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Verfahren zum Füllen großer Unterwassersprengkörper Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Füllen großer Unterwassersprengkörper, wie z.B. Torpedogefechtsköpfe,
Seeminen und Unterwasserbomben, mit gießfähigen Sprengstoffen, insbesondere mit
schmelzbarem Trinitrotoluol.
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Bei derartigen Unterwassersprengkörpern ist es erforderlich, die Sprengladungen
möglichst riss- und lunkerfrei herzustellen, um Transport- und Beschußsicherheit
zu gewährleisten. Außerdem dürfen in den Sprengladungen nach dem Guss weder durch
mechanische Beanspruchung des Unterwassersprengkörpers noch durch Temperaturschwankungen
Risse entstehen. Dies ist umso schwieriger zu erreichen, je größer die Sprengladungen
sind. Ebenso muß ein gegebenenfalls vorhandenes Trimmgewioht, das aus Schwermetall,
z.B. Blei, besteht und im Inneren oder am Rande der Sprengladung angeordnet ist,
derart ausgebildet sein, daß weder durch StoE- und Vibrationsbelastung noch durch
Temperaturschwankungen Risse in der Sprengladung ausgelöst werden.
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Es ist bereits bekannt, die Innenwände eines Sprengkörpers zur Verhinderung
der Rissbildung bei Einwirkung eines Stosses mit einer dicken Schicht eines bei
hohen Temperaturen schmelzenden Bitumens (Schmelzpunkt etwa 15oOC)
auszukleiden.
Dabei wird zunächst der Ladungsbehälter erwärmt und nach Zugabe der notwendigen
Bitumenmenge in rotierende Bewegungen um eine oder mehrere Achsen versetztes um
die schmelzflüssige Bitumenmasse auf der Innenwandung zu verteilen.
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Die elastischen Eigenschaften der Bitumenschicht sollen Rissbildung
oder Zerbrechen der Sprengladung bei Einwirkung eines externen Stosses verhindern.
Nach diesem bekannten Verfahren ist es jedoch nahezu unmöglich, die Bitumenschicht
ausreichend gleichmäßig auf der Innenwand des Behälters eines großen Sprengkörpers
zu verteilen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im Inneren des Behälters
Rohre, Spanten oder Verstrebungen vorhanden sind, Ungleichmäßige Schichten, insbesondere
Stellen mit geringer Schichtdicke führen jedoch bekanntlich bei Stossbelastung zu
Rissbildung in der Sprengladung bzw. zum Zerbrechen.
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Außerdem können nach dem bekannten Verfahren keine Ladungsbehälter
aus glasfaserverstärktem Kunststoff behandelt werden, da letztere durch die hohe
Schmelztemperatur des eingebrachten Bitumens zerstört werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Sprengladungen in großen
Unterwassersprengkörpern Risse und lunkerfrei, sowie gegen Temperaturschwankungen
und mechanische Beanspruchlmg unempfindliche Sprengladungen herzustellen. (Mit dem
Begriff "Große Unterwassersprengkörper" werden im Rahmen dieser Erfindung Sprengkörper
bezeichnet, die wenigstens 25 kg Sprengstoff enthalten).
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenwandung
des Ladungsbehälters unter Verwendung eines Hochdruckspritzgerätes zunächst mit
einer 3itumenscicht
gleichmäßig ausgekleidet, anschließend der Behälter
zur Verzögerung der Abkühlung des Sprengstoffes mit einer oder mehreren Wärmeisolationsschichten
ummantelt wird und dann mit Sprengstoffschmelze gefüllt wird, in die während des
Giessens Aluminiummatten oder -geflechte zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Gusskörpers
eingelegt werden.
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Der Ladungsbehälter des Unterwassersprengkörpers kann aus Stahlblech,
Aluminium oder glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen. Der Auftrag der Bitumenschicht
auf die Innenwalldung mit einem Hochdruckspritzgerät ist sehr fein regulierbar,
so daß gleichmäßige Schichtdicken ohne Schwierigkeiten aufgespritzt werden können.
Auch Rohre oder Verstrebungen im Innern des Behälters werden gleichmäßig mit einer
Bitumenschicht überzogen. Eine Schichtdicke von etwa 0,2 bis 5 mm, vorzugsweise
1,5 bis 2,5 mm, hat sich als ausreichend und besonders elastisch erwiesen, so daß
von außen auf den Behälter iibertragene Stöße genügend gedämpft werden. Hierdurch
wird die Transportsicherheit des Unterwassersprengkörpers bedeutend erhöht. Es wurde
außerdem gefunden, daß die Neigung zur Rissbildung bei der Herstellung großer Sprengladungen
durch eine extrem langsame Abkühlung des schmelzflüssigen Sprengstoffes nach dem
Gießen sehr stark herabgesetzt wird. Erfindungsgemäß wird dies olme großen Aufwand
dadurch erreicht, daß der Ladungsbehälter des Unterwassersprengkörpers mit abnehmbaren
und damit wieder verwendbaren Wärmeisolationsschichten umiantelt wird. Diese Schichten
können z.B. aus Glas-, SteinvJolle, Schaumgummi, geschäumten Kunststoffen, Pressholzplatten,
Filz oder Kork bestehen. Die Dicke und Auswahl des Materials der Isolationsschicht
ist abhängig von der erforderlichen Abkühlzeit und richtet sich nach
der
Art der Ladung. Bei einem Unterwassersprengkörper mit etwa 260 kg Sprengstoff wurde
z.B. eine 5 cm dicke Schicht aus Schaumgummi verwendet. Die abkühlzeit betrug vier
Tage.
