DE3500067A1

DE3500067A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung verbrennbarer huelsen auf nitrozellulose-basis als munitionsformteil fuer rohrwaffen

Info

Publication number: DE3500067A1
Application number: DE19853500067
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Chem. Dr. 7500 Karlsruhe Müller; Fred Dipl.-Chem. Dr. 7519 Walzbachtal Volk
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1985-01-03
Filing date: 1985-01-03
Publication date: 1986-07-10
Also published as: DE3500067C2; US4759824A

Description

DIPL-ING HEINERLICHTI I 0-750OKARLSRUHE₄K₆ROTZINQe_n,

- U. . DUnLACHER STRASSE 31

DIPL-PHYS.DR.RER.NAT. JOST LEMPERT tel.:<0721M851i

Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Leonrodstr 54

8000 München 19

31. Dezember 1984 7495/84

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung verbrennbarer Hülsen auf Nitrozellulose-Basis als Munitionsformteil für Rohrwaffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verbrennbarer Hülsen auf NC-Basis als Munitionsformteil für Rohrwaffen aus einer wässrigen Aufschlämmung von Nitrozellulose, NC-Stabi1isatoren , brennbarem Fasermaterial, Kunstharz, gegebenenfalls weiterem Bindemittel und Weichmachern durch Verfilzen und Formen der zylindrischen Hülse unter gleichzeitigem Abpressen des Überschußwassers. Ferner ist die Erfindung auf eine Vorrichtung Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gerichtet.

Verbrennbare Munitionsformteile werden als Kartuschenhülsen, Treibladungsbehälter oder als Zündrohre eingesetzt und sollen eine rückstandsfreie Verbrennung in der Rohrwaffe ermöglichen. Aufgrund ihres NC-Gehaltes und die Zugabe von gegebenenfalls noch energiereicheren Explosivstoffen, wie Nitropentan, Hexogen oder dergleichen, kann die Verarbeitung aus sicherheitstechnischen Gründen nur aus einer wässrigen Aufschlämmung erfolgen. Aus der Aufschlämmung werden die Fasern auf einen Formdorn gesaugt,

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so daß sie sich auf dessin Außenseite anlagern und miteinander verfilzen. Der Rohling wird in geheizten Pressen verdichtet, getrocknet und ^uf Maß geschnitten.

Das bekannte Verfahren i^t außerordentlich zeitaufwendig, da die Hülsen in Einzelfertigung hergestellt werden und dabei mehrere Arbeitsstationen nacheinander durchlaufen müssen. Ferner ist von Nachteil, daß das Bindemittel entweder in die wässrige Aufschlämmung eingegeben wird, so daß es zusammen mit den Fasern auf dem Formdorn aufgesaugt wird. Für diese Arbeitsweise sind jedoch nur wenige Bindemittel geeignet. Stattdessen kann das Bindemittel auch nachträglich auf den Rohling aufgesprüht werden, wobei dann aber keine einwandfreie homogene Mischung mehr möglich ist. Auch die Wandstärke bzw. die Dichte der Hülse nach dem Verpressen kann leicht schwanken, wenn nämlich beim Aufsaugen auf den Formdorn aufgrund strömungstechnischer Vorgänge keine gleichmäßige Faserschicht auf den Formdorn niedergeschlagen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren vorzuschlagen, das zudem zu gleichmäßigen und reproduzierbaren Wandstärken an der Hülse führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufschlämmung kontinuierlich einem Schneckenextruder zugeführt wird, die faserartigen Bestandteile in Knet- und Preßzonen unter gleichzeitigem Abpressen des Wassers verfilzt und zu einem endlosen, rohrartigen Gebilde ausgeformt werden und dieses zu einzelnen Hülsen abgelängt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also - ausgehend von der wässrigen Aufschlämmung - ein endloses rohrartiges Gebilde in kontinuierlicher Arbeitsweise hergestellt, von dem die Hülsen durch einfache Trennvorgänge abgelängt werden. Das Verfilzen und zumindest Vorverpressen der Fasern zu den Hülsen geschieht in einem einzigen kontinuierlichen

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Arbeitsgang. Durch das kontinuierliche Extrudieren wird ferner eine gleichmäßige Wandstärke gewährleistet, da das Fasermaterial in den Knet- und Preßzonen bei entsprechender Verfahrenslänge gleichmäßig verfilzt und verdichtet wird, also eine gleichmäßige Konsistenz erhält und ferner das austretende rohrartige Gebilde beim Austreten aus dem Extruder kalibriert wird. Die Entwässerung innerhalb des Schneckenextruders kann durch eine rückwärts geführte Entwässerungsleitung, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Fördermitteln erfolgen. Extruder von solchem Aufbau sind an sich bekannt (DE-PS 32 25 065).

