DE3631249A1 - Patrone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Patrone nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Patrone, die eine Treibladungskammer und eine Flüssigkeitskammer enthält, ist aus DE-PS 29 07 759 bekannt. Die bekannte Patrone erzeugt nach dem An­ zünden der in der Treibladungskammer enthaltenen Treib­ ladung einen scharfen Flüssigkeitsstrahl, der zum Ent­ rosten, Reinigen und Lösen oder Zerstören von Verbin­ dungselementen, beispielsweise von Maschinenteilen, Schraubverbindungen, Nieten o. dgl. benutzt wird. Die Patrone wird in ein mit einem Schlagbolzen versehenen Handgerät eingesetzt und auf das zu behandelnde oder zu zerstörende Verbindungselement gerichtet. Sie kann auch für die Materialzerstörung und Nachzerkleinerung großer Gesteinsstücke eingesetzt werden. Die Flüssigkeits­ kammer ist von der Treibladungskammer durch eine Mem­ bran getrennt, die durch den Druck der Verbrennungsgase zerstört wird, bevor das in der Flüssigkeitskammer ent­ haltene Wasser aus dem Auslaß ausgetrieben wird. Die bekannte Patrone eignet sich zur Erzeugung eines kurz­ zeitigen Wasserstrahls, wobei der Wasserstrahl aller­ dings nur auf die Oberfläche des zu behandelnden Objek­ tes einwirkt.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Patrone nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 neue Anwendungen zu finden, bei denen die Patrone den für diese Anwendungen bisher gebräuchlichen Einrichtungen überlegen ist.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Hiernach wird an dem zu zerlegenden Objekt eine Sackbohrung angebracht und die von der Patrone erzeugte Flüssigkeitsäulse wird axial in die Sackbohrung eingeleitet. Der Druck dieser Flüssigkeitssäule entspricht für eine gewisse Zeit im wesentlichen dem in der Treibladungskammer erzeugten Explosionsdruck. Dieser Druck erhöht sich beträchtlich infolge einer Stoßwelle, die am Ende der Sackbohrung reflektiert wird. Versuche haben gezeigt, daß der Druck hinter der reflektierten Stoßwelle etwa zehnmal höher ist als der Druck davor und Werte in der Größenordnung von 10 000 bar annehmen kann. Läuft ein Stoß durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium, so ist der Druck hinter dem Stoß beträchtlich höher als der Druck vor dem Stoß. Für Flüssigkeiten beispielsweise Wasser gilt in erster Näherung, daß das Druckverhältnis größer oder gleich 10 ist.

Da der Spitzendruck sich hinter dem reflektierten Stoß befindet, ist es von entscheidender Bedeutung, daß der reflektierte Stoß in einen Bereich hohen Drucks läuft.

Dieser Bereich hohen Drucks in der Flüssigkeitssäule wird erzeugt, indem die Flüssigkeitssäule mit einem Kolben vorgespannt wird. Die dazu erforderliche Kraft entsteht aufgrund des Druckaufbaus in der Treibladungs­ kammer, die gleichzeitig die Brennkammer bildet. Da der Kolben eine Geschwindigkeit hat, ist die Länge der Flüs­ sigkeitssäule veränderlich. Die Flüssigkeitssäule muß solange zeitlich aufrechterhalten werden, wie der re­ flektierte Stoß für das Durchlaufen der Flüssigkeits­ säule benötigt. Durch die Verwendung eines Kolbens wird die Flüssigkeitssäule "vorgespannt", da der Kolben während des Durchlaufens des Kolbenweges ständig eine Druckkraft auf die Flüssigkeitssäule ausübt. Bei Ver­ wendung einer Membran, die durch das Entzünden der Treibladung vorzeitig zerstört wird, ist eine Vor­ spannung der Flüssigkeitssäule in dem Sinne nicht mög­ lich. Bei einer Membran wird ein großer Teil der er­ zeugten Energie an der Mediengrenze zwischen Brenngasen und Flüssigkeit in Turbulenzen umgesetzt und nicht als kinetische Energie auf die Flüssigkeitssäule über­ tragen. Bei der erfindungsgemäßen Patrone läuft der reflektierte Stoß mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit, durch die druckmäßig vorgespannte Flüssigkeitssäule. Dieser Zustand wird nur einige Mikrosekunden lang aufrechterhalten.

