die Explosionswärme auf Grund der Verbrennung dieses

ίο explosiven Teils der ein Abschreckmittel aufweisenden Treibladung (93 X 1070 oder) 994 cal betragen. Wenn man die in dem A^ersuch tatsächlich erhaltenen 840 cal von den berechneten 994 cal abzieht,

—bleiben 154 cal Differenz je Gramm zwischen den Explosionswärmen beider Proben. Diese Verringerung ist dem Abschreckmittel zuzuschreiben, da es die einzige Veränderliche darstellt. Da nur 0,07 g Dibutylphthalat je Gramm Treibmittel vorhanden waren, muß 154 durch 0,07 dividiert werden, um die Wirkung des Abschreckmittels auf die Treibmittel in Gramm Abschreckmittel zu bestimmen. Oder, mit anderen Worten: Jedes Gramm Dibutylphthalat verringert die Explosionswärme eines Treibmittels um etwa 2200 cal. Um anzuzeigen, daß es die Explosionswärme des Treibmittels verringert, wird die Zahl mit dem negativen Vorzeichen angegeben. Die Explosionswärme von Dibutylphthalat beträgt also -2200 cal/g.
Die Treibmittelkörnchen erhalten durch Auspressen einer teilweise oder vollständig gelatinierten Nitrocellulose durch eine Düse die Form von Röhren oder Stäben; sie werden nach dem Auspressen in Körnchen geeigneter Länge zerschnitten. Diese Körnchen können gegebenenfalls eine oder mehrere Durchbohrangen haben; Voraussetzung ist aber, daß die spezifische Oberfläche der 1 g ausmachenden Treibmittelkörnchen im Bereich zwischen etwa 75 und 84 qcm liegt. Wenn das Korn durchbohrt ist, müssen die Wände der Durchbohrung zusammen mit den anderen Flächen des Korns mit dem Abschreckmittel behandelt werden; aus diesem Grunde werden kompakte oder perforierte Körnchen, in denen die Abmessungen . der Durchbohrung derartige sind, daß sie ein Überziehen der Wände erleichtern, bevorzugt. Man erhält die besten Ergebnisse, wenn die Länge des Korns praktisch gleich seiner Dicke ist.

Gemäß den bekannten Verfahren zur Verwendung von Abschreckmitteln und Energiemitteln oder energetischen Modifizierungsmitteln zwecks Erzielung der gewünschten ballistischen Effekte mit Nitrocellulosetreibmitteln wird das Abschreckmittel in einer Menge angewandt, die, wie bereits gesagt, zwischen 3 und 12% liegt, um die ballistischen Eigenarten des besonderen Kalibers 0,762 cm zu erhalten, wobei, wenn erforderlich oder gewünscht, bei der Hervorbringung besonderer ballistischer Effekte ein energetisches Modifizierungsmittel, z. B. ein mehrwertiger Alkohol, wie Nitroglycerin, dem Treibmittelkörnchen einverleibt werden kann. Gewöhnlich werden Pulverkörnchen verwendet, deren spezifisches Gewicht etwa 1,5 beträgt. Die Pulverkörnchen dieser Erfindung, die ein niedrigeres spezifisches Gewicht aufweisen, erodieren aber das Rohr der Waffe ebensowenig. Die Menge an energetischen Modifizierungsmitteln, die man für ein Treibmittel mit zweifacher Grundlage benötigt, liegt gewöhnlich zwischen etwa 10 und 20 Gewichtsprozent des Treibmittelkorns.

Unter dem hier benutzen Ausdruck »Netz« wird die kleinste Dicke zwischen zwei Oberflächen der festen oder durchbohrten Körnchen verstanden. Das

Netz eines rohrförmigen Körnchens kann die Mindestentfernung zwischen der die Durchbohrung abgrenzenden Wand und einer anderen Fläche des Körnchens oder die Entfernung zwischen zwei Außenflächen des Körnchens sein, je nachdem welche Entfernung die kleinere ist. Das Wort »Netz« wird hier im üblichen Sinne der Schieß- und Sprengstofftechnik angewandt.

