DE19617895A1

DE19617895A1 - Plasmainjektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE19617895A1
Application number: DE19617895A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Ing Krumm; Thomas Dr Ing Weise; Frank Dipl Ing Venier; Guenter Dr Ing Stoeffler
Original assignee: Rheinmetall Industrie AG; MAN Technologie AG
Current assignee: MT Aerospace AG; Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1996-05-04
Filing date: 1996-05-04
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2016-05-05
Also published as: FR2748318A1; GB2312733A; IL120713A0; SE9701482D0; DE19617895C2; FR2748318B1; SE9701482L; GB2312733B; US5898124A; US5988070A; SE9701482A0; GB9708738D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmainjektionsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine mehrteilige Treibladungshülse nach dem Oberbegriff des Anspruches 3, 5 und Verfahren zu ihrer Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruches 13, 16, 17.

Bei elektrothermischen Kanonen sind neben dem Geschoß auch verschlußseitig eingesetzte Plasmabrenner einschließlich eines Containers für das Plasmamaterial Bestandteil einer Munition. Wegen der notwendigen hohen Stückzahl muß die Munition möglichst billig sein.

Einen ringförmigen Plasmainjektor, auch Plasmabrenner genannt, beschreibt die DE 44 40 829 A1. Hierbei erfolgt im Zusammenwirken mit einem Membranelement die Realisierung von stabilen diskreten und kontinuierlichen Plasmabögen, um ausgeglichene Verteilungen, Infusion und Permeation des Plasmas in einer Treibladungs- oder Brennstoffmasse zu ermöglichen. Die membranhafte Substanz dient sowohl als Plasmabe hälter als auch als Brennstoffbehälter. Dieser Aufbau läßt aber weder eine Wiederverwend barkeit des Plasma- bzw. Brennstoffbehälters noch des Plasmabrenners zu.

Herkömmliche Treibladungsbehälter bzw. Treibladungshülsen, die aus einem mehrteiligen schalenförmigen Hülsenboden, einem Hülsenstummel und einem Liderungsring bestehen, sind aus der DE 26 41 665 C2 bekannt.

Eine weitere Treibladungshülse wird in der DE 38 21 669 A1 behandelt. Auch hier besteht die mehrteilige Treibladungshülse aus einem Hülsenschaft und einem Hülsenstummel. Am Hülsenstummel ist ein rotationssymmetrisches Formteil angebracht, das zumindest teilweise den Auswerferabsatz bildet.

Des weiteren ist ein Hülsenboden für großkalibrige Munition aus der DE 42 29 559 A1 bekannt. Hierbei bestehen die Bodenplatte des Hülsenbodens und der metallische Stütz- und Dichtring aus zwei separaten Teilen, die derart formschlüssig miteinander verbunden sind, daß eine radiale Entkopplung der beiden Teile erfolgt.

Keine der genannten Treibladungshülsen ist jedoch bei der Munition elektrothermischer Kanonen verwendbar, da sie keine elektrothermische Zündung mittels Elektroden und Plasmamaterial ermöglichen.

Elektrisch zündbare Patronensysteme offenbart die DE 41 06 186, wo das Gehäuse aus elektrisch nichtleitendem Material besteht. Das dabei beschriebene Gehäuse mit Schlagstück ist jedoch für eine elektrothermische Munition nicht verwendbar, da elektrothermische Munition beim Zünden hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt ist. Auch eine Wiederverwendbarkeit des Gehäuses ist nicht möglich.

Ein weiterer Nachteil der vorgenannten Lösungen ist das Entsorgungsproblem.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner so zu gestalten, daß billige Massenproduktion und häufige Wiederverwendung möglich sind, sowie ein einfaches Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 und in den Patentansprüchen 3, 5, 13, 16 und 17 aufgeführten Merkmale.

Durch die Schaffung einer neuen Bauform des Plasmabrenners, d. h. der Zusammen fassung von Treibladungshülse, Container und Plasmamaterial zu einer Komponente ist eine einfache Integration von Geschoß- und Plasmamaterial (Handhabung) möglich. Ein weiterer Vorteil ist die leichte Integrierbarkeit des Anzündmechanismus. Die Ver wendung einer mehrteiligen Treibladungshülse bei Plasmabrennern für elektrothermische Kanonen gewährleistet gleichfalls die Recyclefähigkeit des Plasmabrenners.