Das erfindungsgemäße Verfahren gibt ferner die Möglichkeit, die Bindemittel stromabwärts der Aufgabe der Aufschlämmung in den Schneckenextruder einzugeben.

Die Bindemittel werden vorzugsweise in einer solchen Zone zugegeben, wo der Großteil des Wassers bereits abgepreßt ist. Damit lassen sich auch Bindemittel einsetzen, die in wässriger Phase nicht verarbeitet werden können. Werden die Bindemittel - wie vorzugsweise vorgesehen - in flüssiger Form eingespritzt, so ergibt sich dadurch der weitere Vorteil, daß sie einerseits homogen eingemischt werden, andererseits das Fasermaterial im gesamten Extrudierbereich nicht trocken wird. Dadurch wird die Sicherheit beim Extrudieren erhöht.

Im Bedarfsfall kann vorgesehen sein, daß auf das aus dem Schneckenextruder austretende, rohrartige Gebilde Kunstharz aufgesprüht wird, um die Oberfläche der Hülse zu glätten und die Hülse insgesamt zu verfestigen. Auch dieses Aufsprühen geschieht demzufolge kontinuierlich.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das rohrartige Gebilde vor oder während des Ablängens auf

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Wunschmaß und - form der Hülse gepreßt werden. Damit wird der Hülse zugleich die gewünschte Enddichte verliehen.

Vorteilhafterweise erfolgt das Extrudieren der Aufschlämmung und das Ausformen zu dem rohrartigen Gebilde bei erhöhter Temperatur, z. B.>50 C, wodurch die pl asti f izierende Wirkung während des Extrudierens gesteigert und das rheologische Verhalten verbessert wird.

Das zuvor beschriebene Verfahren läßt sich erfindungsgemäß ausführen mit einem Doppelwel1en-Schneckenextruder mit unmittelbar nach dem Einzug der Aufschlämmung angeordneten Knet- und Preßsegmenten und einem Wasserabzug, mit wenigstens: einer im Bereich der Knetsegmente oder stromabwärts davon angeordneten Einspritzdüse für das Bindemittel und einer am Austritt angeordneten Matrize zum Ausformen eines Rohrs.

Bei einer solchermaßen ausgebildeten Vorrichtung erfolgt unmittelbar nach dem Einzug das Abpressen des Wassers und die Verdichtung des Fasermaterials, wobei sowohl sogenannte Gleichläufer, als auch Gegenläufer eingesetzt werden können. Auch nach dem Einspritzen des Bindemittels sind Knetzonen vorgesehen, um das Bindemittel homogen einzuarbeiten. Praktische Untersuchungen haben gezeigt, daß die Verfahrenslänge des Extruders zwischen 10 bis 35 D, wobei D der Schneckendurchmesser ist, betragen sollte. Die effektive Länge hängt von der Konzentration der Aufschlämmung und ihrer Zusammensetzung sowie von den geforderten Eigenschaften der verbrennbaren Hülse ab. Auch durch die Art der Arbeitsweise des Doppel Schneckenextruders läßt sich die Eigenschaft der Hülse beeinflussen. So erhält man mit einem Gleichläufer eine verhältnismäßig poröse Ausführung, mit einem Gegenläufer hingegen eine kompaktere Struktur am austretenden rohrartigen Gebilde. Eine weitere Steuerungsmöglichkeit ergibt sich durch die Temperatur im Extruder, die Schneckengeometrie und den zugesetzten Bindemittelanteil. Mit diesen Parametern läßt sich das Hülsenmaterial an die jeweiligen Bedingungen

im Ladungsraum der Rohrwaffe anpassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hinter der Matrize des Schneckenextruders eine_: Sprüheinrichtung zum Aufbringen von Kunstharz' auf die Außenseite des die Matrize verlassenden rohrartigen Gebildes angeordnet, um der Oberfläche der späteren Hülse eine bestimmte Beschaffenheit zu geben.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist hinter der Matrize bzw. der Sprüheinrichtung eine mitlaufende AbIängeinrichtung angeordnet.

Mit der Ablängeinrichtung, die nach Art einer fliegenden Schere ausgebildet sein kann, werden die Hülsenabschnitte entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des rohrartigen Gebildes von diesem abgetrennt, so daß die Hülsen kontinuierlich anfallen.

