EP0229359B1 - Gehäuse zum Schutz von Sprengladungen - Google Patents

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EP0229359B1
EP0229359B1 EP86117729A EP86117729A EP0229359B1 EP 0229359 B1 EP0229359 B1 EP 0229359B1 EP 86117729 A EP86117729 A EP 86117729A EP 86117729 A EP86117729 A EP 86117729A EP 0229359 B1 EP0229359 B1 EP 0229359B1
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shock wave
layer
housing
wave impedance
layers
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Hans Spies
Ulrich Weigel
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/72Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material
    • F42B12/76Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material of the casing
    • F42B12/80Coatings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/28Cartridge cases characterised by the material used, e.g. coatings

Definitions

  • the present invention relates to a housing for protecting explosive charges against fire and fire, consisting of several layers surrounding the explosive charge of different compositions.
  • a housing for protecting explosive charges against fire and fire, consisting of several layers surrounding the explosive charge of different compositions.
  • Such a housing is already known.
  • a protective housing for ammunition which consists of several layers surrounding the ammunition body of different compositions.
  • An aluminum foil follows the ammunition body, then an insulator layer with a heat-reflecting layer and finally a foamed glass fiber layer in order to protect the ammunition body against the effects of fire.
  • a container for storing dangerous material is known, the wall of which consists of a laminate which has an inner layer made of relatively rigid fiber-reinforced plastic material and an outer layer made of an elastomeric material for protection against penetrating projectiles.
  • a multi-layer armor plate which serves to protect objects against direct fire or explosions.
  • the individual layers of the armor plates each have a different acoustic impedance, i.e. different sound wave resistances, the acoustic impedances from the outside, i.e. of the outer wall, which has been impacted by an explosion, continuously decrease towards the inside. In this way, a sound or shock wave entering the armor plate is continuously damped, so that the destructive effects on the inside are reduced.
  • Such armor plates could in principle also be used for the explosive casings in question here. However, nothing is mentioned in the French patent application with regard to the material properties and melting points that could ensure protection against fire.
  • the object of the invention is to provide a housing for the protection of explosive charges both against the action of fire or explosions as well as fire, the housing having a particularly high thermal time constant and also particularly effectively dampening penetrating particles from projectiles.
  • the materials for the individual layers of the housing are selected according to two criteria, namely with regard to the shock wave impedance and with regard to the melting points.
  • the shock wave impedance here is the resistance that the material offers against a shock wave penetrating into it, and is therefore not in every case equal to the acoustic impedance mentioned above.
  • the so-called Hugoniot curves apply to the propagation speed of sound waves in materials as a function of the pressure load. It can occur that the impedance of the material to shock waves takes different values to the acoustic impedance that applies to normal sound waves entering the material, accordingly for sound waves that, in contrast to a shock wave, have no step function in amplitude.
  • the staggering of the melting points of the layer materials ensures effective protection against fire. Since the layers initially melt and then evaporate when exposed to fire, the corresponding heat of fusion and evaporation is released. This delays the breakthrough of the fire up to the explosives to be protected, so that there is a relatively long time for the introduction of protective measures.
  • the outermost layer adjacent to the envelope has a high shock wave impedance
  • the layer following this layer has a low shock wave impedance
  • the subsequent layer again has a high shock wave impedance
  • the layer closest to the explosive charge again has a low shock wave impedance
  • the layers of low shock wave impedances can be made thinner than the layers of high shock wave impedance.
  • the contact surfaces between the layers of different shock wave impedance have a sawtooth-shaped cross section, wherein these cross sections can be offset from one another.
  • the sawtooth-shaped cross sections are offset from one another by a quarter of a period of the sawtooth shape.
  • the advantage is thus achieved that explosive charges are particularly effectively protected both against the penetration of projectiles or their fractions, and against the action of fire, since the housing has a particularly high thermal time constant, so that it also can be used for sensitive parts of an ignition chain.
  • the advantage is achieved that when the temperature is exerted from the shell side, the layers melt first in succession in accordance with the staggered temperature and then evaporate, the corresponding vapor pressure escaping through the holes provided in the shell.
  • This removal of the heat of fusion and evaporation leads to a very strong increase in the thermal time constant, so that in the event of fire e.g. in the ammunition depot, the time to initiate measures is significantly extended.
  • the explosive charge is schematically designated 1, which is to be protected against the action of fire or projectiles.
  • the explosive charge 1 is surrounded by a first layer 2, which consists of a material of low shock wave impedance.