Da das Zerlegen des Objektes mit einem kurzzeitig wir­ kenden extrem hohen Flüssigkeitsdruck von innen er­ folgt, wird das Objekt lediglich "gespalten" und nicht "gesprengt". Beim üblichen Sprengen, bei dem das Aus­ einandertreiben mit Gasdruck erfolgt, fliegen die Teile des Objekts in weitem Umkreis umher, so daß erhebliche Gefährdungen für Personen und Sachen entstehen. Beim Zerlegen durch kurzzeitigen Flüssigkeitsstoß bricht das Objekt lediglich auseinander, ohne daß die Umgebung gefährdet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit Vorteil auch unter Tage für den Streckenvortrieb und zur Zerkleine­ rung von Gesteinsbrocken anwendbar, weil keine herum­ fliegenden Teile entstehen und das Zerlegen mittels Flüssigkeitssäule erfolgt, die eine zündfähige Atmos­ phäre nicht anzündet. Es entsteht kein Mündungsfeuer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein hoher Zer­ legungsdruck extrem kurzzeitig wirksam, so daß selbst größte Objekte gefahrlos zerlegt werden können.

Bei einer zweiten Variante der Erfindung wird die oben­ genannte Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 2 gelöst. Hier wird die Patrone zum Unschädlichmachen von Kampfmitteln benutzt. Üblicherweise werden Bomben, Minen u. dgl., die nicht ohne weiteres entschärft werden können, gesprengt, was eine erhebliche Gefährdung darstellt. Erfindungsgemäß wird die genannte Patrone auf das zu beseitigende Kampfmittel gerichtet, wobei der Flüssigkeitsstrahl gezielt auf das Kampfmittel gerichtet wird. Dadurch kann entweder der Zündmechanismus zerstört oder die Ladung durch Befeuchtung mit der Flüssigkeit unschäd­ lich gemacht werden. Wenn das Kampfmittel beispiels­ weise eine Hohlladung ist, wird durch die Flüssigkeits­ säule die Form der Hohlladung zerstört, wodurch die Hohlladung ihre strahlbildende Wirkung verliert.

Die Patrone ist gemäß einer dritten Variante der Erfin­ dung, die durch die im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 3 angegebenen Merkmale charakterisiert ist, als Kampfmittel einsetzbar. Die Flüssigkeit wird hier­ bei nicht nur zum Druckaufbau benutzt sondern gleich­ zeitig zum Entflammen des zu bekämpfenden Objekts. Als zündbare Flüssigkeit kann beispielsweise ein Monergol, oder ganz allgemein ein Flüssigtreibstoff verwendet werden. Das Anzünden der Flüssigkeit sollte erst erfol­ gen, nachdem sich die Flüssigkeitssäule aufgebaut hat. Der Kolben ist derart ausgebildet, daß er beim Erreichen seiner vorderen Endstellung definiert berstet, wobei die Flüssigkeit von den heißen Brenngasen der Treib­ ladung entzündet wird. Weiter ist beabsichtigt, die in der mit einem nichtberstenden Kolbenteller vorgespann­ ten Flüssigkeitssäule auf hohem Niveau vorliegenden thermodynamischen Größen, wie Druck und Temperatur, für die Selbstzündung der Flüssigtreibstoffsäule zu nutzen, was infolge des damit verbundenen Druckaufbaus eine weiter gesteigerte Wirkung im Ziel bewirkt.