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Die während des Giessens in den Sprengstoff eingelegten Aluminiummatten
oder -geflechte erhöhen nach dem Erhärten die Zugfestigkeit des Gusskörpers und
setzen somit dessen Neigung zur Rissbildung auf ein Minimum herab.
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Außerdem ist Aluminium ausgezeichnet sprengstoffverträglich und liefert
als metallischer Brennstoff bei der Reaktion noch zusätzliche Energie. Als besonders
günstig haben sich Aluminiummatten mit Flächengewichten von 10 bis 500 g/m2J vorzugsweise
loo bis 200 g/m2> und Maschenweiten von 1 bis 50 mm, vorzugsweise 5 bis lo mm,
erwiesen. Die Aluminiummatten oder -geflechte können als einfache Lage verwendet
werden oder in mehrfachen Lagen aufeinander gelegt werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch die Kombination mehrerer neuer Verfahrensschritte, wie Aufspritzen einer
gleichmäßig starken Bitumenschicht auf die Innenwandung des Ladungsbehälters mit
einem Hochdruckspritzgerät, Ummantelung des Behälters in einfacher Weise zur Steuerung
der AbkUhlung des schmelzflüssigen Sprengstoffs und Einlegen einer oder mehrerer
Lagen Aluminiummatten oder -geflechte während des Gießens zur Erhöhung der Zugfestigkeit
des erstarrten Sprengstoffs, große Unterwassersprengkörper hergestellt werden können,
deren Sprengladung weder nach dem Gießen und Erstarren des Sprengstoffs Risse aufweist
noch bei Stoss- oder Vibrationsbelastungen von außen Rissbildung zeigt.
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Befindet sich gegebenenfalls in der Sprengstoffladung oder an ihrem
Rand ein Trimmgewicht, so werden die oben beschriebenen Verfahrensschritte wie folgt
ergänzt: Zur Aussparung des Volumens für das Trimmgewicht wird während des Gießens
ein Verdränger verwendet, der die Abmessungen des Trimmgewichtes hat und so angeordnet
wird> daß er nach dem Erstarren des Sprengstoffes leicht herausgezogen werden
kann. Der Verdränger ist je nach der Form des Trimmgewichtes z.B. als Scheibe oder
Zylinder ausgebildet und besteht aus Metall oder Kunststoff. Der Verdränger wird
mit einer elastischen Wärmeisolationsschicht ummantelt, um eine Rissbildung in der
Sprengladung während des Erstarrens zu vermeiden. Gut geeignet sind Schichten aus
Weichgummi mit einer Dicke von etwa 1 bis 50 mm, vorzugsweise 5 bis lo mm, die auf
die Oberfläche des Verdrängers geklebt werden.
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Bei scheiben- oder zylinderförmigen Verdrängern genügt es jedoch,
lediglich die Seitenflächen mit der elastischen Wärmeisolationsschicht zu versehen.
Die unterschiedliche Kontraktion des Verdrängers und des Sprengstoffes während der
Abkühlung wird durch diese elastische Schicht ausgegleichen, so daß eine Rissbildung
im Sprengstoff verhindert wird.
