DE2756670C2

DE2756670C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Heißformung zweibasiger Propergolblöcke

Info

Publication number: DE2756670C2
Application number: DE19772756670
Authority: DE
Inventors: Pierre Cougoul; Bernard Jean Felix Victor Doin; Andre Hubert Saint Medard-en-Jalles Hiss
Original assignee: NATIONALE DES POUDRES ET EXPLOSIFS 75181 PARIS FR Ste
Current assignee: NATIONALE DES POUDRES ET EXPLOSIFS 75181 PARIS FR Ste
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-12-19
Publication date: 1983-05-26
Also published as: FR2376094A1; YU39625B; YU293777A; IT1091375B; DE2756670A1; GB1580948A; FR2376094B1

Description

(a) eine Einrichtung (9,15, 17, 24) zum dichten Abschließen des Formhohlraums (7),

(b) eine Einrichtung (19) zum Evakuieren des Formhohlraums (7),

(c) eine Einrichtung (4) zum Aufheizen der Form (!) und des Stempels (8) a-jf eine Temperatur zwischen 50 und 120" C

und

(d) einen am Boden der Form (5) befestigten, als Berstscheibe dienenden bzw. durch Abscheren öffnenden Deckel (6) zum Öffnen des Formhohlraums (7) im Fall einer unbeabsichtigten Entzündung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Heißformung von Blöcken aus zweibasigen Propergolen, die Nitrocellulose. Nitroglycerin und verschiedene Additive enthalten.

Aus der DE-OS 15 71 241 ist ein Verfahren zur Herstellung von Treibmittelkörnern auf der Basis von zusammengesetzten Propergolen mit v..rem thermoplastischen Bindemittel bekannt, die 50 bis 80% eines pulverförmigen anorganischen Oxidationsmittels enthalten, das in einer Matrix des polymerisierten Bindemittels dispergiert ist. Bei diesem Verfahren liegt entsprechend ein heterogenes System vor, wobei zwischen dem Oxidationsmittel und dem brennbaren Bindemittel keine Reaktion erfolgt. Die Verarbeitung derartiger Systeme ist daher bei Raumtemperatur wie auch bei erhöhten Temperaturen um 100⁰C nicht mit Gefahren durch mögliche Selbstentzündung verbunden.

Im Gegensatz dazu ist bei der Verarbeitung zweibasiger Propergole das Risiko einer Selbstentzündung außerordentlich hoch.

Bisher wird die Formgebung von Blöcken aus zweibasigen Propergolen durch Heißextrusion mit Strangpressen oder Schneckenpressen vorgenommen. Nach derartigen Verfahren lassen sich iedoch nur Vollblöcke oder Blöcke mit zentralen Kanälen herstellen, die an beiden Enden münden. Die Herstellunp solcher Blöcke erfordert oft zahlreiche Bearbeitungsvorgänge, um bestimmt dimensionierte Außen- oder Innenkonturen zu erzeugen, die sich nicht direkt durch das Extrtisionsverfahren selbst herstellen lassen.

In den FR-PS 14 02 342 iinci Ie 04 957 ist ein Verfahren zur Heißformung von zweibasigen Propergolblökken angegeben. Nach diesem Verfahren wird versucht, den thermoplastischen Zustand des Propergols dadurch zu erzielen, daß dieses in einer beheizten Form, in der

sich ein Preßstempel hydraulisch verschieben läßt, gehalten wird, bis das Propergol die Form durch Fließen völlig ausfüllt

Wenn die Masse des zweibasigen Propergols nicht in einem abgeschlossenen Volumen eingeschlossen ist können die bei der Verbrennung entstehenden Gase entweichen; in diesen Fällen isi eine Selbstentzündung lediglich eine zwar unerwünschte, jedoch nicht unbedingt kritische Erscheinung, während im Gegensatz dazu beim EinschluE zweibasiger Propergole in einem ge- schlossenen Volumen die Entzündung außerordentlich rasch (innerhalb einiger ms) zu einer Explosion führt

Der Temperaturbereich für derartige Formvorgänge, innerhalb dessen die entsprechenden Verfahrensschritte mit ausreichender Sicherheit durchgeführt werden können, ist daher bei zweibasigen Propergolen auf einen Wert unter 85° C begrenzt da oberhalb dieser Temperatur Selbstentzündungsrisiken vorliegen.

Innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs befinden sich die zweibasigen Propergole allerdings nicht in einem ausreichend thermoplastischen Zustand, um eine wirksame Heißverforrnung zuzulassen, weshalb allgemein die Temperaturgrenze von 85° C zur E;zielung eines geeigneten thermoplastischen Zustands erheblich überschritten werden muß. was andererseits bisher auf Grund des Selbstentzündungsrisikos nicht möglich war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Heißformung von Blöcken und anderen Antriebsladungen aus zweibasigen Propergolen anzugeben, die bei Temperaturen oberhalb 85°C ein sicheres Arbeiten ermöglichen.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Heißformung zweibasiger Propergolblöcke durch

(a) Einsetzen eines Propergol-Rohlings in eine Form mit einem Formhohlraum, der einem Teil des Außenprofils des zu erzeugenden Formkörpers entspricht, in die ein Stempel mit dem komplementären Teil des Profils des zu erzielenden Formkörpers bewegt werden kann,

(b) Schließen der Form und Aufheizen von Form. Stempel und Rohling,

(c) Verschieben des Stempels in den Formhohlraum hinein unter Kompression und Verformung des Rohlings unter Druck zum entsprechenden Formkörper sowie

(d) Entnahme des erhaltenen Formkörpers

ist dadurch gekennzeichnet, daß die Form nach dem Einsetzen des Rohlings dicht verschlossen wird, im Formhohiraum ein Vakuum erzeugt wird und Formhohlraum und Stempel auf eine Heißformungstemperatür zwischen 50 und 120° C aufgeheizt werden.

Nach dem dichten Schließen der Form und vor dem Verschieben des Stempels wird entsprechend die zwischen Form und Rohling verbliebene Luft abgepumpt, wobei ein kräftiges Vakuum, vorteilhaft unterhalb 30 mbar und insbesondere < 10 mbar. erzeugt wird und der vom Stempel auf den Rohling ausgeübte Druck oberhalb 150 bar liegt. Das hohe Vakuum wird bevorzugterweise während der gesamten Verschiebung des Stempels aufrechterhalten. <>5

Durch die Arbeitsweise im Vakuum unter Verwendung einer dichten Form wird einerseits jegliche gefährliche adiabatische Kompussion der in dem Formhohlraum verbliebenen Luft während des Kompressionsvorgangs, also der Verschiebung des Stempels, vermieden, die zu einer Selbstentzündung des Propergols führen könnte, andererseits wird auch die Einführung von Luftblasen in die Propergolmasse hierdurch vermieden; hinzu kommt ferner, daß auch Zersetzungsgase in gleicher Weise entfernt werden können, die während des Heißfließens des Propergols auftreten könnten, da die eingeschlossene Luft und die Zersetzungsgase ebenfalls zur Selbstentzündung führen können.

Der Rohling wird vorteilhaft mit einem Extruder durch Heißextrusion eines Propergolstrangs und dessen Zerschneiden zu Rohlingen mit etwa dem Gewicht und dem Volumen des zu erzeugenden Formkörpers hergestellt

Das Volumen des Rohlings kann gleich dem durch die maximale Eindringtiefe des Kolbens der hydraulischen Presse festgelegten verbleibenden Volumen des Form hohlraums sein oder leicht darüber liegen.

Die Rohlinge werden vorzugsweise vor ihrem Einsetzen in den Formhohlraum auf die Heiformungstemperatur gebracht: dieses Aufheizen kann ö'jrch Einbringen der Rohlinge in einen auf die entsprechende Temperatur aufgeheizten Behälter geschehen, wenn die Rohlinge die Strangpresse verlassen.

Der Formhohlraum und der Stempel werden während des Heißformungsvorgangs auf eine Temperatur zwischen 50 und 120°C, vorteilhaft auf eine Temperatur über 87° C und insbesondere auf eine Temperatur von 90 bis 110° C gebracht.

Der über den Stempel auf den Rohling ausgeübte Druck liegt vorteilhaft zwischen 150 und 1200 bar und vorzugsweise zwischen 250 und 1000 bar.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Propergol ist vorteilhaft ein zweibasiges Propergol (Nitrocellulose-Nitroglycerin). das durch Extrusion oder Laminieren nach ohne Lösungsmittel arbeitenden Verfahren hergestellt ist.