  • a first layer 2 which consists of a material of low shock wave impedance.
  • This layer is followed by a second layer 3 with a high shock wave impedance, followed by a layer 4 with a low shock wave impedance and a fourth layer 5 with a high shock wave impedance.
  • the outermost layer 5 is followed by a casing 6 which is provided with a multiplicity of bores 7 which are filled with the material of the outermost layer 5.
  • the material of the layers is selected so that the outermost layer 5 has the lowest melting point and the melting point rises to the innermost layer 2. This means that the outer layer 5 first melts and evaporates when the temperature is exerted from the casing 11, the steam being able to escape through the bore 7. Only then does the material of layer 4 or layers 3 and 2 melt and evaporate. This successive melting or evaporation of the individual layers leads to a very strong increase in the thermal time constant.
  • the two layers of low shock wave impedance 2 and 4 are sawtooth-shaped, so that the surfaces of the individual flanks of the saw teeth form a defined angle with respect to the casing 6.
  • the contact surfaces of the layers 5, 3 and a further layer 8 are adapted to this sawtooth shape.
  • a further layer 9 of low shock wave impedance can be present between the additional layer 8 of high shock wave impedance.
  • the damping of shock waves or of vertically impinging articles is also improved by reflection at the impedance impact points in that the two sawtooth-shaped layers 2 and 4 are offset from one another, specifically over a quarter of the total period of the sawtooth shape.
  • the housing according to the invention can be cylindrical or rectangular, depending on the shape of the explosive charge to be protected. It can surround the explosive charge on all sides, one of the sides of the rectangular housing or one of the end faces of a cylindrical housing being removable.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse zum Schutz von Sprengladungen gegen Beschuß und Feuer, bestehend aus mehreren die Sprengladung umgebenden Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen. Ein derartiges Gehäuse ist bereits bekannt.
  • Um Sprengladungen vor Beschuß bzw. Einwirkung von Feuer zu schützen, ist es bereits bekannt, Sprengstoffe niedriger Empfindlichkeit zu verwenden, wobei diese Sprengstoffe jedoch den Nachteil aufweisen, daß sie in Zündketten nicht anwendbar sind; auch bei anderen Verwendungsarten entstehen erhebliche Initiierungsprobleme.
  • Auch das Vorsehen einer einzigen mechanischen Dämpfungsschicht zwischen Hülle und Sprengladung ist nur wenig wirksam, insbesondere beim Auftreffen von Wuchtgeschossen.
  • Aus der US-PS 4 010 690 ist ein Schutzgehäuse für Munition bekannt, das aus mehreren den Munitionskörper umgebenden Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen besteht. Dabei folgt auf den Munitionskörper zuerst eine Aluminiumfolie, danach eine Isolatorschicht mit einer wärmereflektierenden Schicht und schließlich eine ausgeschäumte Glasfaserschicht, um so den Munitionskörper gegen die Einwirkung von Feuer zu schützen.
  • Aus der DE-OS 28 55 694 ist ein Behälter zur Aufbewahrung von gefährlichem Material bekannt, dessen Wand aus einem Laminat besteht, das eine Innenschicht aus verhältnismäßig starrem faserverstärkten Kunststoffmaterial und eine Außenschicht aus einem elastomeren Material aufweist zum Schutz gegen eindringende Geschosse.