In weiterhin bevorzugter Ausführungsform ist hinter der Matrize eine mitlaufende Preßeinrichtung für das rohrartige Gebilde angeordnet, die das Rohrmaterial auf endgültige Dichte und Form arbeitet. Es erfolgt hier auch die Kalibrierung des Rohrmaterials.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Preßeinrichtung und die Ablängeinrichtung zu einer Baueinheit zusammengefaßt und auf einem gemeinsamen Schlitten angeordnet sind. Dadurch wird der bauliche Aufwand gering gehalten und die Preßeinrichtung dient zugleich als Halter für den Ablängvorgang, so daß sich das Rohr bzw. die Hülse dabei nicht verformen kann.

Dies wird in besonders einfacher Weise dadurch erreicht, daß die Ablängeinrichtung im mittleren Bereich der Preßeinrichtung angeordnet ist, so daß einerseits das Rohr an seinem vorlaufenden Ende auf das Maß der Hülse verpreßt

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wird, andererseits die unmittelbar zuvor abgelängte Hülse sich noch im Preßwerkzeug befindet.

Die Preßeinrichtung besteht zweckmäßigerweise aus äußeren und/oder inneren Formbacken, die in axialer Richtung etwa mittig geteilt sind und dort das Werkzeug der Ablängeinrichtung führen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zu seiner Durchführung dienenden Vorrichtung lassen sich verbrennbare Hülsen folgender Zusammensetzung herstellen:

35 - 82% Nitrozellulose mit Stabilisatoren

12 - 45 % Kraftzellstoff oder verbrennbare Synthesefasern

6 - 20 % Kunststoffbinder/Kunstharz.

Bei verschiedenen Hülsentypen hat sich zur Verbesserung der Rohrstandzeit als weiterer Zusatz Talkum bewährt, das mit bis zu 20 % zugegeben wird. Bei der erfindungsgemäßen Extrusion der Hülsen wirkt sich Talkum positiv beim Extrudieren aus. Unter anderem wird die Gleiteigenschaft verbessert.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Doppelwellen-Schneckenextruder mit anschließender Sprüh- und Preßeinrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Preßeinrichtung; Fig. 3 eine Draufsieht auf die Preßeinrichtung und

Fig. 4 zwei Ausführungsformen einer verbrennbaren Hülse.

Der Schneckenextruder gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf, in dem zw.i gleich- oder gegenläufige Schnecken 2, von denen nur eine in der Zeichnung erkennbar ist, umlaufen. Auf die Einzugsöffnung 3 im Gehäuse 1 ist ein Behälter 4 mit einem Austragsorgan 5, z. B. einer Austragsschleuse angeordnet. Der Behälter 4 nimmt eine wässrige Aufschlämmung aus Nitrozellulose, Kraftzellstoff und/oder Kunststofffasern mit Additiven auf. Unmittelbar im Einzugsbereich besitzt die Extrudierschnecke 2 Förderelemente 6 und unmittelbar stromabwärts vom Einzug Knet- und Preßsegmente auf, die den Hauptteil des mit der Aufschlämmung in den Extruder geführten Wassers abpressen. Das Wasser läuft aufgrund der nach vorne stattfindenen Druckerhöhung nach hinten ab und gelangt über eine Entwässerungsleitung 13 nach draußen. Gegebenenfalls kann in der Entwässerungsleitung noch zusätzlich ein Förderelement eingebaut sein, um eventuell austretendes Fasermaterial wegzuführen. Im Bereich der Knet- und Preßsegmente 7 sind beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel hintereinander zwei Einspritzdüsen 8,9 angeordnet, über die Polymer-Bindemittel eingespeist werden, die dem. Fasermaterial nach dem Abpressen des Wassers zugemischt werden. Daran schließen sich Förderelemente 10 und nochmals Knetsegmente 11 - gegebenenfalls in wiederholter Folge - an, während der restliche Abschnitt 12 in erster Linie der Förderung und dem Homogenisieren des Fasermaterials dient. Gegebenenfalls kann auch in diesem Bereich nochmals eine Einspritzdüse ⁸ für Polymerbinder vorgesdien sein.

Am Kopf des Gehäuses 1 ist eine Formmatrize 14 befestigt, die das eintretende Fasermaterial zu einem rohrartigen Gebilde 15 ausformt.

Im Bedarfsfall kann unmittelbar hinter der Formmatrize eine Sprüheinrichtung 16 zum Aufgeben von Kunstharz auf die Außen-

seite des rohrartigen Gebildes 15 angeordnet sein. Hinter der Sprüheinrichtung befindet sich dann eine Preß- und Ablängeinrichtung 17, die in den Figuren 2 und 3 schematisch näher dargestellt ist.