Bisher ist noch keine Erklärung darüber abgegeben worden, warum das Treibmittel dieser Erfindung auf das Gewehrrohr weniger erodierend wirkt als die bisher üblichen Treibmittel mit einer Explosionswärme über — 200 cal/g und mit einer Oberfläche, die nur die Hälfte oder noch weniger von der des erfindungsgemäßen Treibmittels beträgt. Es ist jedoch festgestellt worden, daß mit dem in dieser Erfindung beschriebenen: Treibmittel gefüllte Patronen eine außergewöhnliche Verbesserung gegenüber Patronen zeigen, die mit einer aus durchbohrten Körnchen bestehenden Treibladung gefüllt sind, die nach dem in den Technical Manual No. 9-2900 »Military Explosives« vom 29. August 1940 des War Department of United States Government« beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind. In diesem Versuch wird das Rohr als nicht länger brauchbar erachtet, wenn die Geschoßbahn eine Abweichung von wenigstens 10° aufweist und wenn die Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses um mehr als 60 m je Sekunde abgenommen hat.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsform in allen Einzelheiten beschrieben.

Man erhält eine Pulvergrundlage mit einem mittleren Stickstoffgehalt von etwa 13,2^fl/o, indem man etwa 3 Gewichtsteile Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von etwa 13,4% mit etwa 1 Teil Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von etwa 12,6% mischt. Etwa 100 Gewichtsteile der so entstandenen Nitrocellulose werden mit etwa 125 Teilen Äthylalkohol in einer der. üblichen Entwässerungspressen entwässert. Der dadurch entstehende Block aus etwa 100 Teilen Nitrocellulose und etwa 33 Teilen Alkohol wird zerkleinert und mit etwa 66 Teilen Diäthyläther versetzt, um die Masse teilweise in den kolloiden Zustand überzuführen. Während des Umrührens, das erfolgt, um das Lösungsmittel vollständig mit der Nitrocellulose zu vermischen, wird etwa 1 Teil Diphenylamin zugegeben. Die kolloide Masse wird dann zu einem Block verpreßt, durch eine Düse gepreßt und wiederum in einer geeigneten Vorrichtung zu einem Block verpreßt und schließlich durch eine Düse gepreßt, durch die ein fester Stab erzeugt wird, wobei die Düse einen Innendurchmesser von etwa 1 mm hat. Dieser feste Stab wird möglichst gleichmäßig zu Treibmittelkörnchen zerschnitten. Der Ätheralkohol und die anderen flüchtigen Stoffe werden dann durch Trocknen an der Luft entfernt, indem man die Körnchen in einem Raum lagert, dessen Durchschnittstemperatur in den ersten 24 Stunden etwa 30° C, in den nächsten 24 Stunden etwa 40° C und in der folgenden Woche etwa 45 C beträgt.

Dann werden etwa 100 Teile der erhaltenen Treibmittelkörnchen in etwa 330 Teilen Wasser suspendiert. Zu dieser Suspension werden. etwa 22 Teile einer Emulsion gegeben, die aus etwa 11 Teilen Nitroglycerin, etwa 4 Teilen Äthylacetat und etwa 7 Teilen Toluol und etwa 0,1 Teil Gummiarabikum in etwa 75 Teilen Wasser besteht, wobei die Temperatur der Aufschlämmung auf etwa 65° C gesteigert und dann in einem Zeitraum von etwa 4 Stunden auf etwa 70° C weiter erhöht wird. Man leitet dann unter, beständigem Rühren Luft durch die Aufschlämmung, um das Äthylacetat und das Toluol abzutreiben. Es sind etwa 13 Stunden erforderlich, um das Lösungsmittel völlig zu entfernen. Danach wird die Temperatur auf etwa 72° C erhöht, worauf I¹A'Teile Gummiarabikum zugesetzt werden.

