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Die Erfindung bezieht sich auf einen Leuchtsatz für den sichtbaren
und infraroten Spektralbereich, der aus einem als Stirnbrenner ausgebildeten pyrotechnischen
Brennsatz besteht, der mit einem mit Kunstharz imprägnierten Gewebe isoliert und
mechanisch abgestütz ist, sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Derartige, insbesondere in Verbindung mit Flugkörpern verwendete pyrotechnische
Strahler bestehen in aller Regel jeweils aus einem als Stirnbrenner ausgebildeten
pyrotechnischen Brennsatz, der zu einem stangenförmigen Körper geformt oder gepreßt
und mit einem sogenannten Inhibitor überzogen ist. Dieser aus Kunststoff bestehende
überzug gewährleistet, daß ein gleichmäßiger Abbrand des Brennsatzes von seiner
Stirnseite her erfolgt. Der pyrotechnische Brennsatz mit seinem Inhibitorüberzug
ist in einem Metallgehäuse untergebracht, das dem Brennsatz die nötige mechanische
Festigkeit verleiht.
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Derartige Metallgehäuse sind bisher sowohl aus Stahl als auch aus
Aluminium gefertigt worden. Leuchtsätze im Stahlgehäuse haben sich beim Einsatz
in Verbindung mit Flugkörpern aus verschiedenen Gründen als nachteilig erwiesen.
Zwar können sie den hohen Temperaturen beim Abbrand des Brennsatzes standhalten
und die Struktur des Flugkörpers vor Verbrennungen schützen. Sie haben jedoch ein
relativ hohes Gewicht und beeinflussen in ungünstiger Weise die wirksame Leuchtfläche,
da zusätzliche Maßnahmen zur Isolierung des Stahlgehäuses gegenüber dem Flugkörper
notwendig sind.
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Es werden daher derartige Metallgehäuse vorzugsweise aus Aluminium
gefertigt. Da Aluminium jedoch einen relativ niedrigen Schmelzpunkt aufweist, läuft
beim Abbrand des Leuchtsatzes die Schmelzzone des Aluminiums mit der Brennzone des
Brennsatzes konform. Um Beschädigungen des Flugkörpers zu vermeiden, sind bei derartigen
Ausführungsformen in dem Inhibitor besondere Zusätze vorgesehen, die die Schmelzzone
des Aluminiumgehäuses gegenüber der jeweiligen Brennfläche des Brennsatzes örtlich
etwas verschieben.
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Besonders schwierig ist die Lösung dann, wenn Leuchtsätze hoher Strahlungsleistung
benötigt werden, die einen möglichst hohen Anteil an infraroter Strahlung abgeben
sollen, und zwar in Abhängigkeit von der Brennzeit mit steigender Strahlleistung.
Soll nämlich ein mit einem derartigen Leuchtsatz versehener Flugkörper beispielsweise
mit Hilfe eines IR-Ortungsgerätes selbsttätig geortet werden, so muß trotz zunehmender
Entfernung dem IR-Ortungsgerät eine möglichst gleichbleibende Strahlleistung zur
Auswertung zur Verfügung stehen.
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Schließlich ist eine weitere Erschwernis in den immer größer werdenden
Beschleunigungen der mit solchen Leuchtsätzen ausgerüsteten Flugkörper zu sehen.
Die Brennsätze und ihre Gehäuse samt Halterung müssen eine solche Festigkeit aufweisen,
daß sie allen bei der Beschleunigung eines Flugkörpers auftretenden Kräften ohne
Beschädigung oder gar Zerstörung standhalten können. Ein Herausschleudern von Teilen
des Brennsatzes darf unter keinen Umständen auftreten.
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Es sind auch bereits Feststofftreibsätze für Rückstoßmotoren bekannt,
die mit einem aus einem organischen Stoff bestehenden Gewebe ummantelt sind, welches
mittels besonderer organischer Substanzen ausgehärtet wird. Die aus dem ausgehärteten
Gewebe bestehende Mantelfläche wirkt bei diesem bekannten Feststofftreibsatz sowohl
als Inhibitor als auch als dem Feststofftreibsatz eine gewisse mechanische Festigkeit
gebende Stütze.
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Mit Leuchtsätzen sind derartige Feststofftreibsätze jedoch nicht vergleichbar,
da sie andere Aufgaben haben und in Brennkammern oder mit diesen verbundenen Behältern
montiert werden, so daß keine Abbrandrückstände oder sich beim Abbrand lösende und
noch brennende bzw. glühende Teile herausgeschleudert werden und den Flugkörper
gefährden können.