Die Preß-und Ablängeinrichtung ist auf einem Schlitten angeordnet, der der Bewegung des rohrartigen Gebildes folgen und nach dem Ablängen wieder um die gleiche Bewegungsstrecke zurückgeführt wird. Die Preßeinrichtung besteht bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel aus inneren Formbacken 18 und äußeren Formbacken 19, die gegeneinander verfahrbar sind, wobei die inneren Formbacken 18 innerhalb des rohrartigen Gebildes 15 liegen bzw. dieses beim Vorschub über die Backen geschoben wird.

Die Formbacken 18 und 19 sind, wie Fig. 3 schematisch erkennen läßt, quer geteilt. Zwischen den jeweiligen Backenteilen ist das Werkzeug 20 der Ablängeinrichtung, z. B. in Form eines Schneidmessers, geführt. Dadurch wird ein sauberer und verformungsfreier Schnitt erhalten. Die stromaufwärts liegenden Teile der Formbacken 18, 19 erfassen und formen das vorlaufende Ende des rohrartigen Gebildes 15, während die stromabwärts liegenden Teile die fertige Hülse umschließen, die schließlich beim Rücklauf des die Preß- und Ablängeinrichtung 17 aufnehmenden Schlittens aus dem Formwerkzeug ausgestoßen wird.

Mit einer Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 3 lassen sich die in Fig. 4 gezeigten zylindrischen Hülsen 21 oder aber auch Hülsen 22 mit an einem Ende eingezogenen Bereich 23 herstellen. Dieser eingezogene Bereich dient beispielsweise zur Aufnahme eines die Hülse außen umgreifenden Bodens. Selbstverständlich sind auch andere Formgebungen möglich, indem die Formbacken 18, 19 der Preßeinrichtung entsprechend ausgebildet werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung verbrennbarer Hülsen auf NC-Basis als Munitionsformteil für Rohrwaffen aus einer wässrigen Aufschlämmung von Nitrozellulose, NC-Stabi 1 isatoren, brennbarem Fasermaterial, Kunstharz, gegebenenfalls weiterem Bindemittel und Weichmachern durch Formen der zylindrischen Hülse und Abpressen des Überschußwassers, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung kontinuierlich einem Schneckenextruder zugeführt wird, die faserartigen Bestandteile in Knet- und Preßzonen unter gleichzeitigem Abpressen des Wassers verfilzt und zu einem endlosen rohrartigen Gebilde ausgeformt werden und dieses zu einzelnen Hülsen abgelängt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel stromabwärts der Aufgabe der Aufschlämmung in den Schneckenextruder eingegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf das aus dem Schneckenextruder aus·

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tretende, rohrartige Gebilde Kunstharz aufgesprüht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrartige Gebilde vor oder während des Ablängens auf Wunschmaß und -form der Hülse gepreßt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudieren der Aufschlämmung und das Ausformen zu dem rohrartigen Gebilde bei erhöhter Temperatur, z. B. größer 50° C, erfolgt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Doppelwellen-Schneckenextruder mit unmittelbar nach dem Einzug (3) der Aufschlämmung angeordneten Knet- und Preßsegmenten (7) und einem Wasserabzug (8) mit wenigstens einer im Bereich der Knetsegmente (7) oder stromabwärts davon angeordneten Einspritzdüse (8, 9, 13) für das Bindemittel und einer am Austritt angeordneten Matrize (14) zum Ausformen eines Rohrs.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenextruder als Gleich- oder Gegenläufer ausgebi1det i st.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Matrize (14) des Schneckenextruders eine Sprüheinrichtung (16) zum Aufbringen von Kunstharz auf die Außenseite des die Matrize (14) verlassenden rohrartigen Gebildes (15) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Matrize (14) bzw. der Sprüheinrichtung (16) eine mitlaufende AbIängeinrich-

tung (20) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Matrize (14) eine mitlaufende .Preßeinrichtung (18, 19) für das rohrartige Gebilde (15) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßeinrichtung (18, 19) und die Ablängeinrichtung (20) zu einer Baueinheit (17) zusammengefaßt und auf einem gemeinsamen Schlitten angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablängeinrichtung (20) im mittleren Bereich der Preßeinrichtung (18, 19) angeord-

net ist. I
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßeinrichtung aus äußeren und/ oder inneren Formbacken (18, 19) besteht, die in axialer Richtung etwa mittig geteilt sind und dort das Werkzeug (20) der Ablängeinrichtung führen.
14. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13 hergestellte, verbrennbare Hülse, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung

35 - 82 % Nitrozellulose mit Stabi1i satoren

12 - 45 % Kraftzellstoff oder verbrennbare Synthesefasern

6 - 20 % Kunststoffbinder / Kunstharz
15. Verbrennbare Hülse gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 20 % Talkum zugegeben wird.

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