DE4445991A1 - Anzündsystem für Treibladungen und Verfahren zur Herstellung derartiger Anzündsysteme - Google Patents

Anzündsystem für Treibladungen und Verfahren zur Herstellung derartiger Anzündsysteme

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
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Description

Die Erfindung betrifft ein Anzündsystem für Treibladungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Anzündsysteme.
Aus der DE 42 23 735 A1 ist ein Niederdruckanzündsystem ins­ besondere für modular aufgebaute Treibladungen großkalibriger Munition bekannt, bei dem zur Erreichung kurzer Anzündzeiten die einzelnen Treibladungsmodule jeweils ein gelochtes Stütz­ rohr aus einem verbrennbaren Material aufweisen, welches einen axialen Anzündkanal umschließt. Auf der dem Treibla­ dungspulver zugewandten Seite ist dabei eine Anzündübertra­ gungsladung vorgesehen. Diese besteht im wesentlichen aus Treibladungs-Pellets, die jeweils mit einer sehr dünnen Anzündmischung von etwa 1/10 mm aus in Nitrozellulose gebundenem Schwarzpulver beschichtet sind. Vorzugsweise werden die mit der Anzündmischung beschichteten Pellets in einem verbrennbaren Niederdruckrohr, z. B. einem Schrumpf­ schlauch, angeordnet.
Wie der vorstehend erwähnten Schrift ferner zu entnehmen ist, kann das Stützrohr zusätzlich zu der eigentlichen Anzündüber­ tragungsladung an seinen Innen- als auch Außenseiten mit einer dünnen Schicht der vorstehend erwähnten Anzündmischung beschichtet sein.
Nachteilig ist bei diesem Anzündsystem vor allem die relativ aufwendige Herstellung der mit der Anzündmischung beschichte­ ten Pellets sowie die zeitaufwendige gleichmäßige Anordnung der beschichteten Pellets um das Stützrohr herum, die regel­ mäßig zusätzliche Arbeitsgänge erforderlich machen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anzündsystem zu schaffen, welches zur Anzündung mehrteiliger Ladungsaufbauten geeignet ist, eine kurze Umsetzungszeit zur Anzündung der Treibladung aufweist und einfach und kostengün­ stig herstellbar ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstel­ lung eines derartigen Anzündsystems offenbart werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Anzündsystems durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zu seiner Herstellung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, als Anzündübertragungsladung nicht mit einer Anzündmischung be­ schichtete Pellets zu verwenden, sondern eine 1,0 bis 3 mm dicke pyrotechnische Composite-Hartschaumschicht zu benutzen, die in ihrem Inneren eine weitgehend grobporige Struktur (Schwammstruktur) aufweist. Die relativ dünnen dem Treibla­ dungspulver und dem Stützrohr zugewandten Oberflächenschich­ ten sollen hingegen vorzugsweise als Integralschicht dichtge­ schlossen sein, um den geforderten Schutz der Hartschaum­ schicht gegen Feuchtigkeit und Wasser zu gewährleisten.
Eine derartige erfindungsgemäße Hartschaumschicht gewähr­ leistet auch bei tiefen Temperaturen noch eine sichere, schnelle und reproduzierbare Anzündung des Treibladungs­ pulvers. Außerdem ist die Anzündübertragung des Hartschaumes überraschenderweise relativ unabhängig von seinem Struktur­ aufbau (z. B. dem Grad der Porosität, der Außenhautcharakte­ ristik, der lokale Dichteschwankungen etc.). Dieses bedeutet, daß an die Parameter zur Herstellung des Hartschaumes und seiner Struktur hinsichtlich Temperatur, Druck und Trock­ nungszeit etc. keine hochpräzisen Forderungen gestellt werden müssen.
