DE1571223A1 - Pulver fuer Gewehrgranaten-Patronen - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dlpl.-Inp. Π. Beetz "·
Dipi-ing. L^tnprecht 1571223

München 22. Steinsdortatr. 10

9.6-11.784P 21.9.1966

ETAT PRANCAIS, represents par Ie Ministre des Armees, Delfegation

Ministerielle pour l'Armement (DIRECTION DES POUDRES), Paris

Pulver für ⁿGewehrgranaten^M-Patronen

J¹Ur das Abfeuern von Gewehr gr ana ten werden geschoßfreie Patronen verwendet, die eine Pulver-Treibladung enthalten, die in eine durch auf einen Abdichtungelack gebördelte oder gefältelte Fassung verschlossene Hülse eingeschlossen ist. Der Druck der Verbrennungsgase, der auf den Geschoßboden oder Treibspiegel der Granate ausgeübt wird, deren Muffe oder Führungsstock in das Ende des Laufes eingeschoben ist, wirkt dabei als Kolben. Obgleich also das Prinzip ah sich sehr einfach ist, war es bisher stets sehr schwierig, eine angemessene und reproduzierbare Funktionsweise bei diesem System zu erreichen.

Die Abwesenheit eines in die Patronenhülse eingedrückten Geschosses, das die Expansion der Verbrennungsgase in den Gewehrlauf begrenzt, ist in der Tat Ursache für die Ausbildung eines Druckwellensystems, das für die breite Streuung der Wirkungswerte (insbesondere der Reichweite) und die beträchtliche Höhe der maximalen Drucke verantwortlich ist.

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Experimentelle Messungen haben gezeigt, daß die Welle Zeit .genug hat, zwei- bis dreimal über die Länge des Rohres hin- und herzulaufen, bevor die Granate ausgestoßen wird und ihr nicht mehr als reflektierende Wand dient. Die Amplitude der Welle nimmt rasch mit den Reflexionen ab, aber sie ist während des ersten Durchlaufes so hoch, daß sie (bisweilen) den Bruch des Leitwerks (empennage) der Granate verursachen kann.

Im übrigen wird das Pulver im Innern der eingesetzten Patrone gezündet. Da der Füllkoeffizient (d.h. das Verhältnis von Nutzladung zur Ladung, die das Innenvolumen der Patrone einnimmt), bei allen Kategorien von Gewehrgranaten-Patronen (cartouches lance-grenade), die mit bekannten Pulvern beladen sind, ungenügend ist, findet die Zündung unter schlechten Bedingungen statt, was als Ursache für die bedeutenden Streuungen der Geschwindigkeit und des Druckes anzusehen ist. Darüber hinaus öffnet sich unter dem Druck der bei Verbrennung des Pulvers erzeugten Gase das Vorderende der Patrone und die komprimierten Gase dehnen eich in das Rohr hinein aus; die dadurch bedingte plötzliche Druckentlastung im Innern der Patrone führt zum Verlöschen eines mehr oder minder großen Anteils des Pulvers, wenn dieses ungenügend gezündet oder zu leicht zum Verlöschen zu bringen ist.

Um dem Verlöschen eines bedeutenden Pulveranteils zu begegnen, wurde in der franz.Patentschrift 1 311 647 empfohlen,

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dem Pulver eine stark exotherm reagierende Substanz, wie p-Phenylendiamin, zuzusetzen. Durch diesen Zusatz allein, der zwar die Verbrennung des Pulvers erleichtert, kann jedoch keine genügend regelmäßige und progressive Verbrennung der gesamten Ladung erreicht werden, die dazu ausreichen würde, dem Geschoß einen maximalen Impuls zu erteilen.

Ziel der Erfindung ist daher ein Pulver in Form von Körnern (grains) für Gewehrgranaten-Patronen, das folgende Eigenschaften bzw. Verhaltensweisen zeigt:

- Eine vollkommene Zündung, unabhängig vom Püllkoeffizienten, der Position der Pulrerladung in der Hülse und der Anfangstemperatur;

- eine erhöhte Resistenz gegenüber dem Verlöschen, selbst bei starken Druckentlastungen und geringen Anfangetemperaturen;

- eine bedeutende Progressiv!tat bzw. Ausbreitung in der Weise, daß der größere Teil des Pulvere nach dem Aufgehen der Patrone und der Projektion bzw. dem Auewerfen der Pulverladung in das Rohr abbrennt.

Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemäße Pulver in Körnern zum größeren Teil aus Nitrocellulose oder einem organischen Nitrat oder einer Mischung von Nitrocellulose mit einem organischen Nitrat zusammengesetzt und enthält außerdem

a) einerseits gleichmäßig Über die gesamte Masse verteilt ein feinzerteiltes gutwärmeleitendes Metall oder eine

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solche metallische Verbindung mit hoher Verbrennungsenergie, die sich nur in Gasen einer Temperatur oberhalb eines gewissen Niveaus entzünden, das von der Natur dieser Gase abhängt, wie: Aluminium, Magnesium, Beryllium, lithium, Lithiumhydrid und dergleichen und

b) andererseits in einer Oberflächenschicht zusätzlich zu dem Metall oder der metallischen Verbindung ein Dämpfungsoder Moderatormittel, das durch eine Technik wie Glätten oder Einpolieren (lissage), eingebracht sein kann, wie Centralite (centralites), insbesondere Äthylcentralit, 2,4- und 2,6-Dinitrotoluole, Campher, Diphenylamin, Urethane u.dgl.

Sie Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Metalle ist stets sehr viel höher als diejenige des Pulvers; was die Verbrennungsenergie betrifft, so kann sie durch den Heizwert (Ie potentiel apparent) ' des Metalls gekennzeichnet werden, der höher sein soll als derjenige des Pulvers, d.h. die gewählten Metalle oder metallischen Verbindungen sollen einen Heizwert haben,der höher ist als 2000 cal/g.

Der Anteil des Metalls oder der metallischen Verbindung kann je nach Art dieses Metalls oder der metallischen Verbindung und den Betriebscharakteristiken der Munition zwischen

Als Heizwert des Metalls" wird die Differenz zwischen der auf die Masseneinheit bezogenen bei vollständiger Verbrennung der Mischung Pulver + metallischer Bestandteil (a) und des Pulvers allein (b) (im inerten Milieu) freigesetzten Wärme bezeichnet unter Berücksichtigung des Energieverlmetes im Pulver, der durch die Verwendung des Sauerstoffs dee Pulvers für die Verbrennung des metallischen Bestandteils bedingt ist.

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0,5 und 10$ variieren. Er muß allerdings so hoch sein, daß das Pulver ausreichende Zündungseigenschaften und Löschresistenz aufweist, ohne jedoch bezüglich der hohen erosiven Wirkung der Verbrennungspunkte auf die Waffe infolge einer erhöhten Verbrennungstemperatur und der Anwesenheit von festen Bestandteilen in den Verbrennungsprodukten des Pulvers zu hoch zu sein.

Der Moderatoranteil kann je nach Art dieses Moderators und des in das Pulver eingeführten Metalls bzw. der metallischen Verbindung zwischen 0,5 und 20$ liegen. Er soll jedoch genügend hoch sein, damit die Verbrennungstemperatur der Oberflächenschicht des Pulvers unter dem Schwellwert für die Verbrennung des im Pulver enthaltenen Metalls bzw. der metallischen Verbindung liegt. Außerdem soll er genügend gering sein, damit die Verbrennungstemperatur unter konstantem Volumen der Oberflächenschicht des Pulvers höher als 1800⁰E ist, da die Zündung der Pulver unterhalb dieses Wertes sehr schwierig wird.

Der Einbau von Metallen oder metallischen Verbindungen dieser Art in die Tre\Lbpulver ermöglicht es, diese Pulver in stabiler Weise abbrennen zu lassen unter einem Druck, der geringer ist als bei Triebpulvern, die keine solchen Zusätze aufweisen.

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Sie in feinverteilter Form in die Treibpulver eingebrachten Metalle oder metallischen Verbindungen verbrennen in den Verbrennungsgasen dieser Pulver, wenn deren Temperatur genügend hoch ist (die minimale Grenztemperatur liegt im Falle von Aluminium in der Nähe von 230O⁰K) und sie erhöhen so in bedeutender Weise die vom Pulver freigesetzte Energie.

Im übrigen haben die Moderatoren die Fähigkeit, in einer mehr oder minder dicken äußeren Schicht der Körner bzw. Körper des Pulvers fixiert zu werden, wodurch Zweikomponentenpulver entstehen (oder"Pulver mit Kern"), deren äußere Zusammensetzung eine Verbrennungetemperatur hat, die niedriger ist als diejenige des inneren Kerns.

