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Verfahren zur Herstellung von Feststoff-Treibsätzen für Raketen ;,Die
-vorliegende Erfindung- bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren zur Herstellung
von Feststoff-Treil>sätzen auf der Basis von Nitrocellulose, das besonders einfach
in der Durchführung ist und zu Treibsätzen -mit verbesserten. Brenneigenschaften
f üh_ rt.
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Bei der -Herstellung von Treibsätzen für Feststoffraketen spielt bekanntlich
das Problem der Verformung und die Einstellung einer definierten Bxennoberfläche
eine ausschlaggebende Rolle. Sofesnman die Abbrandgeschwindigkeit konstant halten
will; ist. es erforderlich, daß auch die wirksame Brennoberfläche während des Ahbrandes
möglichst konstant ist"wie es beispielsweise-bei Raketentreibsätzen.der-sogenannten
»Stirn- oder der Zigarrenbrenrrer«-,. uncl bei der kofiventionellen Artillerie 51as
(lagge) Röhrenpulver- darstellt.. .. Im wesentlichen sind derzeit die folgenden
Verfahren bekannt, um ein Nitröglycerinpulver (Ngl -l- Nc) zu einem entsprechenden
Treibsatz zu verformen.
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'i. Pressen in Gegenwart eines flüchtigen Lösungsmittels, welches
anschließend entfernt wird. Dieses Verfahren wird fast nur für Treibmittel hei der
konventionellen Artillerie verwendet; .'2. Strangpressen vorgelatinierter (gewalzter),
aus Nitrocellulose und flüssigen Salpetersäureestern bestehender Massen wie bei
sogenannten POL-Pulvern; d. h', für Ngl-Pulver, hergestellt ohne Lösemittel; 3:
Schneckenpressen, ebenfalls von vorgelatinier-- ten Massen gleicher Art -wie unter
2; _
q.. Gießen, d. h. Vermischen der obengenannten Bestandteile
in eine Form.
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Das erstgenannte Verfahren ist auf Treibsätze geringerer Abmessungen
begrenzt und weist ferner Nachteile bei der Herstellung komplizierter geometrischer
Formen auf, da durch die Entfernung des Lösungsmittels leicht Spannungen auftreten,
die zu Rissen führen können.
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Strangpressen und Schneckenpressen erfordern erhebliche Verarbeitungsdrücke;
man kann nur gleichbleibende Profile herstellen, d. h. keine konischen Körper; die
Körper sind in ihren Querschnittsdimensionen begrenzt, da sonst die Pressen zu große
Maße annehmen.
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Alle diese Verfahren gehen darauf hinaus, die Treibstoffein einer
absolut gleichmäßigen Mischung zu einem homogenen, festen Körper zu verarbeiten.
Die Regelung der Brenngeschwindigkeit erfolgt prinzipiell durch die geometrische
Form des Festkörpers, wenn man von der chemischen Zusammensetzung absieht.
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Zum Stande der Technik ist es weiterhin bekannt, Feststofftreibsätze
in der Weise herzustellen, daß angelatinierte Nitrocellulosekügelchen in eine Form
gefüllt, diese mit einem Gießlösungsmittel völlig aufgefüllt und die Masse so lange
bei erhöhter Temperatur gepreßt wird, bis eine völlige Auflösung und Homogenisierung
der Nitrocellulose erfolgt ist. Dieses - Verfahren ist verhältnismäßig langwierig
und zielt ebenfalls auf eine möglichst weitgehende Homogenisierung und eine ioo
%ige Raumerfüllung ab. Darüber hinaus ist es bekannt, Nitrocellulose in eine für
Versandzwecke vorteilhafte Form zu überführen, indem sie im Verlauf ihrer Verdichtung
mit geringen Mengen Lösungs- und/oder Weichmachungsmitteln oberflächlich angelatiniert
wird.
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Jedoch konnte auch dieses Verfahren keine Anregung für die Lösung
des hier gestellten Problems geben.
