DE2039131A1 - Definierte Zerlegung der Umhuellung eines Sprengkoerpers - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KDLN-LINDENTHAL PETBR-KINTGEN-STRASSE 2

Köln, den 4. August I97O' Rö/Cl/108

Dynamit Nobel AG, 5210 Troisdorf Definierte Zerlegung der Umhüllung eines Sprengkörpers

Die Erfindung betrifft die definierte Zerlegung der Umhüllung eines Sprengkörpers.

Bekannt ist, daß bei massiven Sprengkörpern die Zerlegung der Umhüllung durch die Stoßwelle und den Schwadendruck mit fortschreitender Detonationsfront erfolgt. Hierbei verläuft die Zerlegung der Umhüllung Undefiniert, d.h. es können neben kleinen Splittern auch oft unerwünschte große Splitter anfallen. Die Masse der einzelnen Splitter variiert in einem weiten Bereich. Es wurde schon versucht, durch Verringerung der Wandstärke an bestimmten Stellen die Umhüllung in Segmente aufzuteilen (vorgeformte Splitter), um bei der Zerlegung der Umhüllung definierte Splitter zu erhalten. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil einer komplizierten Fertigung der Umhüllung. Außerdem wird dabei oft die gewünschte Festigkeit der Umhüllung beeinträchtigt.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß diese Nachteile dadurch behoben werden können, daß die bei der Sprengstoff-Umsetzung in Hohlräumen und/oder Spalten auftretende Gasströmung hoher Geschwindigkeit und hoher Energiedichte auf die Umhüllung und/oder auf Sprengstoff geleitet wird und/ oder Zündketten aus explodierenden Drähten in dem Sprengkörper angebracht werden.

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Die Gasströmung hoher Geschwindigkeit wird erzeugt in Sprengstoffhohlräumen mit beliebigen geometrischen, symmetrischen als auch unsymmetrischen Querschnitten oder mit unregelmäßiger Begrenzung. Die Querschnitte können sich über die Länge bzw. Tiefe der Hohlräume bzw. Spalten kontinuierlich oder diskontinuierlich verändern. Zur definierten Zerlegung der Umhüllung kann die Gasströmung hoher Geschwindigkeit und hohen Energieinhaltes erstens direkt und/ oder zweitens indirekt verwendet werden.

1. Bei dem direkten Verfahren läßt man die Gasströmung selbst durch die Anbringung beispielsweise von Spalten im Sprengstoff auf die Umhüllung wirken. Durch die hohe Geschwindigkeit der Gasströmung baut sich an den vorgesehenen Stellen der Umhüllung extrem schnell ein Gasstau auf, der zu einer hohen Druckbeanspruchung der Umhüllung an den betreffenden Stellen führt. An diesen Stellen kommt es dann zu einem bevorzugten Aufreißen der Umhüllung. Bringt man in Richtung des Fortschreitens der Detonation solche bevorzugten Stellen in bestimmten Abständen an, so bilden sich definierte Split-

sind
ter aus, die nicht langer als die betreffenden Abstände. Dadurch kann die maximale Splittergröße über einen weiten Bereich eingestellt "rerden. Bei der direkten Verwendung der Gasströmung kann die Spaltbreite mit Hilfe von inertem Material (Metalle oder Nichtmetalle, die nicht explodieren) festgelegt v/erden. Die Sprengstoffhohlräume können auch mit inertem Material (Metalle oder Nichtmetalle) ausgekleidet sein.

2. Bei dem indirekten Verfahren werden die in durchbohrten Sprengstoffladungen auftretenden Gasströmungen hoher Geschwindigkeit und Energiedichte ausgenutzt. Diese Gasströmungen