Als besonders vorteilhaft hat sich das erfindungsgemäße An­ zündsystem erwiesen, wenn der pyrotechnische Hartschaum einen Zusatz von Cellulose- und/oder Kunststoffasern enthält. Einerseits wird durch diesen Zusatz die Festigkeit und damit die mechanische Stabilität des Hartschaumes wesentlich ge­ steigert. Andererseits ermöglicht die Verwendung derartiger Fasern die Verarbeitung auch grobkörniger Schwarzpulver. Wäh­ rend beispielsweise bei Verwendung der in der DE 42 23 735 A1 beschriebenen Anzündmischung zur Auftragung eines gleichmäßi­ gen Filmes auf dem Stützrohr bzw. auf den Treibladungs-Pel­ lets das Schwarzpulver lediglich Korngrößen von maximal 0,1 mm aufweisen darf, können bei der erfindungsgemäßen Schicht die Korngrößen des Schwarzpulvers bis 1,5 mm betragen. Trotz­ dem ergibt sich durch die Verwendung körniger Schwarzpulver eine Hartschaumschicht, die eine hohe innere Verfestigung des Schwarzpulvers aufweist und fest an dem jeweiligen Stützrohr haftet.
Der große Vorteil der Verwendung eines grobkörnigen Schwarz­ pulvers besteht darin, daß die lockere Verteilung der relativ großen Schwarzpulverkörner in der Schaumstruktur mit ihrer großen Kornoberfläche im Anzündmoment und im Moment der Flam­ menübertragung auf das Treibladungspulver bei kaum erhöhten Umgebungsdrücken für größte Lebhaftigkeitswerte sorgen.
Experimentell hat sich ergeben, daß der Cellulose- oder Kunststoffaseranteil des Schaumes etwa zwischen 0,2 und 5 Gew.-% liegen sollte. Vorzugsweise sollte der Faseranteil etwa 1-3 Gew.-% betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß zunächst Nitrocellulose (NC) in einem NC-Lösemittel gelöst wird. Anschließend wird das in dem NC-Lösemittel unlösliche Cellulose-und/oder Kunststoff-Fasergemisch in die Lösung ein­ gebracht und in dieser homogen verteilt. Nachdem dann das Schwarzpulver und gegebenenfalls weitere Zusätze, beispiels­ weise ein Weichmacher, zugemischt und in der Lösung homogen verteilt werden, kann die derart zusammengesetzte Anzündmasse entweder direkt auf das Stützrohr oder auf einen separaten Formkörper aufgetragen und vorzugsweise bei Temperaturen zwi­ schen 30 bis 60°C und einem leichten Unterdruck getrocknet werden, so daß das Lösemittel verdampft und dadurch im Inne­ ren die gewünscht grobporige und poröse Struktur sowie an den Oberflächen einen zusammenhängenden Oberflächenfilm er­ zeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat u. a. den Vorteil, daß zur Herstellung des Hartschaumes kein separates Treibmittel ver­ wendet werden muß, weil das Lösungsmittel diese Rolle mit übernimmt.
Als Nitrocellulose hat sich vor allem Lackwolle mit einem Stickstoffgehalt von 11,5 bis 12,5% Stickstoff bewährt. Bei Anpassung der Lösemittelwahl an das Lösevermögen von hochnitrierten Nitrocellulosen kann auch Schießbaumwolle (Stickstoffgehalt < 13%) zur Anwendung kommen. Als NC-Löse­ mittel, welches auch die Rolle des Treibmittels übernehmen soll, haben sich unter anderem Aceton, Acetonitril und verschiedene Ester oder Ketone und geeignete Abmischungen als geeignet erwiesen. Als Cellulose-Fasergemisch kann mit gutem Erfolg Baumwollinters oder Kraftzellstoff verwendet werden.
Bei der Verwendung des Schwarzpulvers sind bevorzugt Weich­ korntypen verwendbar, und zwar auch solche, die unterschied­ liche Zusammensetzungen der Grundform aufweisen, also nicht nur 75%, sondern auch 77% oder 80% Kaliumnitrat enthalten.
Eine Beschleunigung der Anzündreaktion und eine Erhöhung der Flammentemperatur wird erreicht, wenn der Anzündmasse zusätz­ lich 2-12 Gew.-%, vorzugsweise 3-5 Gew.-%, Magnesium- oder Aluminiumpulver zugemischt wird.
Als Weichmacher haben sich Dibutylphthalat und andere Phtha­ late sowie Centralit bewährt, die die ansonsten relativ harte Struktur des Schaumes elastischer und biegsamer gestalten.