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Es sind schließlich auch druckgaserzeugende Ladungen bekannt, deren
Inhibitorschicht aus zwei aufeinanderliegenden Schichten aus einer gehärteten Mischung
eines Epoxids und eines Polyamids besteht, wobei in die innere Schicht ein poröses
Gewebe aus Polyamid oder Kunstseide eingebettet ist, während in die zweite Schicht
ein Füllstoff mit geringerer Wärmeleitfähigkeit, z. B. Asbestfasern, eingelagert
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen als Stirnbrenner ausgebildeten,
aus einem pyrotechnischen Brennsatz bestehenden Leuchtsatz zu schaffen, der bei
hoher Strahlungsleistung und möglichst geringem Gewicht ausreichende Festigkeit
aufweist und der mit Hilfe eines möglichst einfachen Verfahrens so herstellbar ist,
daß alle zusätzlich benötigten Teile, wie z. B. Zünder und Zündleitung, leicht montierbar
sind.
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Ausgehend von einem Leuchtsatz der eingangs genannten Art, ist diese
Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Brennsatz über eine vorzugsweise
aus Aluminium bestehende Metallfolie mit einem durch Phenylharz ausgehärteten, an
sich bekannten Asbestgewebe, das als alleiniges Gehäuse dient, ummantel ist.
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Dieser so ausgebildete Leuchtsatz besitzt infolge des durch Phenolharz
ausgehärteten Asbestgewebes bei geringem Gewicht eine ausgezeichnete mechanische
Festigkeit, so daß er allen bei seiner Verwendung in Verbindung mit einem fernlenkbaren
Flugkörper auftretenden mechanischen Belastungen gewachsen ist. Die vorzugsweise
aus Aluminium bestehende Metallfolie schützt die pyrotechnische Masse des Brennsatzes
vor Feuchtigkeit und erlaubt eine einfache Herstellung des Leuchtsatzes, da sie
diesen bei der Ummantelung mit dem Asbestgewebe gegen physische und chemische Einflüsse
schützt.
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Der Leuchtsatz gemäß der Erfindung läßt sich unter Verwendung eines
Preßwerkzeuges durch ein einfaches Verfahren herstellen, das gemäß der Erfindung
aus folgenden Verfahrensschritten besteht: Das in Längsrichtung mit einem rippenförmigen
Vorsprung versehene Preßwerkzeug wird flächenhaft mit einem Gleitmittel ausgekleidet;
in das Preßwerkzeug wird eine Schicht von Anfeuerungsmasse eingefüllt; das Preßwerkzeug
wird mit mindestens einer bestimmte Brenneigenschaften aufweisenden pyrotechnischen
Substanz aufgefüllt; die gesamte im Preßwerkzeug befindliche Substanz wird in einem
einzigen Preßvorgang zu einem stangenförmigen, eine Längsnut aufweisenden Körper
gepreßt; nach Entnahme des Körpers aus dem Preßwerkzeug wird eine mit einem Trennmittel
beschichtete Einlage in die Längsnut des Körpers eingelegt; der Körper wird mit
einer Metallfolie ummantelt,
die an den Stirnseiten nach mehrmaligem
Einschneiden umgebogen wird; der mit der Metallfolie ummantelte Körper wird mit
mindestens einer Lage eines mit einem aushärtbaren Phenolharz versehenen Asbestgewebes
ummantelt, wobei die die Anfeuerungsmasse nicht aufweisende Stirnseite ebenfalls
mit dem Asbestgewebe völlig bedeckt wird; die unbedeckte Stirnseite des Körpers
wird mit einer mit einem Trennmittel beschichteten Metallscheibe bedeckt; der so
umhüllte Körper wird in ein zweites Preßwerkzeug eingelegt und bei erhöhter Temperatur
ausgehärtet; aus dem ausgehärteten Körper werden die in die Längsnut eingelegte
Einlage und die die eine Stirnseite abdeckende Metallscheibe entfernt; in die Längsnut
wird ein mit elektrischen Zuleitungen versehener Zünder so eingesetzt, daß an der
die Anfeuerungsmasse enthaltenden Stirnseite der Zünder leicht übersteht und an
der gegenüberliegenden Stirnseite die elektrischen Zuleitungen austreten; der Körper
wird an der die Anfeuerungsmasse enthaltenden Stirnseite mit loser Anfeuerungsmasse
so weit aufgefüllt, bis der Zünder bedeckt ist, und der Körper wird an der zuletzt
genannten Stirnseite mit einem Deckel verschlossen und einer Dichtmasse abgedichtet.
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Bei diesem Herstellungsverfahren werden durch Pressen der pyrotechnischen
Substanz zu dem den Brennsatz bildenden Körper in einem einzigen Preßvorgang die
bisher bei der Herstellung derartiger Brennsätze notwendigen weiteren Preßvorgänge
eingespart. Durch den Fortfall eines Metallgehäuses für den fertigen Brennsatz fallen
bei dem Verfahren gemäß der Erfindung sämtliche zur Bearbeitung und Weiterbehandlung
eines solchen Metallgehäuses notwendigen Verfahrensschritte, wie Einbringen des
Brennsatzes in das Metallgehäuse, Grundieren und Lackieren, fort.