Die erfindungsgemäße Patrone kann nicht nur in Verbin­ dung mit einem Handgerät verwendet werden, sondern auch in Verbindung mit Flugkörpern, wie Geschossen und Rake­ ten. Beispielsweise können Kampfhubschrauber bekämpft werden, indem die Patrone durch einen Flugkörper an den Kampfhubschrauber herangebracht und entweder außerhalb des Hubschraubers oder nach Durchschlagen der Außenhaut angezündet wird. Dadurch wird der Hubschrauber in Brand gesetzt, so daß nicht nur ein Einschußloch entsteht, sondern der Hubschrauber insgesamt kampfunfähig gemacht wird.

Ferner ist die erfindungsgemäße Patrone auch für Unter­ wasseranwendungen benutzbar, um Unterwasserminen funk­ tionsunfähig zu machen, z. B. Haftminen an Schiffen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Patrone und

Fig. 2 bis 7 in zeitlicher Folge das Funktionsprinzip und den physikalischen Ablauf bei der ersten Variante der Erfindung, wobei jeweils zusätz­ lich der örtliche Druckverlauf dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1 weist die Patrone 10 ein langgestrecktes zylindrisches Gehäuse 11 auf, das am rückwärtigen Ende durch einen Metallfuß 12 beispielsweise aus Messing abgeschlossen ist. Der Metallfuß 12 enthält die Anzünd­ vorrichtung 13. Im Inneren des Gehäuses 11 ist vor dem Metallfuß 12 eine an beiden Enden offene rohrförmige Hülse 14 angeordnet, die die Treibladungskammer 15 ent­ hält, welche mit der Treibladung 16 gefüllt ist. Die Treibladungskammer 15 ist am vorderen Ende durch den Kolben 17 begrenzt, der unter Abdichtung durch einen Kolbenring 18 längsverschiebbar in der Hülse 14 sitzt. Der Kolben 17, der einen Treibspiegel bildet, ist hohl, wobei der Kolbenraum 19 zur Treibladung 16 hin offen ist. Das vordere Ende des Kolbens 17 ist als Berstwand 20 ausgebildet, die unter der Wirkung der Treibgase zerbricht, wenn der Kolben am vorderen Ende seiner Lauf­ bahn gegen einen Anschlag stößt. Dieser Anschlag wird von dem kegelstumpfförmigen Faltverschluß 21 gebildet, an dessen Ende sich die Auslaßmöglichkeit 22 befindet.

In der Flüssigkeitskammer 23, die vor dem Kolben 17 im Inneren des Gehäuses 11 gebildet ist, ist die Flüssig­ keit 24 enthalten. Diese Flüssigkeit 24 ist von dem Kolben 17 dadurch getrennt, daß sie entweder in einem Beutel enthalten ist oder daß zwischen der Flüssigkeit und dem Kolben eine Membran vorhanden ist. Wichtig ist, daß der Kolben 17 eine vordere starre Stirnfläche hat, die die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer 23 aus­ treibt.

In der Wand des Gehäuses 11 sind Entlüftungsbohrungen 25 vorgesehen.

Die Patrone 10 wird gemäß Fig. 2 in eine Abschußvor­ richtung 30 eingesetzt, die die Patrone vollständig um­ schließt und am vorderen Ende einen Kopf 31 aufweist, der mit einem kegelstumpfförmigen Durchlaß versehen ist. Der Kegelwinkel des Durchlasses 32 ist größer als derjenige des Faltverschlusses 21, der in dem Durchlaß 32 angeordnet wird. Durch den im Inneren der Patrone 10 entstehende Druck wird der Faltverschluß 21 aufgewei­ tet, so daß er sich gegen die Wand des Durchlasses 32 legt. Der Durchmesser des aus der Vorrichtung 30 aus­ tretenden Flüssigkeitsstrahls wird dann durch den Durchmesser der Austrittsöffnung 33 am vorderen Ende des Kopfes 31 bestimmt. Die Vorrichtung 30 ist so aus­ gebildet, daß sie das Gehäuse 11 der Patrone 10 von außen her abstützt, so daß keine Aufweitung des Ge­ häuses erfolgt und die gesamte durch die Treibladung erzeugte Energie ausschließlich nach vorne geleitet wird.

