DE2506882C1

DE2506882C1 - Verfahren zur Herstellung von Hochbrisanz-Sprengestofformkoerpern durch Giessen

Info

Publication number: DE2506882C1
Application number: DE19752506882
Authority: DE
Inventors: Dietmar Kuehnl; Anton Dipl-Chem Dr Reichel; Theodor Rosendorfer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1980-10-02
Also published as: FR2442811B3; BE838728A; GB1588622A; FR2442811A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen Hochbrisanz-Sprengstoffformkörpern mit einem hohen Anteil an mindestens einem nicht geschmolzenen (festen) Hochbrisanz-Sprengstoff, insbesondere Hexogen, in verschiedenen Korngrößen und einem geringeren Anteil an mindestens einem geschmolzenen Sprengstoff, insbesondere TNT, wobei beide erhitzten Sprengstoffanteile suspendiert und dann in eine Form oder gleich in die Gefechtskopfhülle gegossen und dort der feste Sprengstoffanteil gegebenenfalls verdichtet und die Suspension unter Druck gesetzt wird, worauf die Abkühlung des festen und geschmolzenen Sprengstoffanteils auf Raumtemperatur insbesondere in mehreren Stufen erfolgt.

Ein solches Verfahren zur Herstellung von Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern ist in der deutschen Patentschrift 12 07 842 beschrieben. Hierbei sind folgende besondere Verfahrensschritte nach Einfüllen der Schmelze in die Gießform vorgesehen:

a) Verdichten des festen Sprengstoffanteils der Suspension in der beheizten Form mittels eines hohlen, an seiner Stirnseite durchlässigen, ebenfalls beheizten Auflaststempels;

b) nach Verdichten des festen Sprengstoffanteils Einwirken eines atmosphärischen Überdrucks auf den geschmolzenen Anteil und Entfernen des Auflaststempels durch diesen Überdruck und

c) weitere Unterdrucksetzung durch atmosphärischen Überdruck des geschmolzenen Anteils bis zu dessen Erstarrung.

Auf diese Weise hergestellte Hochbrisanz-Sprengstofformkörper finden insbesondere Verwendung als Hohlladungen, von denen eine hohe Leistungsdichte, Rotationssymmetrie, chemisch-physikalische Homogenität und, um Rissefreiheit zu garantieren, Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen gefordert wird. Erst die Erfüllung all dieser Eigenschaften garantiert die Ausbildung eines einwandfreien Hohlladungsstachels höchster Durch-

lü Schlagsleistung. Das Verdichten des festen wertvolleren Hexogens schafft die Voraussetzung für eine hohe spezifische Sprengleistung. Die Homogenität der Ladung und deren Rissefreiheit ergeben einen rotationssymmetrischen Kollaps der Metallauskleidung

1-3 des Hohlladungstrichters, was in Verbindung mit der Detonationswellenlenkung, der Art der Auskleidung und dem Au^kleidungswinkel zu einem spitzen, langgestreckten, durchschlagskräftigen Hohlladungsstachel mit exakt hintereinanderliegender Folge seiner Partikel führt.

Wie schon angedeutet, können extreme Temperaturschwankungen, denen die Gefechtsköpfe in Wüsten und arktischen Regionen ausgesetzt sind, große innere Spannungen im Sprengladungsformkörper und damit

2') Rißbildungen verursachen. Diese Tendenz wird noch verstärkt dadurch, daß der chemische Sprengstoff wesentlich größere positive und negative Dehnungen aufweist als die aus Metall bestehende Gefechtskopfhülle. Außerdem sind die Sprengstoffe als solche in ihrer

jo Chemie relativ rasch Alterungserscheinungen unterworfen, die sich hauptsächlich auch in Rißbildungen zeigen. Besonders Längsrisse und Risse im vorderen Teil der Ladung, also in der Nähe der Trichterauskleidung, wirken sich insofern verheerend auf die Ausbildung eines durchschlagskräftigen Stachels aus, als im Bereich der Längsrisse die Detonationsfront örtlich vorauseilt und dadurch ein rotationsmäßig unsymmetrischer Kollaps zustande kommt, der einen zerstreuten Stachel mit nur einem Bruchteil der vorgesehenen Durchschlagsleistung aufbringt.