  • Aus der FR-A-24 28 266 ist zwar kein Gehäuse, jedoch immerhin eine Panzerplatte aus mehreren Schichten bekannt, die zum Schutz von Objekten gegen direkten Beschuß oder Explosionen dient. Die einzelnen Schichten der Panzerplatten weisen jeweils eine unterschiedliche akustische Impedanz, d.h. unterschiedliche Schallwellenwiderstände auf, wobei die akustischen Impedanzen von der Außenseite, d.h. der etwa von einer Explosion beaufschlagten Außenwand, in Richtung auf die Innenseite kontinuierlich abnehmen. Auf diese Weise wird eine in die Panzerplatte eintretende Schall- bzw. Schockwelle kontinuierlich gedämpft, so daß die zerstörerischen Wirkungen auf der Innenseite reduziert werden. Derartige Panzerplatten könnten im Prinzip auch für die hier in Rede stehenden Gehäuse für Sprengstoffe verwendet werden. Allerdings ist in der französischen Patentanmeldung nichts hinsichtlich der Materialeigenschaften und der Schmelzpunkte erwähnt, die einen Schutz gegenüber Feuer gewährleisten könnten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gehäuse zum Schutz von Sprengladungen sowohl gegen die Einwirkung von Beschuß oder Explosionen als auch von Feuer zu schaffen, wobei das Gehäuse eine besonders hohe thermische Zeitkonstante aufweist und auch eindringende Partikel von Geschossen besonders wirksam dämpft.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Demgemäß werden die Materialien für die einzelnen Schichten des Gehäuses nach zwei Kriterien ausgesucht, nämlich hinsichtlich der Stoßwellenimpedanz und hinsichtlich der Schmelzpunkte. Die Stoßwellenimpedanz ist hierbei der Widerstand, den das Material gegen über einer in dieses eindringenden Stoßwelle entgegensetzt, ist somit nicht in jedem Falle gleich der oben erwähnten akustischen Impedanz. Für die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in Materialien als Funktion der Druckbelastung gelten die sogenannten Hugoniot-Kurven. Hierbei kann es auftreten, daß die Impedanz des Materials gegenüber Stoßwellen unterschiedliche Werte gegenüber der akustischen Impedanz einnimmt, die für in das Material eintretende normale Schallwellen gilt, demgemäß für Schallwellen, die im Gegensatz zu einer Stoßwelle in der Amplitude keine Sprungfunktion aufweisen.
  • Des weiteren sichert die Staffelung der Schmelzpunkte der Schichtmaterialien einen wirksamen Schutz gegenüber Feuer. Da bei einer Feuereinwirkung die Schichten von außen nach innen zunächst schmelzen und dann verdampfen, werden die entsprechenden Schmelz- und Verdampfungswärmen frei. Der Durchbruch des Feuers bis zum zu schützenden Sprengstoff wird hierdurch verzögert, so daß eine relativ lange Zeit für die Einleitung von Schutzmaßnahmen gegeben ist.
  • Vorteilhafterweise weist die an der Hülle anliegende äußerste Schicht eine hohe Stoßwellenimpedanz auf, während die dieser Schicht folgende Schicht eine niedrige Stoßwellenimpedanz, die sich daran anschließede Schicht wieder eine hohe Stoßwellenimpedanz und die der Sprengladung nächstliegende Schicht wieder eine niedrige Stoßwellenimpedanz aufweisen; dabei können die Schichten niedriger Stoßwellenimpedanzen dünner ausgebildet sein als die Schichten hoher Stoßwellenimpedanz.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Berührungsflächen zwischen den Schichten unterschiedlicher Stoßwellenimpedanz einen sägezahnförmigen Querschnitt aufweisen, wobei diese Querschnitte zueinander versetzt sein können. Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die sägezahnförmigen Querschnitte um ein Viertel einer Periode der Sägezahnform zueinander versetzt.
  • Mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Gehäuse wird also der Vorteil erzielt, daß Sprengladungen besonders wirksam sowohl gegen das Eindringen von Geschossen bzw. deren Bruchteilen geschützt werden, als auch gegen die Einwirkung von Feuer, da das Gehäuse eine besonders hohe thermische Zeitkonstante aufweist, so daß es auch für empfindliche Teile einer Zündkette anwendbar ist.
  • Aufgrund der alternierenden Anordnung von Schichten unterschiedlicher Stoßwellenimpedanz wird an den jeweiligen Stoßstellen erreicht, daß in das Gehäuse eindringende Stoßwellen an den jeweiligen Schichten reflektiert werden. Ferner wird die Einwirkung von eindringenden Artikeln dadurch stark geschwächt.
  • Besonders bei der sägezahnförmigen Ausgestaltung der Berührungsflächen zwischen den einzelnen Schichten wird durch die Reflektion an lmpedanzstoßstellen bei senkrecht auftreffenden Partikeln bzw. Stoßstellen eine zusätzliche Dämpfung erreicht.