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ließen sich überraschend zur Zerlegung der Umhüllung in definierte Splitter verwenden. Nach dem erfindungsgemäßen Gedanken wird eine definierte Zerlegung der Umhüllung in erster Linie durch eine Diskontinuität in der zeitlichen Beanspruchung der Umhüllung erhalten, Dies war nicht ohne weiteres zu erwarten; da die Zerlegung außer vom Htil!materialzunächst einmal vom Detonationsdruck, d.h. vom chemischen Aufbau und von der Dichte des Sprengstoffs abhängt. Um die Diskontinuität in der zeitlichen Beanspruchung der Umhüllung zu erreichen, wurden die Hohlräume, die zur Fortleitung der* Gasströmung dienen, in Kammern aufgeteilt. Die Kammerwände können aus Sprengstoff oder inertem Material bestehen. Die Gasströmung wird an der Kammerwand, die auch einen Winkel zu ihrer Fortpflanzungsrichtung bilden kann, gestaut. An diesen Staustellen wird der umgebende Sprengstoff vor Ankunft der Detonationsfront in der Sprengstoffladung gezündet. Die neue Detonationsfront breitet sich radial aus und führt beim Auftreffen auf die Umhüllung zu deren Aufreißen, bevor die Detonationsfront' in dem Sprengkörper diese Stelle erreicht hat. Nach der Länge der Kammer richtet sich die maximale Splittergröße. Bei der Aufteilung der Höhlung in Kammern bildet sich in jeder Kammer fortlaufend ein Gasstrahl aus, der wieder zur Vorauszündung des umgebenden Sprengstoffs führt. Auf diese Weise wird eine definierte Zerlegung der Umhüllung erreicht. Bei großen Querschnitten der Sprengladung empfiehlt es sich, mehrere parallele Höhlungen oder auch eine Höhlung mit z.B. ringförmigem Querschnitt anzubringen und in Kammern aufzuteilen.

Sehr günstig für eine definierte Zerlegung der Umhüllung wirkt sich die Kombination der direkten und indirekten Verwendung des Gasstrahls hoher Geschwindigkeit und hoher Energiedichte aus. Verschiedene Möglichkeiten der Kombination werden in den Beispielen erläutert. Die Vielzahl der Möglichkeiten soll dadurch in keiner Weise begrenzt werden,

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Es wurde weiterhin gefunden, daß auch die Verwendung einer Zündkette aus explodierenden Drähten zu einer definierten Zerlegung der Umhüllung führt. Die Zündketten bestehen aus sich abwechselnden Stücken eines dicken und dünnen Drahtes gleicher oder unterschiedlicher Länge, verleiche hierzu die deutsche Patentschrift P 16 46 y\8,2. Durch Zündung der Kette erfahren die dünnen Drahtstücke ejne explosive Umwandlung, der umgebende Sprengstoff wird gezündet. Die dicken, nicht explodierenden Drahtstücke entsprechen bei diesem Verfahren der Kammerlänge in den oben erwähnten Bohrungen und damit der maximalen Größe-der Splitter. Man kann auch die Verwendung der Zündkette mit explodierenden Drähten kombinieren mit der Verwendung der Gasströmung hoher Geschwindigkeit und Energie in vorgegebenen Hohlräumen und/oder Spalten. Die Verwendung einer Zündkette/entspricht daher dem indirekten Verfahrene

Durch die Verwendung des Gasstrahls oder einer Zündkette aus explodierenden Drähten erhält man eine definierte Zerlegung der Umhüllung, d.h. es kommt zur Bildung kleiner Splitter hoher Geschwindigkeit und damit große]· Durchschlagkraft. Das erfindungsgemäße Verfahren ist eine einfache und wirtschaftliche Art, definierte Splitter der Umhüllung von Sprengkörpern herzustellen. Bei der Herstellung großer Sprengkörper ist es oft vorteilhaft, Zündstäbe, u.U. auch in gekrümmter Form, in der Sprengladung anzubringeil. In den ZUndstäben sind Sprengstoffe und Höhlungen oder Zündketten aus explodierenden Drähten angeordnet. Die abschnittsweise vorais eilende Zündung des Sprengkörpers durch die Zündstäbe führt zur Bildung vorzeitig entstehender Detonationsfronten in Richtung auf die Umhüllung hin und damit zur definierten Zerlegung der Umhüllung der Sprengkörper.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbejspiele für Sprengkörper definierter Zerlegung ihrer Umhüllung und den angegebenen Beispielen

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näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Sprengkörper mit Umhüllung und innerer Bohrung, wobei die Bohrung durch Sprengstoffzwischenwände aufgeteilt ist,

Fig. 2 bis 6 zeigen Sprengkörper mit unterschiedlicher Anbringung von ausgefüllten und nichtausgefüllten Hohlräumen.

Fig. 7 zeigt eine Röntgenblitzaufnähme eines Eisenrohres während der Zerlegung in Splitter, wobei das Eisenrohr voll- M

kommen mit Sprengstoff gefüllt war. ™

Fig. 8 zeigt"eine Röntgenblitzaufnähme der Zerlegung eines Eisenrohrs, in der eine Sprengstoffsäule angebracht war, die durch Zwischenwände in fünf Einzelkörper aufgeteilt war und die eine axiale Bohrung besaß.