Die Verarbeitung von grobkörnigem Schwarzpulver unter Zusatz von dem Cellulosefaßergemisch bereitet im dünnflüssigen Zu­ stand, beispielsweise im Spritzprozeß, Probleme, weil die groben Körner sich rasch absetzen, die Spritzdüse verstopfen und zu inhomogenen Verteilungen auf dem Mittenrohr führen können. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, die Ver­ arbeitung auf eine hochviskose Anzündmasse abzustimmen. Eine derartige Masse kann dann beispielsweise mittels eines Wal­ zenauftragsverfahrens auf den Stützkörper aufgetragen werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs­ beispielen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Treibla­ dungsmodules und
Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Modul entlang der dort mit II-II bezeichneten Schnitt­ linie in vergrößerter, nicht maßstabsgerechter Darstel­ lung.
In Fig. 1 ist mit 1 ein in großkalibrigen Geschützen einsetz­ bares Treibladungsmodul bezeichnet (vgl. z. B. auch die EP 0 306 616 B1), welches im wesentlichen aus einem Behälter 2 zur Aufnahme von an sich bekanntem Treibladungspulver 3 besteht. Für eine zentrale Anzündung ist ein freier Anzündkanal 4 vorgesehen, der seitlich von einem Stützrohr 5 aus einem verbrennbaren Material begrenzt wird. In dem Stützrohr 5 befinden sich eine Vielzahl von Öffnungen 6.
Erfindungsgemäß ist auf der dem Treibladungspulver 3 zuge­ wandten Seite des Stützrohres 5 als Anzündübertragungsladung eine pyrotechnische Composite-Hartschaumschicht 7 mit einem im wesentlichen dreischichtigen Aufbau (Fig. 2) angeordnet. Die dem Treibladungspulver zugewandte Oberflächenschicht 8 und die dem Stützrohr 5 zugewandte Oberflächenschicht 9 sind jeweils dichtgeschlossen (d. h. die Dichte sollte < 1 g/cm³ betragen) und bieten Schutz gegen in den Hartschaum mögli­ cherweise eindringende Feuchtigkeit. Die zwischen den Ober­ flächenschichten 8 und 9 liegende innere Schicht 10 weist eine relativ poröse und grobporige Schaumstruktur auf (d. h. die Schaumdichte sollte zwischen 0,4 und 0,9 g/cm³ liegen).
Die dem Anzündkanal 4 zugewandte Oberfläche des Stützrohres 5 überzieht eine dünne pyrotechnische Lackschicht (Anzünd­ schicht) 11.
Im folgenden wird auf die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Anzündsystems eingegangen:
Nach Anzündung eines nicht dargestellten Anzünders gelangen die heißen Anzündgase in den Anzündkanal 4, entzünden dort sowohl die pyrotechnische Lackschicht 11 als auch über die Öffnungen 6 die Oberflächenschicht 8 und dann die grobporige Innenschicht 10 mit seinen anzündwilligen Schwarzpulverkör­ nern. Die lockere Verteilung dieser Körner in der Schaum­ struktur mit ihrer großen Kornoberfläche sorgen im Moment der Flammenübertragung auf das Treibladungspulver bei kaum erhöhten Umgebungsdrucken für größte Lebhaftigkeitswerte der Flammenausbreitung. Dadurch kommt es zu einer schlagartigen Anzündung des Treibladungspulvers in breiter Front, weil die brennenden Hartschaumteile allseits brennend in das Treibla­ dungspulver geschleudert werden.
Zur Herstellung des pyrotechnischen Hartschaumes wird Nitro­ cellulose (NC) (z. B. Lackwolle mit einem Stickstoffgehalt zwischen 11,5% und 12,5% oder Schießbaumwolle mit einem Stickstoffgehalt über 13%) in einem Lösemittel (z. B. Ace­ tonitril) gelöst. Dann wird ein Kraftzellstoff-Fasergemisch in die Lösung eingebracht und homogen verteilt. Anschließend wird das Schwarzpulver bevorzugt im Korngrößenbereich zwi­ schen 0,2 und 1,5 mm sowie gegebenenfalls ein Weichmacheran­ teil zugesetzt. Ferner können zur Erhöhung der Flammentempe­ ratur und zur Beschleunigung der Anzündreaktion 2 bis 12% (bevorzugt 3 bis 5%) Magnesium- und/oder Aluminiumpulver der Lösung zugemischt und verteilt werden. Die Viskosität einer derartigen Mischung weist relativ hohe Werte auf ( 5000 Pa·s), so daß eine teigige Anzündmasse vorliegt.