Um die volle militärische Effektivität der eingangs genannten Sprengladungen sicherzustellen und deren Leistungsfähigkeit noch zu verbessern bzw. zu steigern, ist es Aufgabe der Erfindung, durch Ergründung der Zusammenhänge, die zur Leistungsbeeinträchtigung der Ladungen während ihrer Herstellung führen, Wege und Maßnahmen vorschlagen zu können, durch weiche die Mängel ausgeschaltet werden. Insbesondere stellt sich diese Aufgabe im Hinblick auf die industrielle Massenfertigung von solchen Sprengstoffkörpern.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Kristallisationspunkt des geschmolzenen Sprengstoffanteils beim Abkühlen durch die vorhergehende Gießtemperatur und die Haltezeit, während der die Suspension auf dieser Temperatur verbleibt, gesteuert wird, derart, daß bei höheren Gießtemperaturen die Haltezeit der Suspension verkürzt wird. Wird TNT als der zu schmelzende Sprengstoffanteil verwendet, so werden gemäß der Erfindung als Grenzen und Daten für die Gießtemperatur 90 bis 95°C und die Haltezeit 45 Minuten bis 6 Stunden angegeben.

Im Rahmen der Erfindung bestehen also Wechselwirkungen zwischen der jeweiligen Gießtemperatur und der Haltezeit, insofern, als einer höheren Gießtemperatur eine kürzere Haltezeit zuzuordnen ist und umgekehrt.

Die Maxime der Erfindung liegt darin, eine optimale

Verbindung zwischen den beiden in ihren Aggregatzuständen hybriden Sprengstoffanteilen, nämlich dem wertvolleren, einen höheren Prozentsatz aufweisenden festen Sprengstoffanteil, insbesondere Hexogen, und dem weniger wertvollen, einen geringen Prozentsatz aufweisenden flüssigen und dann wieder erstarrten Sprengstoffanteil, insbesondere TNT, zu erreichen.

Diese Forderung wird mit Hilfe der Erfindung erfüllt, indem hierdurch der Kristallisationspunkt beim Abkühlen der Schmelze möglichst hoch gehalten wird. Dadurch entstehen grobe TNT-Kristalle, die ein sehr gutes Verbindungsvermögen zu den benachbarten Hexogenkörnern besitzen, wodurch die Ladung weitgehendst risseunempfindlich wird. Auf diese Zusammenhänge und die gesamte Problematik des erfindungsgemäßen Themas wird wie folgt ausführlich eingegangen:

Forschungen und Versuche haben, wie bereits darauf hingewiesen, bestätigt, daß verschiedene Parameter bei der gießtechnischen Herstellung von Hohlladungen für deren Unempfindlichkeit gegen Rißbildungen und mechanische Festigkeit verantwortlich sind. So weiß man, daß beim Erstarren des in der Sprengstoffsuspension geschmolzenen TNT (Schmelzpunkt 80,6° C), abhängig von der Temperaturhöhe des Kristallisationspunktes, sich verschiedene Kristallformen des TNT mit unterschiedlichen Eigenschaften ausbilden. Liegt der Kristallisationspunkt über 70⁰C, z.B. bei 75°C, so entstehen, wie bereits erwähnt, langgezogene, grobe TNT-Kristalle mit gutem Verbindungsvermögen zu den benachbarten Hexogenkörnern und sehr geringer Rißanfälligkeit gegenüber inneren Spannungen aufgrund hoher Temperaturschwankungen und äußerer Gewalteinwirkungen, z. B. beim Verladen und während des Transports der Gefechtsköpfe. Dagegen liefern Kristallisationen mit niedriger Erstarrungstemperatur, z.B. 50 bis 65°C, unbefriedigende Ergebnisse bzw. rißanfällige Ladungen, weil hierbei ein feinkristallines Gefüge entsteht. Die entscheidenden Parameter zur Steuerung der Temperaturhöhe des Erstarrungspunktes für die TNT-Schmelze sind die Temperaturhöchstgrenze des geschmolzenen TNT und die Haltezeit, während der das bereits geschmolzene TNT auf dieser Höchsttemperatur verbleibt. Dies ist die Gießtemperatur, mit der die erhitzte Suspension in die Formen oder gleich in die Gefechtskopfhüllen eingegossen wird. Versuche haben gezeigt, daß eine zu lange Haltezeit auf Gießtemperatur, z. B. über 4 Stunden, den Erstarrungspunkt nach tieferen Temperaturen hin (unter 70⁰C) genau so verlegt wie eine zu hohe Gießtemperatur, die aus diesem Grund 95° C, im Höchstfall 100⁰C nicht überschreiten soll.

Wie nämlich Untersuchungen weiter ergeben haben, sind für die Kristallisation beim Abkühlen der Schmelze sogenannte Kristallisationskeime verantwortlich, von denen die Kristallbildung ausgeht und dann sehr rasch abläuft. Die Kristallisationskeime selbst sind, so glaubt man erkannt zu haben, in der flüssigen Phase verbliebene einzelne Kristalle oder Kristallreste, die nur eine begrenzte Zeitdauer und nur bis zu einer gewissen Temperatur über dem Schmelzpunkt existieren und oo dann ganz verschwinden. Es besteht dabei eine Wechselwirkung zwischen dieser Temperatur und der Haltezeit, d. h., je höher diese Temperatur zum Schmelzen der weniger wertvollen Sprengstoffanteile bzw. die Gießtemperatur ist, desto kürzer muß die t» Haltezeit sein, während der die Schmelze auf dieser Temperatur verbleiben kann, um noch Kristallisationskeime in der Schmelze »überleben« zu lassen.

Umgekehrt gilt: Je länger die benötigte Haltezeit ist, desto tiefer bzw. weniger hoch über dem Schmelzpunkt darf die Gießtemperatur liegen.

Unter dem Begriff Aufheiztemperatur ist die Höchsttemperatur gemeint, auf welche die Sprengstoffsuspension gebracht wird und auf der sie während der gesamten Gießzeit gehalten wird; die Aufheiztemperatur ist also mit der Gießtemperatur gleichzusetzen. Es wird hierzu auf die ursprünglichen Anmeldungsunterlagen, z. B. Seite 6 und Anspruch 1 verwiesen.

Ferner versteht sich der Begriff »Aufheizdauer« als »Haltezeit«, während der die Suspension auf der Gießtemperatur gehalten wird. Hierzu wird auf die ursprünglichen Unterlagen, Seite 5 unten sowie die Seite 6 oben in Äquivalenz zum ursprünglichen Anspruch 3 verwiesen, wonach auf der ursprünglichen Seite 6, Zeilen 6 und 7 die in Rede stehende kritische Zeit mit »Haltezeit« und im ursprünglichen Anspruch 3 mit »Aufheizdauer« bezeichnet wird.

Andererseits besteht jedoch die Forderung, insbesondere bei industrieller Massenfertigung von Gefechtsköpfen, nach einer möglichst hohen Gießtemperatur, um die Suspension gut gießfähig (gießfreudig) zu halten, wodurch bereits ein Gießling mit besserer Gießstruktur und dichterer Sedimentation erreicht wird. TNT schmilzt bei 80,6° C.