Fig. 9 zeigt die SpIittereinsdiäge in einer Alüminiumtafel von einem Eisenrohr', das vollständig mit Sprengstoff gefüllt war. ; ■.-■■■ :

Fig» Iq zeigt die verschiedenen Splitterzonen, die durch Splitter erzeugt wurden, die von einem Eisenrohr stammten, M das mit einer durch Zwischenwände in Abschnitte eingeteilten Sprengstoff säule gefüllt war-.

Die in den Fig, 1 bis 6 dargestellten Sprengkörper besitzen eine Umhüllung 1, die mit Sprengstof^gefüllt wird, der durch Bohrungen 6, Zwischenwände 4 aus Sprengstoff oder inertem Material 7j die in die Bohrung 6 eingesetzt sind, ausgefüllte oder nichtausgefüllte Spalten 8 oder konische Erweiterungen Io unterteilt ist, so daß die Gasströmung hoher Geschwindigkeit und Energiediehte auf die Umhüllung 1 oder auf Sprengstoff geleitet wird» ·

BAD ORIQINAl. Beispiel 1

Es wurden j> Sprengladungen (Composition B, ein Sprengstoff enthaltend j59,5 Gew.-# Trinitrotoluol, 59,5 Gew.-</ό Cyklotrimethylentrinitramin und 1 Gew.-^ Wachs) in einem einseitig verschlossenen Eisenrohr 1 (Länge 45o mm, lichte Weite 34 mm, Außenweite 51 mm) angeordnet. Die Zündung erfolgte mit einer Sprengkapsel Nr. 8 (Aluminiumkapsel mit Zündpille, einem Primärsatz aus 0,3 g Bleitrizinat und einem Sekundärsatz von 0,8 g Tetryl) und einem Nitropentapreßling 2 von 36 g am offenen Ende des Rohres. War hierbei das

™ Rohr 1 vollständig, d.h. ohne Hohlräume oder Spalten mit Sprengstoff 3 gefüllt, so entstanden bei der detonativen ■ Umsetzung des Sprengstoffs J5 Splitter bis zu einer Länge von 3oo mm. Die Splitter besaßen Längen, die zwischen ^o und 5°o mm lagen. War dagegen die Ladung mit einer axialen Bohrung 6 von Io mm Durchmesser versehen, die durch Sprengstoffzwischenwände 4 von 17 mm Stärke in Kammern 5 von 9o mm Länge aufgeteilt war (Pig, l), so entstanden bei der Detonation nur Splitter bis zu einer Länge von loo mm, Die Splitterlängen verteilten sich diesmal nahezu gleichmäßig auf Größen zwischen 2o bis loo mm. Auch trat eine Abnahme der Splitterbreite ungefähr auf halbe Werte ein. Aus die-

mt sem Beispiel ist zu ersehen, daß die Länge der Splitter die in die axiale Höhlung eingebrachten Kammerlängen nioht bzw, nur wenig überschreitet.

Beispiel 2

Es wurden zylindrische Sprengstoffsäulen 3 aus Composition B bei unterschiedlicher Versuchsanordnung in einem Stahlpanzerrohr 1, 16 χ 18,4 mm Durchmesser, bei Rohrlängen von l4o bzw. 280 mm durch einen an einem Ende vorgesetzten Nitropentapreßling 2 von l8 g mit eingesetzter Sprengkapsel Nr, 8 zur detonabivun Uinoot^un^ ^brauht* Die 3plit tor verteilung und deren in~"-ό->ί wurde anhand ihrer- Durchschlage hol einer la ei nein *·..:., l; ai 11 v-.ui 25ο ^n m ; .!-,-brachten AlumLniuint a ■· Tel festgestellt, iH·: i\A Λα ν :>,■,■ : _;.-aug der fjhihlrohre vaiv;läurch IU utgenbi ι γ/μ;ι": -η,.ν.-t ί·ιΐ-0 .

1 aO3ö7/Ü2O 1

Um den Einfluß einer axialen Bohrung 6 in der Sprengstoffsäule 3 zu zeigen, wurden Sprengstoffsäulen mit oder ohne Bohrung geschossen. Die Bohrung ^ wurde bei einigen Versuchen mit inertem Material (Silberstahlstäbe )ausgefüllt, um bei unterschiedlichen Versuchsanordnungen die gleiche Sprengstoffmenge zu Grunde zu legen.

Eine weitere Versuchsabwandlung bestand in einer Aufteilung der im Rohr 1 befindlichen Sprengstoffsäule j5 mit oder ohne axiale Bohrung 6 in mehrere aneinanderliegende oder in bestimmten Abständen befindliche Sprengkörper gleicher Länge. Zum Teil wurde auch hierbei die Bohrung mit einem inerten Material 7 ausgefüllt.