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Das Trimmgewicht, das aus Bleizylindern oder Bleischeiben besteht,
wird erfindungsgemäß vor dem Einsetzen in den dafür vorgesehenen Hohlraum im erstarrten
Sprengstoff mit einer Schicht aus hochschmelzendem Bitumen umgeben. Die Schichtdicke
beträgt etwa o,2 bis 5 mm, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 mm. Diese Bitumenschicht verhindert
die Berührung
von Sprengstoff und Trimmgewichtmaterial und wirkt
durch ihre Elastizität stossdämpfend, so daß keine Rissbildung im Sprengstoff bei
Übertragung von externen Stößen auftreten kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll durch das folgende Beispiel näher
erläutert werden: Auf die Innenwandung eines aus glasfaserverstärktem Kunststoff
bestehenden Ladungsbehälters mit einem Volumen von 152 Litern wurde mit einem Hochdruckspritzgerät
eine gleichmäßig dicke Bitumenschicht von etwa 2 mm Stärke aufgetragen. Der Schmelzbereich
des Bitumens lag zwischen 150 und 16o0C. Der mit Bitumen ausgekleidete Behälter
wurde dann mit einer 5 cm dicken Schicht aus Schaumgummi, das ein Flächengewicht
von 550 g/m² besaß, ummantelt. Ebenso wurde der Deckel des Behälters, der lediglich
zum Einfüllen des Sprengstoffs und zum Austreten der Luft je eine oeffnung besaß,
von außen mit Schaumstoff isoliert. Der derartig vorbereitete Behälter mit Deckel
wurde anschliessend auf 70°C vorgewärmt. Unmittelbar nach Erreichen dieser Temperatur
erfolg der Stückenguss (Kantenlänge der Stücke etwa 30 bis 50 mm, Staubanteil abgesiebt),
wobei etwa zunächst/ein Drittel des Gesamtvolumens mit der gießfähigen Sprengstoffmischung
gefüllt wurde. Dann wurde langsam etwa 30 bis 4o ß gestückter Sprengstoff unter
gleichmäßiger erteilung in die Schmelze gegeben. Der Sprengstoff bestand aus 40
% Trinitrotoluol, 5 ß Wachs 25 ß Aluminium und 30 ffi Hexogen. Auf der Oberfläche
der mit Stückengut versehenen Schmelze wurde sodann eine vorbereitete Aluminiummatte
(Maschenweite 5 mm, Flächengewicht 120 g/m2) in
dreifacher Lage
ausgebreitet. Nach dem Füllen eines weiteren Drittels des Behälters wurde wiederum
eine Aluminiummatte eingelegt. Anschließend wurde bis etwa 5o mm unter den Rand
des Behälters aufgefüllt und wiederum eine Schicht aus ß bis 4 Lagen der Aluminiummatten
auf die rauhe Oberfläche der Ladung gelegt. Auf diese wiederum wurden ringförmige
Matten bestehend aus ) bis 4 Lagen gebracht, so daß in der Mitte ein freier Raum
zur Aufnahme des Verdrängers zur Verfügung stand. Nach Befestigung des Deckels,
an dem der Verdränger angeschraubt wie ,5 wurde der Ladungsbehälter vollständig
mit Sprengstoffschmelze aufgefüllt. Der Verdränger bestand aus einer Stahlblechscheibe
mit einem Durchmesser von 226 mm, einz dicke von 20 mm und einer Schrägung von 50.
Die Mantelfläche des Verdrängers war mit einer etwa lo mm dicken Weichgummischicht
beklebt. Nach einer Abkühlzeit von 4 Tagen wurde der Deckel vorsichtig abgehoben,
nachdem vorher die Befestigungsschrauben des Verdrängers gelöst worden waren.
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Der Verdränger wurde anschließend mit einer Abziehvorrichtung vorsichtig
und senkrecht aus dem erstarrten Sprengstoff gezogen. An der Sprengstoffoberfläche,
ebenso wie in der Aussparung für das Trimmgewicht waren keine Risse zu erkennen.
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Der Ladungsbehälter wurde dann mit dem Abschlußdeckel, an dem das
Trimmgewicht befestigt war, verschlossen. Auf diese Weise wurde das Trimmgewicht
in die dafür vorgesehene Aussparung der Sprengladung gebracht. Das Trimmgewicht
bestand aus einer Bleischeibe mit einem Durchmesser von 240 mm und einer Schichtdicke
von 20 mm. Das Gewicht betrug lo kg. (Wenn der Schwerpunkt des Sprengkörpers ein
geringeres Trimmgewicht erfordert, wird aus der Mitte der Scheibe soviel Blei ausgedreht,bis
das erforderliche Gewicht erreicht ist). Die Bleischeibe war mit
einer
2 mm dicken Schicht aus hochschmelzendem Bitumen umhüllt.
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Der auf diese Weise fertiggestellte Sprengkörper wurde wie folgt auf
Transport- und Beschußsicherheit getestet: Der Sprengkörper wurde in den drei Hauptachsen
mit exponentiellem Frequenzdurchlauf nacheinander bei -loOC und bei 55°C vibriert.
Dabei betrugen die Frequenzen lo bis loo Hz. Die Dauer eines Zyklus von lo-loo-lo
Hz lag bei 7 Minuten. Die Gesamtprüfdauer des jeweils temperierten Sprengkörpers
betrug für jede Achse 45 Minuten. Nach dem Test wurde der Deckel mit dem Trimmgewicht
abgenommen.
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In der Sprengladung, insbesondere in der Aussparung für das Trimmgewicht,
konnten keine Risse festgestellt werden.
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Der gleiche Sprengkörper wurde anschließend einer Schockprüfung unterworfen.
In jeder der 6 Hauptrichtungen erfolgt ein Schock mit einer Dauer von ii ms. Die
Beschleunigungsamplitude für die Längsachse des Körpers betrug das 11,)-fache, für
die beiden anderen Achsen das 26-fache der Erdbeschleunigung.
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Nach Beendigung der Prüfung konnten keine Risse in der Sprengladung
festgestellt werden.