Die Vorrichtung 30 wird mit dem Kopf 31 im Abstand von dem zu zerlegenden Objekt 34 angeordnet. Das Objekt 34 ist mit einer Sackbohrung 35 versehen worden, auf die die Auslaßöffnung 33 axial gerichtet ist.

In dem Zustand der in Fig. 2 dargestellt ist, herrscht über die gesamte Länge der Vorrichtung und der Sackboh­ rung 35 Atmosphärendruck. In der oberen Darstellung ist entlang der Abszisse der Weg x entlang der Längsachse und auf der Ordinate der Druck p aufgetragen.

Nach Anzünden des Treibladungspulvers in der Treibla­ dungskammer 15 steigt der Druck p im Mikrosekunden­ bereich auf etwa ¹/₃ des Maximalwertes an. Erst jetzt setzt sich der Kolben 17 in Bewegung, was in Fig. 2 dargestellt ist. Da die Flüssigkeit als inkompressibel angesehen werden kann, wird der Faltverschluß 21 eben­ falls wenige Mikrosekunden nach dem Anzünden der Treib­ ladung geöffnet. Die Information, daß der Kolben 17 anfängt, sich zu bewegen, wird mit Schallgeschwindig­ keit zum Faltverschluß 21 übertragen. Die Wirkung des sich in der Treibladungskammer 15 aufbauenden Zeitinte­ grals der Kraft sowie die im Treibladungspulver enthal­ tene Energie werden zu entsprechenden Anteilen über den Kolben 17 auf die Flüssigkeit übertragen und erteilen ihr eine Anfangsgeschwindigkeit.

Fig. 4 zeigt, daß der Druck in der Treibladungskammer 15 auf etwa 900 bar angestiegen ist, was einem Anteil von etwa ²/₃ des Maximalwertes entspricht. Aus der Aus­ laßöffnung 33 tritt eine Flüssigkeitssäule 36 aus. Da­ bei wird die dem Flüssigkeitsdruck entsprechende Kraft von dem Kolben 17 übertragen. Der Kolben bewegt sich weiter nach vorne, wodurch die Flüssigkeitssäule 36 eine Geschwindigkeit erhält, die höher ist als die Geschwindigkeit des Kolbens 17. Das Durchmesserverhält­ nis von Flüssigkeitskammer 23 und Auslaßöffnung 33 beträgt hier etwa 3 : 1. Der Druck in der Flüssigkeits­ kammer 23 ist etwa gleich demjenigen in der Treib­ ladungskammer 15. Im vorderen Bereich der Treibladungs­ kammer fällt der Druck infolge von Druckverlusten geringfügig ab. Die Druckdarstellungen in den Fig. 2 bis 7 sind nicht maßstäblich, sondern zeigen jeweils nur den qualitativen Druckverlauf.

Fig. 5 zeigt, wie der Druck in der Treibladungskammer 15 und in der Flüssigkeitskammer 23 auf etwa 1300 bar ansteigt. Der Kolben 17 bewirkt weiterhin die Übertra­ gung auf die in der Sackbohrung 35 "stehende" Flüssig­ keitssäule 36. Ausgehend vom Kolben 17 breiten sich nun Störungen 37 nach vorne aus, die einander nachlaufen, sich einholen, aufsteilen und nach einer gewissen Lauf­ länge eine Stoßfront bilden. Die Geschwindigkeit der Stoßfront ist größer als die Schallgeschwindigkeit. Die Stoßfront bewegt sich in die in der Sackbohrung 35 stehenden Flüssigkeitssäule 36 hinein.

Fig. 6 zeigt den Zustand, in dem der Druck in der Treib­ ladungskammer 15 den Maximalwert erreicht, während der Kolben 17 seine vordere Endstellung noch nicht erreicht hat. Die Stoßfront wird an der Stirnwand der Sackboh­ rung 35 reflektiert und läuft als reflektierte Stoß­ front 37 zurück. Hinter der reflektierten Stoßfront 37 ist der Druck wesentlich höher als vor der reflektier­ ten Stoßfront, beispielsweise 10 000 bar. Die reflek­ tierte Stoßfront 37 läuft in ein Gebiet hinein, in dem bereits ein hoher Druck herrscht. Das Ansteigen des Druckes innerhalb der Stoßfront 37 erfolgt über einen starken Druckgradienten, so daß der Druck sich in der Stoßfront sprunghaft ändert.