Durch das neue Verfahren können Zeitaufwand für Herstellung und Recycle der Treibladungshülse sowie Materialaufwand gesenkt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

So wird durch die innere Form der Treibladungshülse und durch die Isolierung eine angepaßte Energieumsetzung und damit eine sehr gute Innenballistik erzielt. Vorteilhaft ist auch die Schaffung der Isolierung von der Elektrode zum Patronenboden und der Isolierung der Treibladungshülse in einem Verfahrensschritt und die damit erzielte Zeiteinsparung.

Eine weitere Material- und Gewichtseinsparung wird durch die neuartige Materialwahl des Patronenbodens erreicht.

Durch die Verwendung von Kunstharzpreßholz oder faserverstärkten Kunststoffen entfällt die Erfordernis einer MC-Lamelle (Multikontaktlamelle) und einer C-Dichtung (Spezialdichtung mit C-förmigem Aussehen) zur Vermeidung von Stromerosionen. Durch die verbesserte Isolation der Anode wird die Betriebssicherheit des Plasma brenners erhöht und die Begrenzung eines Schadens bei Versagen des Plasmabrennerbo dens gewährleistet. Gleichzeitig tritt eine Kostenersparnis ein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Treibladungshülse und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des ringförmigen Plasmabrenners mit einem davor gelagerten Geschoß.

Fig. 3 eine weitere Prinzipdarstellung der Treibladungshülse.

In Fig. 1 dargestellt ist eine Treibladungshülse 20, bestehend aus einer elektrischen Isolierung 1, die zugleich eine Liderung 2 darstellt, einem Patronenboden 4 sowie einer darin befindlichen isolierten Elektrode 3. Dabei kann eine Isolierung 1′ der Elektrode 3 z. B. aus GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) gewickelt sein, sie kann aber auch als Bestandteil der Isolierung 1 als Isolierung 1′ geschaffen werden. Die elektrische Isolierung 1 fungiert gleichfalls als Hülsenschaft der Treibladungshülse 20.

Bei der Umwicklung mit GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) wird die isolierte Elek trode 3 im Patronenboden 4 verklebt und ausgehärtet. Danach wird der Patronenboden 4 mit isolierter Elektrode 3 in ein allgemein bekanntes Vergußgehäuse eingelegt und mittels einer Reaktionsharzmasse die Isolierung 1 mit gleichzeitiger Liderung 2 geschaf fen.

Erfolgt die Gestaltung der Isolation um die Elektrode 3 ohne GFK, so können beide vorgenannten Arbeitsgänge kombiniert werden. Es werden der Patronenboden 4 und die (noch nicht isolierte) Elektrode 3 in ein dementsprechend anders geartetes Vergußgehäu se eingebracht, ohne daß sich der Patronenboden 4 und die Elektrode 3 berühren. Mittels einer Reaktionsharzmasse erfolgt deren Isolierung 1′ sowie die Schaltung der Isolierung 1. Bei beiden Varianten bestehen die Isolierungen 1 und 1′ sowie die gleichzeitige Liderung 2 aus vorzugsweise linear vernetzten Kunststoffen wie z. B. Elastomeren. Dabei bestimmt die Isolierung 1 eine innere sowie eine äußere Form der Treibladungshülse 20 am Patronenboden 4. Die innere Form ist dabei vorzugsweise als halbkreisförmige Nut gestaltet. Die gießbaren, schwindungsarmen, flexiblen Kunststoffe härten luftblasenfrei aus. Die erforderlichen Genauigkeiten bzw. Toleranzen werden durch das Vergußgehäuse eingehalten, so daß mechanische Nacharbeiten nicht notwendig sind.