Bevor diese Anzündmasse auf das Stützrohr 5 aufgetragen wird, wird zunächst die pyrotechnische Lackschicht 11 beispielswei­ se im Spritzverfahren aufgebracht und dann getrocknet. An­ schließend wird eine etwa 1 bis 3 mm dicke Schicht der An­ zündmasse, z. B. durch eine Breitschlitzdüse, auf die Außen­ oberfläche des Stützrohres 5 mit Hilfe einer Dosierkolben­ pumpe gedrückt. Durch ihre thixotrope Einstellung, bedingt durch die Zumischung des Cellulosefasergemisches, bleibt die Anzündmasse auf dem Stützrohr stehen und haften. Das Stütz­ rohr wird in einen Trockenkanal gebracht, in dem eine Tempe­ ratur von 30-60°C und ein Unterdruck von ca. 700 mbar vorliegt. Dadurch entweicht das Lösemittel an der Oberfläche durch Verdunsten. Die Anzündmasse verarmt an Lösemittel und es bildet sich ein zusammenhängender Oberflächenfilm, der der in Fig. 2 mit 9 bezeichneten Oberflächenschicht entspricht. Im Inneren unter der sich bildenden Oberflächenschicht 9 schäumt die Anzündmasse durch Verdampfen des Lösemittels auf und bil­ det eine sich erhärtende Schaumstruktur von einer Dicke, die - je nach gewählter Schichtdicke der Anzündmasse - zwischen 0,5 und 2 mm betragen soll. Die Dämpfe entweichen durch Poren in der Außenhaut. Sie werden in einer Kühlfalle niedergeschlagen und das Lösemittel zurückgewonnen.
Auch auf der dem Stützrohr 5 zugewandten Seite bildet sich ein geschlossener Film der Anzündmasse, der an dem Stützrohr haften bleibt und der der in Fig. 2 mit 8 bezeichneten Ober­ flächenschicht entspricht. Durch die Kapillarwirkung wird hier das Lösungsmittel in das poröse Stützrohr gezogen.
Anstatt die Hartschaumschicht direkt auf dem Stützrohr 5 auf­ zubringen, kann auch mit Hilfe eines Metall- oder Kunststoff­ trägers, welcher die Außenabmessungen des Stützrohres be­ sitzt, ein entsprechender Formling hergestellt werden. Hierzu weist der Träger eine Oberfläche mit Sieblöchern auf und ist innen hohl. In das Innere des Trägers können dann die Dämpfe abgesaugt werden, wenn ein leichtes Vakuum angelegt wird. Über die Temperatur und das vorgelegte Vakuum kann die Dicke der Hartschaumschicht und dessen Porosität gesteuert werden. Nach dem Trockenprozeß kann mittels leichtem Überdruck die Hartschaumschicht, die die Abmessungen und die Kontur des Stützrohres angenommen hat, vom Träger abgezogen und auf das vorbereitete Stützrohr geschoben werden.
Die Vorbereitung des Stützrohres erfolgt in diesem Fall da­ durch, daß es beidseitig beispielsweise in einem Spritzvor­ gang lackiert wird. Dieser Lack liefert dann einerseits die Innenbeschichtung des gelochten Stützrohres 5. Andererseits bildet die Außenbeschichtung des Stützrohres mit dem Lack eine Klebeverbindung zwischen Stützrohr und dem übergescho­ benen Hartschaumschicht-Formling.