Zweibasige Propergole dieses Typs haben beispielsweise folgende Zusammensetzung:

Zusammensetzung 1:	Gew.-Teile
Nitrocellulose Nitroglycerin Centralit	58 42 I
Zusammensetzung 2:	Gew.-Teile
Nitrocellulose Nitroglycerin Diäthylphthalat Äthylcentralit	59 31 8 3
Zusammensetzung 3:	Gew.-Teile
Nitrocellulose Nitroglycerin Kaliumkryolith Centralit	56 37 3 2

Die Angaben sind jedoch lediglich beispielhaft.

Die erfindungsgemafie Vorrichtung umfaßt eine Form mit einem Fornihohlraum. der einem Teil des Außenprofils des zu erzeugenden Formkörpers entspricht, einen beweglichen Stempel mit dem geometrisch komplementär, r i-'rofil c¹.'". zu erzeugenden Formkörper:-!, eine Einrichtung zur Verschiebung des Stempels in den l-'ormhohlraum zur Kompression und Verformung des

in den Formhohlraiini eingesetzten Rohlings und cine Einrichtung zur Entnahme de·· Forinkörpers aus der Form und ist gekennzeichnet durch

(a) eine Einrichtung zum dichten Abschließen des Fonnhohlraums,

(b) eine Einrichtung zum Evakuieren des Formhohlraums.

(c) eine Einrichtung zum Aufheizen der Form und des Stempels auf eine Temperatur zwischen "K) und 120°C und

(d) einen am Boden der Form befesligten, als Berstscheibe dienenden bzw. durch Abscheren öffnenden Deckel zum öffnen des Formhohlraums im Fall einer unbeabsichtigten Entzündung.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung werden im folgenden an Hand der

"fr ·

Fig. leine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfinduntrsgemaßen Heißformungsverfahrens; die mit durchgezogenen Linien ausgeführte Zeichnung zeigt im linken Teil der Fiel den Stempel in der mittleren Position flder /u Beginn der Heißformung am Propergol-Rohling anliegt: die gestrichelten Linien im unteren rechten Teil der F i g. I zeigen den Stempel in vollständig abgesenkter Position Cbei Kompression des Rohlings; die strichpunktierten Linien im oberen rechten Teil der Fig. i entsprechen der zurückgezogenen Position -4 des Stempels bei der Entnahme des Formkörpers am Ende der Formgebung.

F i g. 2 und 3 Querschnittsansichten von erfindungsgemäß hergestellten Propergolblöcken.

F ι g. 4 eine schematische Ansicht, aus der das Einsetzen eines Einsatzes hervorgeht, sowie

F i g. 5 eine Qi.ersehnittsansicht eines mit einem Einsatz versehenen Propergolblocks.

Die in F ι g. ! der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Heißformungsverfahrens gemäß der Erfindung umfaßt folgende Bestandteile:

Eine Form mit senkrechter Achse 1 aus einer im allgemeinen zylindrischen Büchse 2, die am unteren Ende mit einem Stopfen 3, der einen Dichtring 3a aufweist, verschlossen und von einem Heizmantel 4 mit Ölzirkulation umgeben ist. der eine Thermostatisierung der Form auf der erw ünschten Temperatur erlaub!.

Der Boden der Form 5 besteh', aus einer Bundmutter mit Innenanschlag, die auf da^ Ende der Büchse 2 aufee schraubt ist. wöbe ein abscherbarer Deckel 6 zwischen der Mutter und dem Hülsenende vorgesehen ist (Berstscheibe), um ein Ausstoßen des Stopfens 3 und ein Öffnen der Form im Falle einer unbeabsichtigten Entzündung des Propergols zu ermöglichen.

Die Innenwand der Buchse 2 und der Stopfen 3 definieren einen Formhohlraum 7, der das Außenprofil des zu erzeugenden Formkörpers aufweist.