Folglich kann man durch Einbringen eines Moderators durch einen "Glätten" genannten Vorgang in die äußere Schicht eines Pulverkorns, das ein feinverteiltes gutwärmeleitendes Metall mit hoher Verbrennungsenergie enthält, wenn die Verbrennungstemperatuä des Ausgangspulvers (Metall nicht gerechnet) genügend hoch ist, folgendes erreichen:

- Eine äußere Schicht, die zugleich das zerteilte Metall und den Moderator enthält und deren Verbrennungsgase (wegen der Anwesenheit des Moderators) eine genügend niedrige Temperatur haben, damit das feinverteilte Metall nicht abbrennen kann (dieses Metall widersetzt sich jedoch dem Verlöschen, indem es im

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Pulver heiße Punkte einer Temperatur aufrechterhält, die höher ist als die Selbstzündungstemperatur dee Pulvere); diese (äußere) Schicht hat eine geringe Energie und, da die Verbrennungsgeschwindigkeit sich im großen und ganzen im selben Sinne ändert wie die Energie, eine verminderte Verbrennungsgeschwindigkeit;

- eine innere Schicht, deren Verbrennungegase eine genügend hohe Temperatur haben, so daß das feinverteilte Metall abbrennen kann; diese Schicht hat eine erhöhte Energie und folglich eine hohe Verbrennungsgeschwindigkeit.

Bas resultierende Pulver besitzt also die für Pulver für Gewehrgranaten-Munitionen unerläßliche bedeutende Progressivitat der Energie und der VerbrennungsgeBchwindigkeit. Es zeigt ebenso die weiteren, bereits oben angegebenen erwünschten Eigenschaften, und zwar:

- eine vollständige Zündung unabhängig vom Füllkoeffizienten, der Lage der Pulverladung in der Hülse und der Anfangstemperatur infolge der Anwesenheit feiner, gut wärmeleitender Metallteilchen im Material, die den Aib· tausch von Wärme zwischen den heißen, durch die Zündung erzeugten Grasen und dem wärnezersetzbaren und -entzündbaren Teil des Pulvere erleichtern und erhöhen;

- eine erhöhte Resistenz gegenüber dem Verlöschen infolge der Anwesenheit von Metallteilchen an der Verbrennungsoberfläche des Pulvers, die auf hohe Temperatur gebracht und in der Lage sind, die Rolle von heißen Punkten zu übernehmen, die die Aufrechterhaltung der Verbrennung zum Zeitpunkt der plötzlichen Entleerung der Patrone ermöglichen.

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Es folgt ein zur Erläuterung und nichteinschränkend angegebenes Beispiel für die Durchführung der Erfindung.

Beispiel

Übliche Zusammensetzung für Pulverkörner

Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 13,25ε: 92,5 Gew.#

Aluminiumpulver: 5»0 ^w "

Diphenylamin: 1,5 " "

Kaliumkryolith: 1,0 " "

Das Pulver wird nach bekannten Verfahren "mit Lösungsmittel" unter Verwendung einer Äther-Alkoholmischung hergestellt. Nach dem Vermengen wird das Pulver durch Extrusion in die Form von einzelrohrförmigen Körnern (grains monotubulaires) gebracht und auf die gewünschte Länge geschnitten; es wird dann leicht getrocknet zur Entfernung des ersten Teils der Lösungsmittel und nachfolgend zur Abtrennung des letzten Lösungeaittelteils in heißes Wasser gebracht. Danach läßt man es trocknen. Schließlich wird die mit "Glätten*¹ bezeichnete Operation vorgenommen, die darin besteht, einen Moderator beispielsweise Äthylcentralit, in die äußeren Schichten des Pulverkorns (2 Gew.36 des Pulvers) einzubringen.

Zwei Pulver gemäß der oben angegebenen üblichen Zusammensetzung, die sich allein durch ihre Heftigkeit (vivacite) unterscheiden, ergaben auf den Schießstand unter gleichen

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Bedingungen die folgenden Resultate:

Pulver Nr« 1 - Nutzladung 2,99 g -

Füllkoeffizient 0,91

Schießversuch zur Prüfung der Gleichmäßigkeit;

t(Anfangstemperatur)= + 21⁰C

Geschwindigkeit 3,5 m von der Mündung: 58,9 m/s

!Typische Abweichung der Geschwindigkeiten: 0,2 m/s

Streubereich der Geschwindigkeiten: 0,7 m/s

Zahl der Schüsse: 20

Schießversuch für die Druckuntersuchung:

t(Anfangstemperatur_j= 21⁰C

Maximaler Druck: 501 bar

Typische Druckabweichung: 4-5 bar

Zahl der Schüsse: 10

Schießversuch für die Prüfung der Reichweite;

t(Anfangstemperatur) = -21»5⁰C

Geschwindigkeit 1,5 m von der Mttndung: 64,9 m/s

Typische Abweichung der Geschwindigkeiten: 0,7 m/s

Mittlere Reichweite: 360 m

Streubereich der Reichweiten: 39 m

Zahl der Schüsse: 50

Pulver Nr. 2 - Nutzladung 3,0g-

Püllkoeffizient 0,95

Schießversuch für die Prüfung der Gleichmäßigkeit:

t(Anfangstemperatur) = + 21⁰C

Geschwindigkeit 3,5m von der Mündung: 59,0 m/s

Typische Abweichung der Geschwindigkeiten: 0,3 m/s

Streubereich der Geschwindigkeiten: 1,2 m/s

Zahl der Schüsse: 20

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Schießversuch für die DruckunterBuchung;

t (Anfangstemperatur) = + 21⁰C

Maximaler Druck: 513 bar Typische Abweichung der Drucke: 55 bar Zahl der Schüsse: . 10 Schießversuch für die Untersuchung der Reichveiten:

t(Anfangstemperatür) « - 31,5⁰C

Geschwindigkeit 1,5 m von der Hündung: 65,9 m/s

!Typische Abweichung der Geschwindig- _{1 Q m}*_B

Mittlere Reichweite: 360 m Streubereich der Reichweiten: 34 m

Schußzahl: 50

Man kann also feststellen, daß die erfindungsgemäßen Pulver ausgezeichnete Resultate auf dem Schießstand geben, sowohl hinsichtlich der Regelmäßigkeit der Geschwindigkeiten in der Wärme und in der Kälte wie auch hinsichtlich der maximalen Drucke.

Zum Vergleich wurden unter den gleichen Bedingungen, neben den erfindungsgemäßen Pulvern übliche Pulver für die Ladung von Gewehrgranaten-Patronen verschossen·

Die bekannten kugelförmigen Pulver und Pulver in Form von eingedrückten bsw. zerquetschten Kugeln (spheriques ecrasfees) erweisen sich als den erfindungsgemäßen Pulvern unterlegen, indem sie zahlreiche von der Vorm abweichende

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Schüsse in der Kälte ergeben (anomal geringe Reichweiten oder Herausfallen von Granaten an der Mündung) und große Geschwindigkeit Betreuungen.

Eine gewisse Anzahl von bekannten Pulvern mit einfacher Basis in Schuppen oder Blattform geben entweder übermäßige Drucke oder eine große Ungleichmäßigkeit der Geschwindigkeiten. .

Die bekannten Pulver mit einfacher heptaperforierter Basis sind hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Geschwindigkeiten akzeptabel, aber sie geben weit höhere Drucke als die erfindungsgemäßen Pulver.

Die bekannten Pulver mit doppelter Basis in Schuppen- oder Blattform ("balistites") ergeben entweder su hohe Drucke oder entweder in der Wärme oder in der Kälte große Geschwindigkeitsstreuungen.

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Claims (4)

- 12 -Patentansprüche

1. Pulver der Körner für Gewehrgranaten-Patronen mit vollständiger Zündung, einer erhöhten Resistenz gegenüber dem Verlöschen und einer bedeutenden Progressivität, dadurch gekennzeichnet, daß es zum größeren Teil aus Nitrocellulose und/oder einem organischen Nitrat besteht und außerdem folgende Zusätze enthält:

a) einerseits ein gleichmäßig über die gesamte Hasse verteiltes feinzerteiltes, gut wärmeleitendes Metall oder eine entsprechende metallische Verbindung mit hoher Yerbrennungsenergie, das bzw. die nur in Gasen abbrennt, deren Temperatur eine gewisse Höhe überschreitet, wie insbesondere Aluminium, Magnesium, Beryllium, Lithium, Lithiumhydrid u.dgl. und

b) andererseits in einer Oberflächenschicht zusätzlich zum Metall oder der metallischen Verbindung ein Moderatormittel mit negativem oder schwachpositivem Heizwert, das durch Glätten bzw. Einpolieren eingebracht sein kann, wie Centralite, Dinitrοtoluole, Campher, Diphenylamin, Urethan· u.dgl., in einer Menge, daß die durch die moderatorhaltige Schicht erzeugten Gase eine Temperatur aufweisen, die zwischen der Temperatur, unterhalb der keine stabile Zündung mehr möglich ist (etwa 1800⁰K) und der lemperaturgrense liegt, oberhalb der die Verbrennung des eingebrachten Metalls gezündet würde.

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2. Pulver nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallgehalt bzw. der Gehalt an metallischer Yerbindung zwischen etwa 0,5 und 1<# liegt.

3. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Moderatorgehalt zwischen etwa Q,5 und 20# liegt.

4. Pulver nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende» Zusammensetzung«

Nitrocellulose ( mit 13,2* Stickstoff): 92,5 öew.ji

Aluminium in Pulverform: 5,0 " *

Diphenylamin: 1,5 " *

Kaliurakryolith: 1,0 »"

und einen Moderator, wie Xthvlcentralit, der durch Glätten in die äußere Schicht des Korns in Mengen von 2j» bezogen auf das Gewicht des Pulvers eingebracht ist.

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