Die Toleranzzone für die zur Erzielung eines möglichst hohen Kristallisationspunktes nach oben begrenzten (möglichst niedrigen) Aufheiztemperaturen einerseits und für die hinsichtlich der Gießfreudigkeit der Sprengstoffsuspension erforderlichen (möglichst hohen) Gießtemperaturen andererseits ist bei einer industriellen Massenfertigung mit Rücksicht auf wirtschaftliche, d. h. möglichst große Gießmengen (Chargen) nicht allzu breit. Außerdem spielt noch, wie bereits erwähnt, die Haltezeit für die Gießtemperatur eine entscheidende Rolle, denn die Schmelze muß während der ganzen Gießzeit, auch dann noch, wenn die letzte der Formen vollgegossen wird und ferner während der nachfolgenden Sedimentation, der Auflastverdichtung und der atmosphärischen Verdichtung der einzelnen Sprengstoffsuspensionen in den Formen über ihrem Erstarrungspunkt flüssig gehalten werden.

Nun hat sich aber bei der industriellen Massenfertigung von Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern gezeigt, daß die erforderlichen relativ engen Herstellungstoleranzen in bezug auf die erwähnten Temperaturgrenzen und konstanten Aufheizzeiten bzw. Haltezeiten, bedingt durch die differierende Chemie der Ausgangsstoffe, die apparativen Schwankungen und die zulässigen Maß- und Meßungenauigkeiten der verwendeten Geräte, nicht immer eingehalten werden. Präzise ausgedrückt heißt das, daß bisher bei Massenfertigungen im günstigen Fall die von der Erfindung erkannten und vorgeschlagenen Daten, Grenzen und deren Wechselwirkungen rein zufällig eingehalten wurden, während im ungünstigen Fall diese unbewußt ignoriert wurden. Mit anderen Worten, bisher wurde diesbezüglich nur mit Glück und Zufall gearbeitet.

Der Erfindung kommt daher das Verdienst zu, entscheidende Parameter in ihren Auswirkungen und Zusammenhängen erkannt und der Fachwelt zur Lösung eines anstehenden Problems zugänglich gemacht zu haben, so daß es möglich ist, von der labormäßigen Herstellung solcher Sprengstoffkörper ohne Qualitätsrisiko in industrielle Massenfertigung überzugehen, da die jeweils kritischen und zulässigen Höchsttemperaturen und Haltezeiten nunmehr von

vornherein erfaßbar und berechenbar sind, so daß mit Rücksicht auf diese Kriterien der gesamte Fertigungsablauf diesbezüglich planbar ist.

Anstelle von Hexogen kann Oktogen und anstelle von TNT kann Trinotrobenzol verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern durch Gießen mit einem hohen Anteil an mindestens einem nicht geschmolzenen (festen) Hochbrisanz-Sprengstoff, insbesondere Hexogen, in verschiedenen Korngrößen und einem geringeren Anteil an mindestens einem geschmolzenen Sprengstoff, insbesondere TNT, wobei beide erhitzten Sprengstoffanteile suspendiert und dann in eine Form oder gleich in die Gefechtskopfhülle eingegossen und gegebenenfalls dort der feste Sprengstoffanteil verdichtet und dann die Suspension unter Druck gesetzt wird, worauf die Abkühlung des festen und geschmolzenen Sprengstoffanteils auf Raumtemperatur gegebenenfalls in mehreren Stufen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristallisationspunkt des geschmolzenen Sprengstoffanteiles beim Abkühlen durch die vorhergehende Gießtemperatur und die Haltezeit, während der die Suspension auf dieser Temperatur verbleibt, gesteuert wird, derart, daß bei höheren Gießtemperaturen die Haltezeit der Suspension verkürzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristallisationspunkt beim Abkühlen der Schmelze möglichst hoch gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von TNT als den zu schmelzenden Sprengstoffanteil die Gießtemperatur für die Sprengstoff-Suspension zwischen 90 bis 95° C und die Haltezeit 45 Minuten bis 6 Stunden beträgt.