Das zum zu erzeugenden Formkörper komplementäre Profil wird durch einen axial auf einem Stempelträger 9 montierten Stempel 8 vorgegeben der mit einer beweglichen Einrichtung verbunden ist die einen beweglichen Trägerschlitten 10 aufweist, der auf zwei senkrechten Stäben 11,11' gieitbar gelagert ist. die ihrerseits mit einem Träger 12 am Rahmenunterteil 13 befestigt sind der die Form 1 trägt Die senkrechte Verschiebung der beweglichen Einrichtung wird durch eine Druckstange 14 bewirkt. Der Stemoelträeer 9 ist ferner im Inneren einer beweglichen Büchse 15 gleitend gelagert, die über Federn 16 an der beweglichen Einrichtung befestigt ist. Im oberen Teil der Büchse 15 ist ein Dichtring 17 zwischen Büchse und Stempelträger 9 vorgesehen; der iintere Teil der Büchse 15 ist ausgebohrt und bildet zusammen mit dem Stempelträger 9 einen Ringraum 18, in den ein auf der Büchse 15 vorgesehener Vakuumanschluß 19 einmündet, der mit einer Vakuumpumpe verbunden ist.

Um den Stempelträger herum ist im Ringraum 18 eine Entnahmevorrichtung 20 in Form eines zylindrischen Rohrs von an den Stempelträger angepaßten Durchmesser vorgesehen die mit ihrem oberen Bund 20;; am Boden der beweglMien Büchse 15 oder einem Bund 9;) des Stempelträgers 9 unter der Wirkung einer Kückholl^r) feder 21 anliegt, die auf einem Haltering 22 aufliegt, der sich im Inneren des unteren Teils der beweglichen Büchse 15 befindet: der untere Teil der Büchse 15 weist ferner einen Außenwulst 15;f auf. der im Verlauf des Hebens der beweglichen Einrichtung durch einen Endan-2(i schlag 23 im Weg begrenzt werden kann, wodurch die Entnahme des Pmpergol-Formkörpers ermöglicht u ird. der an die Entnahmevorrichtung 20 ,instößt, während der Stcmpelträger 9 seinen Hubweg fortsetzt.

Die untere Fläche des A'.iiienwuKtes 15;; ist ebenfalls mit einem Dichtring 24 versehen, der die Dichtheit des Formverschlusses gewährleistet, wenn die bewegliche Büchse 15 auf ihren Weg nach unten auf dem oberen Rand df Büchse 2 der Form anlieft, wodurch die Eva kuicrung des Formhohlraums 7 ermöglicht wird,
jo Wenn sich im Betrieb der Stempel 8 sowie die bewegliche Einrichtung vollständig in dor mit A bezeichneten oberen Position befinden, wird in den Formhohlraum 7 ein voller, zylindrischer Rohling 25 aus dem beispielsweise der obigen Zusammensetzung 3 entsprechenden )--> zweibasigen Propergel eingesetzt.

Danach werden der Stempel 8 und die bewegliche Einrichtung gegen die mit B bezeichnete mittlere Position hin abgesenkt, bis die bewegliche Büchse 15 dicht am oberen Rand der Büchse 2 der Form anliegt. Darauf jo werden der Heizmantel 4 und die Vakuumpumpe in Betrieb genommen, bis Form und Stempel eine Temperatur von 95 ±5"C angenommen haben und der Restdruck im Formhohlraum 7 10 mbar beträgt.

Darauf wird die Druckstange 14 in Bewegung gesetzt. um den Stempel 8 völlig in die mit Cbezeichnete untere Position abzusenken und das erweichte Propergol unter einem Druck von 250 bis 300 bar zu verpressen. Die Absenkung des Stempels erfolgt wegen der auf den Bund 20a der Entnahmevorrichtung 20 wirkenden ίο Rückholfeder 21, die ihrerseits am Bund 9ades Stempelträgers 9 angreift, allmählich und ohne Stoß. Die "'akuumpumpe ward während der gesamten Dauer des Heißformens in Betrieb gehalten.

Danach wird das Vakuum aufgehoben, die Form abgekühlt und der Stempel und der ausgeformte Block aus der Matrize in die mit A bezeichnete obere Position zurückgezogen. Der erzeugte Formkörper wird mit Hilfe der Entnahmevorrichtung 20 vom Stempel getrennt.