Bezugszeichenliste
1 Treibladungsmodul
2 Behälter
3 Treibladungspulver
4 Anzündkanal
5 Stützrohr
6 Öffnungen
7 Anzündübertragungsladung, Hartschaumschicht
8 Oberflächenschicht, Teilschicht
9 Oberflächenschicht, Teilschicht
10 innere Schicht, innere Teilschicht
11 pyrotechnische Lackschicht

Claims (17)

1. Anzündsystem für Treibladungen mit einem gelochten Stützrohr (5) aus einem verbrennbaren Material, welches einen freien Anzündkanal (4) koaxial umhüllt, wobei an dem Stützrohr (5) auf der dem Treibladungspulver (3) zugewandten Seite eine Anzündübertragungsladung (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ zündübertragungsladung (7) aus einer 1 bis 3 mm dicken pyrotechnischen Hartschaumschicht (Composite-Hartschaum) besteht, und daß die Hartschaumschicht (7) eine aus mehreren Teilschichten (8-10) zusammengesetzte Struktur aufweist, wobei die innere Teilschicht (10) eine grobpo­ rige Struktur (Schwammstruktur) und die an die innere Schicht (10) angrenzenden Oberflächenschichten (8, 9) jeweils eine dichtgeschlossene Struktur besitzen.
2. Anzündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der pyrotechnischen Hartschaumschicht (7) um eine Mischung aus Nitrocellulose (NC) und Schwarzpulver handelt, in der ein Cellulose- und/oder Kunststoff-Fasergemisch enthalten ist.
3. Anzündsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Cellulose- und/oder Kunststoffasern in der Hartschaumschicht (7) 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugs­ weise 3 Gew.-%, beträgt.
4. Anzündsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schwarzpulver eine Korngröße aufweist, die im Mittel zwischen 0,2 und 1,5 mm liegt.
5. Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Hartschaumschicht (7) 2-12 Gew.-%, vorzugsweise 3-5 Gew.-%, Magnesium oder Aluminiumpulver mit einer Korngröße < 0,1 mm ent­ hält.
6. Anzündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gelochte Stützrohr (5) auf seiner dem freien Anzündkanal (4) zugewandten Seite mit einem pyrotechnischen Lack (11) beschichtet ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Anzündsystems für Treib­ ladungen mit einem gelochten Stützrohr (5) aus einem verbrennbaren Material und mindestens einem freien Anzündkanal (4), wobei an dem Stützrohr (5) auf der dem Treibladungspulver (3) zugewandten Seite eine Nitrocel­ lulose (NC) und Schwarzpulver enthaltende Anzündübertra­ gungsladung (7) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Nitrocellulose (NC) in einem NC-Lösemittel gelöst wird, daß anschließend in diese Lösung ein in dem NC-Lösemittel unlösliches Cellulose-und/oder Kunststoff- Fasergemisch eingebracht und homogen verteilt wird, daß dann das Schwarzpulver und gegebenenfalls ein Weichma­ cher zugemischt und verteilt wird/werden, und daß diese Anzündmasse anschließend entweder direkt auf das Stütz­ rohr (5) oder auf einen separaten Formkörper aufgetragen und bei einer vorgebbaren Temperatur und einem vorgebba­ ren Unterdruck getrocknet wird, so daß das Lösemittel verdampft und dadurch im Inneren der Anzündmasse die ge­ wünschte grobporige und poröse (Schaum-) Struktur sowie an den Oberflächen entsprechende zusammenhängende Ober­ flächenschichten (8, 9) erzeugt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösemittel Aceton, Acetonitril, Ester oder Ketone oder Abmischungen derselben miteinander verwendet wer­ den.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß als Nitrocellulose Lackwolle und/oder Schießbaumwolle mit einem Stickstoffgehalt 11,5% verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Cellulose Kraftzellstoff oder Baumwollinters verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Schwarzpulver mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 1,5 mm verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem normalen Schwarz­ pulver mit einem Gehalt von 75% KNO₃ auch Schwarzpulver mit einem Gehalt von 77% oder 80% KNO₃ verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzündmasse 2-12%, vorzugsweise 3-5%, zusätzlich Magnesium- oder Aluminiumpulver mit einer Korngröße unter 0,1 mm zugemischt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzündmasse 1 bis 6%, vorzugs­ weise 1 bis 3%, eines Weichmachers zugemischt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher Centralit, Dibutylphthalat oder andere Phtalate verwendet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzündmasse thixotrop eingestellt ist und eine Viskosität 5000 Pa·s aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzündmasse mittels eines Walzenauftragsverfahrens oder mittels einer Breitschlitzdüse auf dem Stützrohr (5) oder dem separaten Formkörper aufgebracht wird.
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