Bei den nachfolgend aufgeführten Anordnungen der Sprengstoffsäulen j5 im Stahlrohr 1 lagen die maximalen Splittergrößen in den Bereichen:

a) Durchgehende Sprengstoffsäule ohne axiale Bohrung: 6o bis 7o mm (Bezugsbeispiel).

b) Durchgehende Sprengstoffsäule mit axialer Bohrung, aber diese mit Silberstahl ausgefüllt: 6o bis 7omm (Bezugsbeispiel).

c) Durchgehende Sprengstoffsäule mit nicht ausgefüllter axialer Bohrung:

6o bis 7o mm (Bezugsbeispiel).

d) Durchgehende Sprengstoffsäule 3 mit axialer Bohrung 6, v/obei diese durch Zwischenwände 7 aus Sprengstoff von 9,5 mm Stärke in Kammern von 16 mm Länge aufgeteilt war (indirekt,Fig. 2):

15 bis 2ο mm. Ϊ

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e) Versuchsanordnung wie bei d), wobei die Kamnierlänge 4ο mm betrug: )5 bis 4o ram,

f) Sprengstoff säule 35 mit axialer Bohrung 6, die durch ausgefüllte Spalten 7 in aneinanderliegende Körper von 25 mm Länge aufgeteilt war (direkt und indirekt, Fig. 3):

15 bis 2o mm₀

g) Sprengstoffsäule wie bei f), jedoch mit nicht ausgefüllten Spalten 7, wobei, der Abstand der einzelnen Sprengkörper 1 mm betrug: 15- bis 2o mm«

h) Sprengstoffsäule mit Bohrung, die durch nicht ausgefüllte Spalten 7 in Körperlänge von 15 mm aufgeteilt war und die einen Abstand von 1 mm hatten: Io bis 15 nun.

i) Sprengstoffsäule 3 aus Körpern mit axialer Bohrung von 25 mm Länge zusammengesetzt. Am Ende eines jeden Körpers besitzt die Bohrung eine konusartige Erweiterung Io (direkt und indirekt, Fig. 4 und 5): 15 bis 2o mm,

j) Sprengstoffsäule ohne Bohrung, die durch Zwischenwände 8 in aneinanderliegende Sprengkörper von 25 mm aufgeteilt war (direkt, Pjg. 6): 25 bis Jo mm,

k) Sprengstoffsäule wie bej j), wobei der Abstand der

einzelnen Sprengkörper 1 mm betrug: , 2o bis 25 mm.

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In diesen Beispielen mit den unterschiedlichsten ■Versuchsanordnungen tritt die gesteuerte Zerlegung von Sprengstoffumhüllungen in Splitter definierter Größe deutlich gegenüber den Bezugsbeispielen a) bis c) hervor.

Auch in den Röntgenblitzaufnahmen (siehe Fig. 8) ist das Aufbrechen der Sprengstoffumhüllung an den angegebenen Stellen im Gegensatz zu einem normal mit Sprengstoff gefüllten Eisenrohr (Fig, 7) deutlich zu erkennen»

Durch dieses vorzeitige· Aufbrechen der Umhüllung in bestimmten Zonen findet das Wegschleudern der Splitter in definierten Splitterkränzen statt. Dieses ist auf den Aluminiumtafeln ebenfalls sehr gut zu erkennen, in Fig, Io sieht man deutlich die verschiedenen Splitterzonen und die Kleinheit der Splitter gegenüber denen aus Fig, 9, wo es sich um die Splitter eines vollständig mit Sprengstoff gefüllten Eisenrohrs handelt,

Beispiel 3

Ein mit Composition B gefülltes Stahlrohr der lichten Weite Ιβο mm, der Wandstärke 4,5 mm und der Länge 150 mm war mit einer axialen Bohrung von Vo mm versehen, in diese Bohrung wurde eine als Zündstab dienende Stange aus Composition B ohne oder mit axialer Bohrung von 4 mm Durchmesser in unterschiedlichen Versuchsanordnungen gesteckt. Die Zündung dieses Stabes erfolgte durch einen vorgesetzten NitropentapreiUing von 18 £ mit eingesetzter Sprengkapsel Nr, 8, CJm die Länge der Splitter der Umhüllung des Sprengkörpers bei einer detonativen UmKe X, zu riß und unter sehiedll ohen Versuchsaiioi'ctriunß fea tntoll en ;αι kännfiti, wurden die Splitter in HolzhoJUen in «trüger Katfernung vüib .öpi-engobjoirf aut'gefuncion, Die Vernuoiio ev_;;.-ib-;n rulgeivlo .inaXlmalpn Bpiltttü'^