Durch den Druckstoß bzw. durch die hohe Druckbelastung hinter dem reflektierten Stoß wird das Objekt 34 zer­ legt. In den Fig. 6 und 7 ist zur Verdeutlichung des weiteren Druckverlaufs das Objekt 34 jedoch unzerstört dargestellt.

In dem in Fig. 7 dargestellten Zustand ist die Zeit soweit fortgeschritten, daß der Druck in der Treibla­ dungskammer das Maximum längst durchlaufen hat. Der Kolben ist am vorderen Ende seines Weges zerstört worden und nicht mehr dargestellt. Sowohl der aktuelle Druck in der Treibladungskammer als auch der sehr hohe Druck in der Sackbohrung 35 werden aufgezehrt. Dies geschieht dadurch, daß aufgrund des Abstandes der Vor­ richtung 30 vom Objekt 34 von außen Expansionswellen 38 in die Vorrichtung 30 und die Sackbohrung 35 hinein­ laufen und ferner dadurch, daß aufgrund des hohen Drucks in der Sackbohrung das Objekt 34 aufgebrochen ist und eine zusätzliche Expansionswelle 39 in das Gebiet des hohen Drucks hineinläuft.

Durch Verwendung einer Flüssigkeit 24, die entzündbar ist, kann die Druckwirkung noch erhöht werden. Dabei überlagert sich dem hohen Druckniveau, das hinter dem reflektierten Stoß 37 entsteht, eine zusätzliche Druck­ spitze infolge der Zündung der Flüssigkeit.

Claims (3)

1. Patrone mit einem langgestreckten Gehäuse (11), einer rückwärtigen Treibladungskammer (15), einer der Treibladungskammer (15) vorgelagerten Flüssig­ keitskammer (23) und einer am vorderen Ende der Flüssigkeitskammer vorgesehenen Auslaßmöglichkeit (22) für die Flüssigkeit (24), gekennzeichnet durch ihre Verwendung zum Zerlegen von Objekten (34), deren Zugfestigkeit wesentlich geringer ist als ihre Druckfestigkeit, z. B. von Gestein, Beton, Mauerwerk u. dgl., wobei in dem Objekt (34) eine Sackbohrung (35) erzeugt und die Patrone (10), die zwischen Treibladungskammer (15) und Flüs­ sigkeitskammer (23) einen axial verschiebbaren starren Kolben (17) enthält, mit ihrem Auslaß in axialem Abstand von der Sackbohrung (35) ange­ ordnet und gezündet wird.

2. Patrone mit einem langgestreckten Gehäuse (11), einer rückwärtigen Treibladungskammer (15), einer der Treibladungskammer (15) vorgelagerten Flüs­ sigkeitskammer (23) und einem am vorderen Ende der Flüssigkeitskammer vorgesehenen Auslaßmög­ lichkeit (22) für die Flüssigkeit (24), gekennzeichnet durch ihre Verwendung zum Unschädlichmachen von Kampf­ mitteln, wie Bomben, Minen, Hohlladungen u. dgl., wobei die Patrone (10) zwischen Treibladungs­ kammer (15) und Flüssigkeitskammer (23) einen axial verschiebbaren starren Kolben (17) enthält.

3. Patrone mit einem langgestreckten Gehäuse (11), einer rückwärtigen Treibladungskammer (15), einer der Treibladungskammer (15) vorgelagerten Flüssig­ keitskammer (23) und einem am vorderen Ende der Flüssigkeitskammer vorgesehenen Auslaß (22) für die Flüssigkeit (24), dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (24) eine durch Druck und/ oder Wärme bzw. durch Kontakt mit der entzündeten Treibladung (16) entzündbare Flüssigkeit ist.