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Da das dem Brennsatz die notwendige Stabilität verleihende Gehäuse
durch nachträgliche Ummantelung des gepreßten Körpers gebildet wird, ist die äußere
Formgebung sowohl des Körpers als auch des Gehäuses freizügig wählbar. Da das bisher
notwendige Einpressen des fertigen Körpers in ein fertiges Gehäuse fortfällt, braucht
der Körper keine bisher aus Festigkeitsgründen notwendige Homogenität mehr aufzuweisen,
so daß in einem Körper verschiedene pyrotechnische Substanzen verwendet werden können.
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Durch Verwendung des mit einem aushärtbaren Phenolharz versehenen
Asbestgewebes als Ummantelung wird dem Brennsatz eine derartige Festigkeit verliehen,
daß es ohne weitere als Stützgerüst wirkende Hilfsmittel frei an einem Flugkörper
montiert werden kann. Derartige Festigkeiten waren mit den bisher bei der Herstellung
von Feststofftreibsätzen bekannten organischen Gewebesubstanzen nicht erzielbar.
Der Vorteil, daß ein solches den Brennsatz umhüllendes Gewebe gleichzeitig die Eigenschaften
eines Ehibitors aufweist, ist dabei erhalten geblieben.
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Nach einer Abwandlung des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung
kann die im Brennsatzkörper erforderliche Längsnut zur Aufnahme des Zünders und
seiner Zuleitungen auch nach dem Pressen des Körpers durch spanabhebende Verformungen
hergestellt werden.
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Nach einer weiteren Abwandlung des Herstellungsverfahrens gemäß der
Erfindung kann der mit dem Asbestgewebe ummantelte Körper in einem strumpfartigen
Behälter durch allseitige auf den Körper wirkende Druckluft verfestigt und ausgehärtet
werden.
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Alles Nähere der Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert. Im einzelnen zeigt F i g. 1 einen fertigen Leuchtsatz
gemäß der Erfindung, und F i g. 2 bis 5 zeigenden Leuchtsatz als Zwischenprodukt
nach Beendigung einzelner Verfahrensschritte.
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Der in F i g. 1 dargestellte und gemäß der Erfindung ausgebildete
Leuchtsatz 1 besteht aus einem aus dem ausgehärteten Asbestgewebe gebildeten Gehäuse
2, einem mit einer Aluminiumfolie 3 ummantelten Körper 4, der aus einer geeigneten
pyrotechnischen Substanz 5 a und der an einer Stirnseite angeordneten Anfeuerungsmasse
5 b gepreßt ist. An der die Anfeuerungsmasse 5 b enthaltenden Stirnseite des Körpers
4 ist zusätzlich eine Schicht loser Anfeuerungsmasse 6 in das Gehäuse 2 eingefüllt.
Die offene Stirnseite des Gehäuses 2 ist schließlich mit einem Deckel ? verschlossen.
In einer während des Preßvorganges des Körpers 4 ausgesparten Nut 12 (vgl. F i g.
2) ist ein Zünder 8 mit elektrischen Zuleitungen 9 eingesteckt, so daß der Zünder
8 völlig von Anfeuerungsmasse 5 b und 6 umgeben ist. Die elektrischen Zuleitungen
9 treten an der entgegengesetzten Stirnseite des Leuchtsatzes in einer während des
Herstellungsverfahrens berücksichtigten Öffnung 19 aus. Diese Austrittsöffnung 19
und auch die zwischen dem Deckel ? und dem offenen Ende des Gehäuses 2 verbleibenden
Öffnungen sind mit einer Dichtmasse 10 verschlossen. Außen am Gehäuse 2 ist
eine Schelle 11 angebracht, die je nach Montageverhältnissen an dem hier nicht gezeigten
Flugkörper in Längsrichtung des Leuchtsatzes verschiebbar ist.
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In F i g. 2 ist der Körper 4. des eigentlichen Leuchtsatzes, wie er
aus dem Preßwerkzeug kommt, dargestellt. Durch geeignete Vorrichtungen im Preßwerkzeug
selbst wird bereits beim Pressen des Körpers 4 eine Längsnut 12 hergestellt.
Die pyrotechnische Substanz 5 a, aus der der Körper gepreßt wird, braucht nicht
homogen zu sein, sondern kann aus verschiedenen Schichten 5 a', 5 a", 5 a"'
mit jeweils unterschiedlichen Brenneigenschaften bestehen. Die oberste Schicht des
im Preßwerkzeug hergestellten Körpers besteht dabei immer aus der ebenfalls gepreßten
Anfeuerungsmasse 5 b.