Die Dauer des Heißformens des zweibasigen Propergolblocks beträgt ²/ioo s ohne Berücksichtigung der zum Aufheizen von Form und Rohling erforderlichen Zeit

Mit dem mit einem zylindrischen Ende verlängerten konischen Stempel lassen sich, wie aus der Zeichnung hervorgeht, zweibasige Propergolblöcke von beispieisweise 30 mm Außendurchmesser und 50 mm Länge herstellen; F i g. 2 zeigt eine entsprechende Querschnittsansicht
Durch Veränderung der Stempelform lassen sich ent-

sprechend anders geformte Formkörper herstellen. Die oben angegebene Propergol-Zusammensctzung 3 wird beispielsweise bei einer Hcißformungstemperatur von 95¹C und unter eiiem Druck von 650 bar verarbeite! während die obigen Zusammensetzungen 1 und 2 beispielsweise geformt werden.

Durch gleichzeitige Änderung der Form von Stempel und Fc; nhohlraum lassen sich ferner in gleicher Weise radial geiippte Scheiben von beispielsweise 30 mm Außendurchmesser und 5 mm Dicke herstellen, wobei bei einer Temperatur von 95±5"C und unter eviem Druck von 250 bis 300 bar gearbeitet wird; eine entsprechende Querschnittsansicht geht aus F i g. 3 hervor.

Eine interessante Anwendung der F.rfindung besteht im Einbringen eines Einsatzes in Propergolblöcke; wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, wird hierzu der Einsatz 26, im dargestellten Falle eine Schraube, zunächst fest in die Achse des Stempels 8 eingeschraubt, der vorzugsweise die Form eines Kolbens aufweist, und dann unter Druck in einen Propergolblock 25 eingepreßt, der zuvor in den Formhohlraum 7 eingesetzt wurde, die auf die erwünschte Temperatur gebracht und evakuiert gehalten wurde.

Der auf diese Weise erhaltene, mit einem Einsatz versehene Propergolblock ist im Querschnitt in F" i g. 5 dargestellt.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren Heißformung zweibasiger Propergolblöcke durch »

(a) Einsetzen eines Propergol-Rohlings in eine Form mit einem Formhohlraum, der einem Teil des Außenprofils des zu erzeugenden Formkörpers entspricht, in die ein Stempel mit dem korn- to plementären Teil des Profils des zu erzielenden Formkörpers bewegt werden kann,

(b) Schließen der Form und Aufheizen von Form, Stempel und Rohling,

(c) Verschieben des Stempels in den Formhohi- is raum hinein unter Kompression und Verformung des Rohlings unter Druck zum entsprechenden Formkörper sowie

(d) Entnahme des erhaltenen Formkörpers,

20

dadurch gekennzeichnet, daß die Form nach dem Einsetzen des Rohlings dicht verschlossen wird,

im Formhohlraum ein Vakuum erzeugt wird und Formhohlraum und Stempel auf eine Heißformungstemperatur zwischen 50 und 120° C aufgeheizt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Heißformungstemperatur über 87°C gearbeitet wird.

3. Verfahre*, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Hrßformungstemperatur zwischen 90 und 110°Γ. gearbeitet wird.

4. Verfahren nach Ansp<uch ' dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Restdruck im Formhohlraum unter 30 mbar gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum im Formhohlraum während der gesamter. Dauer des Heißformens aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß über den Stempel auf den Rohling ein Druck zwischen 150 und 1200 bar ausgeübt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn· zeichnet, daß ein Druck von 250 bis 1000 bar angewandt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Restdruck im Formhohlraum < 10 mbar gearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling eingesetzt wird, der ein dem herzustellenden Formkörper genau entsprechendes Volumen aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling eingesetzt wird, der ein genau dem Restvolumen des Formhohlraums entsprechendes Volumen aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling vor dem Einsetzen in die Form durch Lagerung in einem beheizten Behälter auf die Heißformungstemperatur gebracht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß zugleich ein metallischer Einsatz in den Propergolblock eingepreßt wird.

U. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens iinch Ansnriich ! mit

einer Form (1) mit einem Formhohlraum (7), der einem Teil des Außenprofils des zu erzeugenden Formkörpers entspricht, einem beweglichen Stempel (8) mit dem geome trisch komplementären Profil des zu erzeugenden Formkörpers,

einer Einrichtung (9, 10, 11, 14) zur Verschiebung des Stempels in den Formhohlraum (7) zur Kompression und Verformung des in den Formhohlraum (7) eingesetzten Rohlings
und

einer Entnahmevorrichtung (20) zur Entnahme des Formkörpers aus der Form (1),

gekennzeichnet durch