Es wird dann eine Emulsion aus etwa 72 Teilen Dibutylphthalat und etwa 0,05 Teilen eines Emulgiermittels, z. B. Gummiarabikum in etwa 20 Teilen Wasser, zugesetzt und die erhaltene Aufschlämmung etwa 5 Stunden gerührt, wobei die Treibmittelkörnchen aus der Lösung abgetrennt werden. Etwa 1000 Teile der erhaltenen Körnchen werden mit etwa 5,0 Teilen Kaliumnitrat, etwa 2,5 Teilen Diphenylphthalat und etwa V2 Teil Dinitrotoluol überzogen, indem man die Körnchen mit der beschriebenen Masse in einem Rohr etwa 30 Minuten bei 55° C umwälzt und danach etwa 0,4 Teile Graphit zusetzt und anschließend weitere 30 Minuten umsetzt. Die entstehenden Körnchen haben eine Oberfläche von etwa 77 qcm je g Treibmittel, ein Netz von etwa 0,38 mm und enthalten etwa 6,5 Gewichtsprozent Dibutylphthalat, das in jener Region des Körnchens gleichmäßig verteilt ist, die von jeder Oberfläche aus etwa 0,075 mm weit in das Korn hineinreicht.

Diese Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf Treibmittel für das Kaliber 0,762 cm. Es können aber nach der vorliegenden Erfindung auch Treibladungen für andere Maschinengewehre in anderen Kaliberbereichen, z. B. Kaliber 7,92, 7 mm u. dgl., hergestellt werden.

Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung kann vom Fachmann in vieler Beziehung abgeändert werden, ohne daß der Erfindungsbereich verlassen wird. So kann man z. B. andere geeignete Verfahren anwenden, um die Treibmittelkörnchen mit dem Abschreckmittel zu behandeln. Ebenso kann eine doppelte Grundlage für das Treibmittel oder aber ein anderes geeignetes Verfahren zur Einbringung des Energiemittels in das Korn angewandt werden. Aus Nitrocellulose bestehende Einzelgrundlagen für Treibmittel eignen sich für den vorliegenden Zweck aber besonders gut. Schließlich können gegebenenfalls auch noch ballistische Modifizierungsmittel, z. B. Ruß od. dgl., zugegeben werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer mit einem Phlegmatisierungsmittel überzogenen Treibpulverladung auf Nitrocellulosebasis zur Verwendung für ein Kaliber bis zu etwa 0,762 cm, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundtreibmittel derart zerkleinert wird, daß die spezifische Oberfläche 75 bis 84 cm² je g und die kleinste Dicke zwischen gegenüberliegenden Oberflächen 0,375 bis 0,625 mm beträgt, und daß diese Körnchen mit einem Phlegmatisierungsmittel mit einer negativen Explosionswärme von mehr als 200 cal je g bis zu einer Tiefe von etwa einem Sechstel der kleinsten Dicke der Körnchen oberflächlich behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß so viel Phlegmatisierungsmittel angewandt wird, daß die Explosionswärme der Ladung nicht mehr als 900 cal/g beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnchen eine Gesamtoberfläche von 77 cm² je g haben und die kleinste Dicke der Körnchen 0,38 mm beträgt.

vorhergehenden

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Phlegmatisierungsmittel eine negative Explosionswärme von weniger als 1000 cal/g aufweist.

5. Verfahren nach einem der

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung 3 bis 15% Phlegmatisierungsmittel enthält.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnchen mit einem Energiemittel imprägniert und anschließend mit dem nicht wandernden Phlegmatisierungsmittel behandelt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 701493; schweizerische Patentschrift Nr. 150 312; britische Patentschriften Nr. 427 331, 595 855; USA.-Patentschriften Nr. 1 955 927, 2 320 243.

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