Fig. 2 zeigt den allgemeinen Funktionsaufbau einer elektrischen Kanone. Ein Rohr 7 um schließt dabei fest einen Verschluß 6 der Kanone. Im Verschluß 6 ist eine Zentralelektrode 5 mit einer Isolierung 12 fest angebracht. Im Ladezustand der Kanone befindet sich am Verschluß 6 der Patronenboden 4 der Treibladungshülse 20. Die isolierte Elektrode 3, deren eines Ende in die Treibladungshülse 20 durch den Patronenboden 4 hineinragt, hat an ihrem anderen Ende Kontakt mit der Zentralelektrode 5. Mit der Isolierung 1 ist ein Container 10, beispielsweise, in nicht dargestellter Weise, mittels Paßsitz verbunden und in geeigneter Art und Weise mit diesem beispielsweise durch Klebung befestigt. Der Container 10 wird später mit einem Plasmamaterial 9 befüllt. Dabei kann der Container 10 verschlußseitig, d. h. in Richtung Treibladungshülse 20, offen sein, wodurch auch eine Befüllung der Treibla dungshülse 20 erfolgt. Der Container 10 kann aber auch verschlußseitig einen Boden aufweisen. Des weiteren kann der Container 10 verschlußseitig eine Verjüngung besitzen, wodurch ein Lichtbogen 8 im Plasmamaterial 9 besser geschaffen werden kann. Vor dem Container 10 ist im Rohr 7 ein Geschoß 11 angeordnet und kann mit diesem befestigt sein. Erfindungsgemäß können die mehrteilige Treibladungshülse 20, der Container 10 mit Plasmamaterial 9 und das Geschoß 11 auch eine konstruktive Einheit (Patrone) bilden.

Die Form der Plasmainjektionsvorrichtung kann ringförmig oder rechteckig sein und ist abhängig vom verwendeten Container 10.

Mit Schließung eines hier nicht näher beschriebenen bekannten Zündkreises der elektrischen Kanone erhält die isolierte Elektrode 3 durch die Zentralelektrode 5 ihr positives Potential. Dieses Potential entlädt sich an dem Lichtbogen 8 zum Rohr 7, das als Gegenelektrode fungiert.

Durch diesen Lichtbogen 8 wird das Plasmamaterial 9, beispielsweise Methanol, ausgewei tet. Dadurch entsteht eine elektrothermische Volumenvergrößerung, die das Geschoß 11 in Richtung des mündungsseitigen Endes 13 des Rohres 7 in bekannter Art und Weise be schleunigt.

Je nach Größe der elektrischen Isolierung 1 mit Liderung 2 ist der Lichtbogen 8 länger oder kürzer. Ist die Isolierung 1 mit Liderung 2 zum Container 10 zu lang, muß die Plasmaspan nung hoch gewählt werden, was die Gefahr in sich birgt, daß durch eine Drahtexplosion ent standenes Plasma 9 in sich zusammenbricht. Das Geschoß 11 wird dann nicht oder nicht optimal aus dem Rohr 7 befördert. Wird die Isolierung 1 mit Liderung 2 zu kurz gewählt, so reicht die Energieumsetzung und damit die Ausweitung des Plasmamaterials 9 ebenfalls nicht aus, das Geschoß 11 mit gewünschter Geschwindigkeit aus dem Rohr 7 zu bewegen. Außerdem fehlt die Isolation zwischen Stahlteilen verschiedener Potentiale, was zur Zer störung der elektrothermischen Kanone führen kann.

Die innere halbkreisförmige nutartige Form der Isolierung 1 am Patronenboden 4 bewirkt eine zielgesicherte Ausweitung des Plasmaterials 9 in Richtung Geschoß 11.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine angepaßte Energieumsetzung und eine sehr gute Innenballistik.

Der Container 10, der mit dem Geschoß 11 das Rohr 7 verläßt, kann dabei verbrennen oder wird abgedreht. Bedingt durch die Stärke und Qualität der Isolierung 1 und der gleichzeiti gen Liderung 2 kann diese Treibladungshülse 20 weiter bzw. wieder verwendet werden, wozu jeweils ein neuer Container 10 mit neuem Plasmamaterial 9 und ein neues Geschoß 11 aufgesetzt werden.

Nach mehrmaliger Verwendung und damit verbunden einem definierten Verschleiß der Isolierung 1 mit Liderung 2 werden dann der Patronenboden 4 und die isolierte Elektrode 3 erneut in eine Vergußform gebracht und die Isolierung 1 mit Liderung 2 eingegossen.