BADORIOfNAt

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- IG -

a) Zündstab ohne Bohrung:
100 bis l4o mm.

b) Zündstab mit durchgehender Bohrung: 90 bis 150 mm.

c) Zündstab mit durchgehender Bohrung, wobei diese durch eine Zwischenwand aus Sprengstoff von 10 mm Stärke in 2 Kammern von 65 mm Länge aufgeteilt war (indirekt): 50 bis 70 mm.

d) Zündstab mit durchgehender Bohrung, wobei diese durch Zwischenwände aus Sprengstoff von 10 mm Stärke in 3 Kammern von ¹I-O mm Länge aufgeteilt war (indirekt): 35 bis 40 mm.

Dieses letztere Beispiel zeigt, daß sich auch bei Sprengkörpern größeren Querschnitts durch das Einführen eines Zündstabes in bestimmter Ausführung in seine axiale Bohrung der Erfindungsgedanke einer vorbestimmten Zerlegung seiner Umhüllung in Splitter definierter Größe vornehmen läßt. Solche Zündstäbe können auch eine aus Metall oder nichtmetall bestehende Umhüllung besitzen, deren Wandstärke den dem Erfindungsgedanken zugrunde liegenden Effekt nicht beeinträchtigt.

Beispiel 4

Es wurden mit Composition B gefüllte Stahlpanzerrohre, innerer Durchmesser 25,5 inra, äußerer Durchmesser 28,4 mm und 320 mm Länge, axial mit Zündstuben von 12 mm Durchmesser mit einliegender Zündkette unterschiedlicher GliederlÜ.iv;e gesprengt. Hierbei wurden folgende Splitterlän_;';en erhalten.

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a) β χ 50 ram nicht explodierende Drahtstücke, 5 χ j5 mm explodierende Drahtstücke: Splitterlängen: 20-50 mm.

b) 14 χ 20 mm nicht explodierende Drahtstücke, 13 χ 3 mm explodierende Drahtstücke: Splittergröße: 8-20 mm. '

Der die Zündkette umhüllende Sprengstoff bestand aus gesintertem Nitropenta (Pentaerythrittetranitrat) geringer Dichte. '"'■;■

Diese beiden Beispiele zeigen eindeutig/ daß sich auch durch Zündketten aus explodiesenden Drähten im Sprengkörper dessen Umhüllung in definierte Splittergrößen zerlegen

läßt.· ^{: :}

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Claims (10)

1. - 12 P a t e η t a η s ρ r ü c h e

   Verfahren zur definierten Zerlegung der Umhüllung eines Sprengkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Sprengstoffumsetzung in Hohlräumen (G₃ Io) und/oder Spalten (8) auftretende Gasströmung holier Geschwindigkeit auf die Umhüllung und/oder auf Sprengstoff geleitet wird und/oder ZUndketten aus explodierenden Drähten in den Sprengkörper untergebracht werden.
2. 2. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlräumen und/oder Spalten in definierten Abständen Staustellen für die Gasströmung angebracht werden,
3. ^. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengkörper mit wenigstens einer Bohrung (6) versehen wird, die hintereinander liegende Staustellen besitzt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengkörper aus hintereinander angeordneten Einzelkörpern besteht.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengkörper mit einem Zündstab versehen wird, der eine durchgehende Bohrung mit hintereinander liegenden Staustellen aufweist.
6. 6. Sprengkörper mit definierter Zerlegung seiner Umhüllung, gekennzeichnet durch Hohlräume (6,lo) und/ oder Spalten (8) und/oder Zündketten aus explodierenden Drähten im Sprengstoff (j).

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7. 7. Sprengkörper nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (6, 10) und/oder Spalten (8) mit inertem Material ausgekleidet sind.
8. 8. Sprengkörper nach Anspruch β oder 7j dadurch gekennzeichnet, daß er eine axiale Bohrung (6) mit hintereinanderliegenden Staustellen aufweist.
9. 9. Sprengkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengkörper aus einer Anzahl mit oder ohne Abstand hintereinander angeordneter ein-

   : zelner Sprengkörper besteht. ·
10. 10. Sprengkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 9.» dadurch gekennzeichnet, daß er einen Zündstab mit durchgehender Bohrung und hintereinander liegenden Staustellen aufweist, ·