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Es wurde nun gefunden, daß gleichmäßig abbrennende Feststoff-Treibsätze
mit einer in einem gewissen Bereich einstellbaren wirksamen Brennoberfläche auf
einfache Weise dadurch hergestellt werden können, daß faserförmige Nitrocellulose
zu einer verfilzten Masse verpreßt, durch kurzzeitiges Tauchen in ein geeignetes
Gelatinierurigsmittel getränkt, schwach gelatiniert und dann gegebenenfalls geformt
wird. Die Nitrocellulosefasern werden irärteilhaft in Längen von durchschnittlich
1/2 min ver= wendet. Das Pressen soll zweckmäßig mit einem Druck von maximal io
kg/cm2, vorzugsweise 6 bis $ kg/cm2; erfolgen.
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Als Gelatinierungsmittel klimmen flüssige Salpetersäureester, wie
beispielsweise Diglykoldinitrat, Triglykoldinitrat, i,2,¢-Butantrioltrinitrat, Butylenglykoldinitrat,
Nitroglycerin öder deren Gemische, bestimmte flüssige Nitrokörper und alle üblichen
flüssigen Plägtifizierungsmittel, wie z. B. Phthalsäureester, Phosphorsäureestei
u. a., in Frage.
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Dabei kann man so verfahren, daß die verfilzte Nitrocellulosetnasse
vor dem Gelatinieren in die gewünschte Form gebracht wird und die Gelatinierung
durch Tauchen des Formlings in das Gelatinierungsmittel erfolgt. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann auch in der Weise angewandt werden, daß das Tauchen der faserförmigen
Nitrocellulose bereits in einer den Abmessungen des endgültigen Formlings entsprechenden
Form vorgenommen wird. Das Tauchbad kann neben dem Gelatinierungsmittel übliche
Zusätze wie Stabilisatoren, z. B. Centralite (substituierte Harnstoffe, Brenngeschwindigkeitsregler
- bleiorganische Verbindungen - u. a.) enthalten. Als Nitrocellulose kann jegliche
nitrierte Cellulose verwendet werden -vorwiegend eine solche, deren mittlerer N-Gehalt
über 12,5 % liegt.
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Nach einer etwas abgeänderten Art des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es auch möglich, die Nitrocellulosefasern vor dem Verpressen kurzzeitig in das
ein Gelatinierungsmittel enthaltende Bad zu tauchen und die mit dem Gelatinierungsmittel
benetzte faserförmige Nitrocellulose zu verpressen. In diesem Falle soll der Preßdruck
etwas niedriger, maximal bei 5 kg/cm2 und vorzugsweise bei 3 bis q. kg/cm2 liegen,
wodurch ein Abpressen des Gelatinierungsmittels vermieden wird. Danach wird - wie
oben beschrieben - die Verformung der faserförmigen Nitrocellulose vorgenommen.
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Es lassen sich Formlinge jeder Art herstellen. Sofern ein möglichst
schneller Abbrand des Treibsatzes angestrebt ist, sind - bedingt durch die große
innere Oberfläche in den Treibsätzen -komplizierte geometrische Formen meist nicht
erforderlich. In solchen Fällen genügt oft bereits die Ausformung als Vollzylinder.
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Sofern als Gelatinierungsmittel eine flüssige Substanz wie etwa Diglykoldinitrat
oder ähnliche Stoffe verwendet werden, kann man bei Zimmertemperatur 'arbeiten.
Sofern das Gelatinierungsmittel bei Ziirimerteräperätur fest ist, wird entweder
bei einer höheren Temperatur, bei welcher eine genügend geringe Viskösität des Mittels
erreicht ist, gearbeitet, oder das feste Gelatinierungsmittel wird in einem inerten
Lösungsmittel gelöst und die Lösung als Tauchbad verwendet.