Der definierte Verschleiß bestimmt sich dabei aus dem Paßverhalten der Treibladungshülse 20 mit Container 10 sowie der Treibladungshülse 20 im Rohr 7. Wenn dieses Paßverhalten nicht mehr ausreichend ist, wird die Isolierung 1 mit Liderung 2 erneuert.

Die Treibladungshülse 20 ist dann erneut verwendbar.

Eine weitere mehrteilige Treibladungshülse 20 ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Patronenboden 4′ besteht dabei aus einem elektrisch nichtleitenden Material mit Isola tionswirkung für den Plasmabrenner. Als Material für den Patronenboden 4′ eignen sich beispielsweise Kunstharzpreßholz, wie schichtverleimtes Lignostone und faserverstärkte Kunststoffe, beispielsweise glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) wie Durestone oder Duraver, und synthesefaser- oder naturfaserverstärkte Kunststoffe.

Bedingt durch den elektrisch nichtleitenden Patronenboden 4′ entfällt die Notwendigkeit, daß die Elektrode 3 isoliert im Patronenboden 4′ angeordnet sein muß. Das eine Ende der Elektrode 3 ragt durch den Patronenboden 4′ in die Treibladungshülse 20 hinein. Zwischen dem Patronenboden 4′ und der Elektrode 3 befindet sich ein Material, welches den festen Sitz der Elektrode 3 im Patronenboden 4′ gewährleistet. Dies kann beim Einbringen des Patronenbodens 4′, bestehend aus Kunstharzpreßholz mit der Elektrode 3 in ein nicht näher dargestelltes Vergußgehäuse derart erfolgen, daß eine Reaktionsharzmasse, die beispiels weise gleichzeitig die Isolierung 1 bestimmt, zwischen der Elektrode 3 und dem Patro nenboden 4′ in dünner Schicht aushärtet. Eingesetzt werden dabei gießbare, schwindungs arme, flexible Kunststoffe. Die Elektrode 3 kann jedoch im Patronenboden 4′ auch mittels Preßsitz oder ähnlichen Verfahren ohne zusätzliches Material fest durchgeführt werden. Erst danach ist das Einbringen des Patronenbodens 4′ mit Elektrode 3 in das Vergußgehäuse notwendig.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Elektrode 3 alleine in ein Vergußgehäuse eingebracht wird. Der Patronenboden 4′ und die Isolierung werden aus Kunststoff an die Elektrode angegossen. Dabei wird der Patronenboden 4′ Bestandteil der Isolierung 1. Die patronenähnliche Form wird durch die innere Form des Vergußgehäuses bestimmt.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Elektrode 3 in ein allgemein bekanntes Spritzgußwerkzeug einzulegen und den Patronenboden 4′ und die Isolierung 1 aus Thermoplasten, wie z. B. Polyamid oder Polycarbonat, anzuformen. Die Thermoplaste können verstärkt oder unverstärkt eingesetzt werden. Diese Thermoplaste können unter Druck bzw. Temperatur in jede beliebige Form gebracht werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der kurzen Taktzeit bei der Herstellung bzw. Erneuerung.

In den vorgenannten Fällen werden nach mehrmaliger Verwendung und definiertem Verschleiß der Isolierung 1 und Liderung 2 der Patronenboden 4′ mit nichtisolierter Elektrode 3 erneut in ein Formwerkzeug eingelegt, um die Isolierung 1 und dadurch die Liderung 2 zu erneuern.

Bezugszeichenliste

1 Isolierung
1′ Isolierung
2 Liderung
3 Elektrode
4 Patronenboden
4′ Patronenboden
5 Zentralelektrode
6 Verschluß
7 Rohr
8 Lichtbogen
9 Plasmamaterial
10 Container
11 Geschoß
12 Isolierung
13 Rohrende
20 Treibladungshülse

Claims

1. Plasmainjektionsvorrichtung mit Mitteln zur Aufnahme eines Plasmamaterials (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmainjektionsvorrichtung durch eine mehrteilige Treibladungshülse (20) sowie einen darauf aufgesetzten Container (10) zur Aufnahme des Plasmamaterials (9) in Verbindung mit der mehrteiligen Treibladungshülse (20) gebildet wird.

2. Plasmainjektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrteilige Treibladungshülse (20), der Container (10) und ein Geschoß (11) vor dem Container (10) eine konstruktive Einheit (Patrone) bilden.

3. Mehrteilige Treibladungshülse (20), bestehend aus einem Hülsenschaft und einem Patronenboden (4), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- der Hülsenschaft ist an dem Patronenboden (4) als eine elektrische Isolierung (1), die gleichzeitig eine Liderung (2) darstellt, direkt angebracht,
- in dem Patronenboden (4) ist eine Elektrode (3) isoliert angeordnet.

4. Mehrteilige Treibladungshülse (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (1) des Patronenbodens (4) und eine Isolierung (1′) um die Elektrode (3) einteilig ausgeführt sind.

5. Mehrteilige Treibladungshülse (20) bestehend aus einem Hülsenschaft, einem Patronenboden (4′) und einer Elektrode (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenschaft als eine elektrische Isolierung (1) am Patronenboden (4′) direkt angebracht ist, und die Elektrode (3) nichtisoliert im Patronenboden (4′) angeordnet ist.

6. Mehrteilige Treibladungshülse (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Patronenboden (4′) Bestandteil der Isolierung (1) ist.

7. Mehrteilige Treibladungshülse (20) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß der Patronenboden (4′) und die Isolierung (1) sowie die Elek trodenisolierung (1′) aus einem elektrischen nichtleitenden Material bestehen.

8. Mehrteilige Treibladungshülse (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch nichtleitende Material ein Kunstharzpreßholz ist.

9. Mehrteilige Treibladungshülse (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch nicht leitende Material ein faserverstärkter Kunststoff ist.

10. Mehrteilige Treibladungshülse (20) nach einem oder mehreren der vorgenannten An sprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (3) durch die Isolierung (1) am Patronenboden (4, 4′) in die Treibladungshülse (20) hineinragt.

11. Mehrteilige Treibladungshülse (20) nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (1) eine innere und äußere Form der Treibladungshülse am Patronenboden (4, 4′) bestimmt.

12. Mehrteilige Treibladungshülse (20) nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Form der Treibla dungshülse als halbkreisförmige Nut ausgebildet ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer mehrteiligen Treibladungshülse (20) nach den An sprüchen 3 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) ein Patronenboden (4) und eine Elektrode (3) werden in ein Vergußgehäuse eingebracht;
b) in das Vergußgehäuse wird ein gießbarer Kunststoff eingebracht;
c) der Kunststoff bildet nach Aushärtung eine Isolierung (1′) zwischen dem Patronenboden (4) und der Elektrode (3)
d) und stellt durch die innere Form des Vergußgehäuses eine Isolierung (1) und gleichzeitige Liderung (2) am Patronenboden (4) her.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Vergußge häuse eingebrachte Elektrode (3) bereits isoliert ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem definierten Abrieb der Isolierung (1) mit Liderung (2) der Patronenboden (4) mit isolierter Elektrode (3) erneut in eine Vergußform eingebracht und mittels Kunst stoff die Isolierung (1) und die Liderung (2) erneut aufgebaut werden.

16. Verfahren zur Herstellung einer mehrteiligen Treibladungshülse (20) nach den Ansprüchen 3 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) eine Elektrode (3) wird in ein Vergußgehäuse eingebracht,
b) in das Vergußgehäuse wird ein gießbarer Kunststoff eingebracht,
c) der Kunststoff bildet nach Aushärtung eine Isolierung (1) und einen Patro nenboden (4′).

17. Verfahren zur Herstellung einer mehrteiligen Treibladungshülse (20) nach den Ansprüchen 3 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) eine Elektrode (3) wird in ein Spritzgußwerkzeug eingelegt;
b) in das Spritzgußwerkzeug wird unter Druck und Temperatur ein thermoplasti scher Kunststoff eingespritzt;
c) der Kunststoff bildet nach dem Abkühlen die Isolierung (1) und einen Patro nenboden (4′).

18. Verfahren nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem definierten Abrieb der Isolierung (1) mit Liderung (2) die Elektrode (3) und der Patronenboden (4′) erneut in eine Vergußform eingebracht und mittels Kunststoff die Isolierung (1) und Liderung (2) erneut aufgebaut werden.