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In F i g. 3 ist der in F i g. 2 dargestellte Körper 4 mit der Aluminiumfolie
3 ummantelt, wobei vorher in die Nut 12 eine mit einem Trennmittel beschichtete
Einlage 13 eingelegt ist. Die an den Stirnseiten des Körpers 4 überstehende Aluminiumfolie
3 wird an mehreren Stellen eingeschnitten und so umgebogen, daß sie auf den Stirnflächen
satt anliegt.
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Der in F i g. 4 dargestellte Körper ist mit mehreren Schichten von
Asbestgewebe 14 ummantelt, wobei ein entsprechendes, ebenfalls aus Asbestgewebe
zugeschnittenes Stück 14 a die Stirnseite des Körpers bedeckt, an der sich die Anfeuerungsmasse
5 b nicht befindet.
Wie in F i g. 5 dargestellt ist, wird an der
Stirnseite des Körpers, an der sich die Anfeuerungsmasse 5 b befindet, eine
ebenfalls mit einem geeigneten Trennmittel beschichtete Metallscheibe 15 so angebracht,
daß die Lagen 14 des Asbestgewebes über den eigentlichen, aus der pyrotechnischen
Substanz 5 a und der Anfeuerungsmasse 5 b gepreßten Körper 4 hinausragen.
An der gegenüberliegenden Stirnseite wird mindestens eine der Lagen 14 aus
Asbestgewebe so umgebogen, daß sie das diese Stirnseite abdeckende Stück
14 a am Rande umschließt. Der so mit Asbestgewebe ummantelte Körper
4 wird in ein hier nicht gezeigtes weiteres Preßwerkzeug eingeführt und bei
geeignetem Druck ausgehärtet. An Stelle eines solchen weiteren Preßwerkzeuges kann
auch ein strumpfartiger Behälter 16 - wie er in F i g. 5 angedeutet ist -- treten,
in dem der Körper gleichmäßig durch Druckluft beaufschlagt und bei entsprechender
Temperatur ausgehärtet wird. Die Lagen 14 und 14 a aus Asbestgewebe ergeben nach
der Aushärtung mit einem Phenolharz das Gehäuse 2 (vgl. F i g. 1), welches sich
durch hohe mechanische Festigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit und große Hitzebeständigkeit
auszeichnet.
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Die in F i g. 5 gezeigte Metallscheibe 15 wird nach dem Aushärten
entfernt. Die während der letzten Verfahrensschritte in der Nut 12 enthaltene Einlage
13 wird herausgezogen und in die jetzt offenliegende Nut 12 der Zünder
8 mit seinen elektrischen Zuleitungen 9 so hineingezogen, daß die Zuleitungen
9 an der verschlossenen Stirnseite durch die mit der Einlage 13 ausgesparte
Öffnung 19 austreten. Der Zünder 8 ragt dabei noch zu einem Teil über den
gepreßten Körper hinaus.
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Nach Entfernen der Metallscheibe 15 ist oberhalb der gepreßten
Anfeuerungsmasse 5 b im Gehäuse 2 ein genügend großer Raum verblieben, in
dem die lose Anfeuerungsmasse 6 so weit aufgefüllt wird, bis der Zünder 8 vollständig
von dieser bedeckt ist (vgl. F i g. 1). Das Gehäuse 2 wird dann in der in F i g.
1 gezeigten Weise mit einem Deckel 7 verschlossen und mit der Dichtmasse
10 abgedichtet.
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Zum Abbrand des in F i g. 1 gezeigten Leuchtsatzes wird der Zünder
8 über die elektrischen Zuleitungen 9 ausgelöst, so daß die lockere und gepreßte
Anfeuerungsmasse 6 und 5 b entzündet wird. Durch den auftretenden Druckstoß
wird der Deckel 7 aus der Öffnung des Gehäuses 2 herausgepreßt, so daß die beim
Verbrennen der durch die Anfeuerungsmasse entzündeten pyrotechnischen Substanz
5 a auftretende Strahlung nach außen abgegeben wird. Da das aus Asbestgewebe
gebildete Gehäuse 2 auch als Inhibitor wirkt, brennt der Leuchtsatz gleichmäßig
an seiner Stirnfläche bis zum Ende durch. Die den Körper 4 umgebende Aluminiumfolie,
die den Brennsatz zusätzlich vor Feuchtigkeit schützt, hat auf den eigentlichen
Brennvorgang keinen Einfluß, da sie an der jeweils brennenden Stirnfläche verbrennt.
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Das mechanisch feste und hitzebeständige Gehäuse 2 schützt dem Leuchtsatz
benachbarte Teile des Flugkörpers vor der von ihm erzeugten Hitze und auch vor eventuell
während des Abbrennens weggeschleuderten Verbrennungsteilchen.