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Die in einer üblichen Preßvorrichtung, z. B. einer Kolbenverdichterpresse,
zu einer verfilzten Masse, ähnlich einem Faservlies, verpreßte Nitxocellttlose besteht
aus einem erigrnaschigeri Netzwerk aus Nittbcelltilösefaserri mit einer Vielzahl
von inter= tnittierenderi Höhlräumeii. Die Größe der Ilohlräume bzw. die Weitmäschigkeit
des Nitiocellulose= faser-Netzwerkes und damit der inneren Oberfiäehd läßt sich
im wesentlichen durch die Faserlänge; den Preßdrttck Lind durch die Art und die
Menge des zugesetzten Gelatinatoig väriierdn: Je größer die Faserlänge, desto weitmäschigeF
bei gleichem Preßdruck das Netzwerk. Allerdings sind durchschnittliche Fäserlärigen
von mehr als 2,5 mm nicht tnehi värteilhs,ft. Es entstehen Ver= knättelungen und
Verknotuiigeii; ein geordneteg Netzwerk ist auch mit vergleichsweise hohen Prgß=
drückdn nicht mehr erieichbär. Zu .geringe Feserlängen in der dürehschnittliehen
Größe voti nur
einigen ioo g, sind ebenfalls unvorteilhaft. Es ist
dann eine gleichmäßige Vernetzung nicht mehr an allen Stellen des Preßlings gesichert.
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Ferner können zu hohe Preßdrücke einen praktisch vollständigen Verlust
der inneren Hohlräume und damit der inneren Oberfläche bewirken, während bei zu
niedrigen Preßdrücken die innere Oberfläche zu groß, die Pulvermasse zu offensiv
und die mechanische Festigkeit zu niedrig werden können. Als zweckmäßig haben sich
Faserlängen der Nitrocellulose von etwa o,5 bis 1,5 mm und Preßdrücke von maximal
l0 kg/cm2 ergeben. Die gleichen Nachteile ergeben sich bei zu hohem respektive zu
niedrigem Gehalt an Gelatinierungsmitteln. Je nach Typ des Gelatinierungsmittels,
des N-Gehalts der Nitrocellulose lassen sich die genannten Nachteile bis zu einem
bestimmten Grade ausgleichen. Beispielsweise kann der Preßdruck - ohne Nachteile
-niedriger gehalten werden, wenn man einen flüssigen Salpetersäureester verwendet
statt z. B. Trikresylphosphat.
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Die verpreßte Masse, die bereits die Form des fertigen Treibsatzes
aufweisen kann, wird auf geeigneten Siebunterlagen, beispielsweise durchlöcherten
Trageplatten oder in Siebkörben, wenige Minuten lang in das die Gelatinierflüssigkeit
enthaltende Bad getaucht. Ein Besprühen des gepreßten Faservlieses mit einem gleichen
Gelatinierungsmittel führt nicht zu gleichen Ergebnissen. Es erfolgt zwar eine Belegung
der äußeren Oberfläche mit dem gesprühten Mittel, die inneren Oberflächen werden
jedoch nicht benetzt, während beim Tauchen die Verteilung des Gelatinierungsmittels
gleichmäßig über die gesamte Masse erfolgt, was durch das bekannte Verfahren des
Anfärbens mit Methylenblau ermittelt werden kann. Bei dem nach dem Verfahren der
Erfindung hergestellten Treibsätzen handelt es sich also, im Gegensatz zu den bekannten
zweibasigen Treibsätzen, um je nach Erfordernis schwach bis stärker poröse' Körper,
deren Porengröße und Zahl sich in gewissen Grenzen einstellen läßt und die -eine
gegenüber den bekannten Treibsätzen bis um ein Vielfaches vergrößerte Oberfläche
besitzen können. Treibsätze dieser Art sind insbesondere als Startsatz für kleine
Raketen, aber auch prinzipiell für andere mehrstufige Raketen, in allen Fällen,
wo ein schneller Start gefordert wird und die Höhe des Gasdrucks nicht stark nach
oben begrenzt ist, geeignet.