  • Aufgrund der ansteigenden Schmelzpunkte von außen nach innen wird der Vorteil erzielt, daß bei einer Temperatureinwirkung von der Hüllenseite der die Schichten entsprechend der gestaffelten Temperatur nacheinander zuerst schmelzen und dann verdampfen, wobei der entsprechende Dampfdruck über die in der Hülle vorgesehenen Bohrungen entweicht. Durch diese Abfuhr der Schmelz- und Verdampfungswärme wird eine sehr starke Erhöhung der thermischen Zeitkonstante erreicht, so daß bei Brand z.B. im Munitionsdepot die Zeit zur Einleitung von Maßnahmen wesentlich verlängert wird.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel und
    • Figur 2 einen Querschnitt durch eine zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Gehäuses.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist schematisch mit 1 die Sprengladung bezeichnet, die gegen die Einwirkung von Feuer oder Geschossen geschützt werden soll. Die Sprengladung 1 ist zu diesem Zweck von einer ersten Schicht 2 umgeben, die aus einem Material niedriger Stoßwellenimpedanz besteht. Auf diese Schicht folgt eine zweite Schicht 3 mit einer hohen Stoßwellenimpedanz, auf diese eine Schicht 4 mit niedriger Stoßwellenimpedanz und auf diese eine vierte Schicht 5 wiederum mit hoher Stoßwellenimpedanz.
  • Auf die äußerste Schicht 5 folgt eine Hülle 6, die mit einer Vielzahl von Bohrungen 7 versehen ist, die vom Material der äußersten Schicht 5 ausgefüllt sind. Das Material der Schichten wird so ausgewählt, daß die äußerste Schicht 5 den niedrigsten Schmelzpunkt aufweist und der Schmelzpunkt bis zur innersten Schicht 2 hin ansteigt. Das bedeutet, daß bei einer Temperatureinwirkung von der Hülle 11 her zuerst die äußerste Schicht 5 schmilzt und verdampft, wobei der Dampf durch die Bohrung 7 entweichen kann. Erst danach schmilzt und verdampft das Material der Schicht 4 bzw. der Schichten 3 und 2. Durch dieses nacheinander erfolgende Schmelzen bzw. Verdampfen der einzelnen Schichten wird eine sehr starke Erhöhung der thermischen Zeitkonstante erreicht.
  • Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses sind die beiden Schichten niedriger Stoßwellenimpedanz 2 und 4 sägezahnförmig ausgestaltet, so daß die Öberflächen der einzelnen Flanken der Sägezähne bezüglich der Hülle 6 einen definierten Winkel mit dieser bilden. Die Berührungsflächen der Schichten 5, 3 sowie einer weiteren Schicht 8 sind dabei an diese Sägezahnform angepaßt. Zwischen der zusätzlichen Schicht 8 hoher Stoßwellenimpedanz kann eine weitere Schicht 9 geringer Stoßwellenimpedanz vorhanden sein.
  • Wie Figur 2 ferner erkennen läßt, wird die Dämpfung von Stoßwellen bzw. von senkrecht auftreffenden Artikeln durch Reflektion an den lmpedanzstoßstellen auch dadurch verbessert, daß die beiden sägezahnförmig ausgestalteten Schichten 2 und 4 zueinander versetzt sind und zwar über ein Viertel der Gesamtperiode der Sägezahnform.
  • Das erfindungsgemäße Gehäuse kann je nach der Form der zu schützenden Sprengladung zylindrisch oder rechteckig ausgebildet sein. Es kann die Sprengladung allseitig umgeben, wobei eine der Seiten des rechteckigen Gehäuses bzw. eine der Stirnseiten eines zylindrischen Gehäuses abnehmbar ist.

Claims (6)

1. Gehäuse zum Schutz von Sprengladungen, bestehend aus mehreren die Sprengladung umgebenden Schichten (2-5) jeweils unterschiedlicher Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (2-5) aufeinanderfolgend unterschiedliche Impedanzen für auftreffende Stoßwellen aufweisen, daß die Schmelzpunkte der Schichtmaterialien von außen nach innen ansteigen, und daß die äußerste Schicht (5) von einer Hülle (6) mit Öffnungen (7) umgeben ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Hülle (6) anliegende äußerste Schicht (5) eine hohe Stoßwellenimpedanz aufweist, die dieser Schicht folgende Schicht 4 eine niedrige Stoßwellenimpedanz aufweist, die nächstliegende Schicht (3) eine hohe Stoßwellenimpedanz und die an der Sprengladung (1) anliegende Schicht (2) wieder eine niedrige Stoßwellenimpedanz aufweist.
3. Gehäuse nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten niedriger Stoßwellenimpedanz (2 und 4) dünner sind als die Schichten hoher Stoßwellenimpedanz (1 und 3).
4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen zwischen den Schichten unterschiedlicher Stoßwellenimpedanz einen sägezahnförmigen Querschnitt aufweisen.
5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sägezahnförmigen Querschnitte zueinander versetzt sind.
6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sägezahnförmigen Querschnitte um ein Viertel einer Periode der Sägezahnform zueinander versetzt sind.
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