EP0794848B1 - Verfahren und vorrichtung zum zerschneiden eines körpers aus festen explosivstoffen, insbesondere composite-raketentreibstoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum zerschneiden eines körpers aus festen explosivstoffen, insbesondere composite-raketentreibstoffen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method with a device for cutting a body made of solid explosives.
  • Solid explosives are used in relatively large quantities or quantities in solid rockets and all types of engines, such as surface-to-air, surface-to-surface and air-to-air missiles. Such large numbers of such rockets and engines are in storage for storage and are to be processed or recycled or destroyed. This requires safe, ecologically clean and efficient technologies.
  • the composite fuels used for solid rockets have a high proportion of 60 to 80% of an oxygen carrier and aluminum in powder form in a range of 5 to 10%.
  • Ammonium perchlorate, potassium perchlorate or ammonium nitrate are generally used as oxygen carriers. It should be noted that, for example, ammonium perchlorate (NH 4 ClO 4 ) at 240 ° C releases chlorine as a strong respiratory poison and oxygen to support combustion.
  • solid fuels have the problem that they have the ability to become statically charged when they are processed. Static charges can lead to voltages of up to 1000 V. The inevitably occurring electrical discharges cannot ignite the solid fuel due to their short lifespan, but can ignite the powder dust that arises during dry processing, such as sawing, grinding, etc. which in turn can lead to ignition of the solid fuel. Solid rocket fuels also have a high sensitivity to impact and friction.
  • WO-A-94 00275 describes a water jet cutting method and the composition a water jet using abrasive Described particles.
  • This cutting process also becomes reactive Materials such as Explosives, fuels, flammable substances, combustible substance and the like applied.
  • the process is designed that the water jet used in the cutting process one on the Penetrate the surface of a solution to be cut got to.
  • the water jet an abrasive fluid and optionally a surface-active substance attached. This beam composed in this way is directed towards the cutting substrate directed.
  • a combustion of solid rocket fuels without prior portioning is especially in long range missile rocket engines because of the high proportion of fuel mass in the total mass of Missile not realizable.
  • a procedure for cutting up a body is made solid explosives, especially composite rocket fuels.
  • a high-pressure water jet emerging from a nozzle onto the body solid explosive directed at the same time the nozzle and the body a relative movement made of solid explosive during cutting run towards each other.
  • the use of high pressure water beam as a cutting tool effectively avoids that of others mechanical separation processes occurring dangerous thermal Effects, e.g. the thermal energy generated during cutting the water acting as a coolant is removed.
  • Another The main advantage is that the process under ambient pressure conditions run and at the same time an unintended Inflammation of the solid fuel can be prevented.
  • the method for Cutting bodies made of solid explosives into one Composite rocket fuel body applied will be the high pressure water jet Abrasive particles added.
  • the cutting feed movement can either be done by fixing the position the nozzle and moving the body from composite rocket fuel, by moving the nozzle and fixing the body or by moving from both the body and the nozzle.
  • a cutting feed movement takes place around at least two axes, around curved or to be able to achieve inclined cutting surfaces.
  • a Pressure in the range of 30 to 120 MPa from the nozzle.
  • the composite rocket fuel is in a casing, in a further exemplary embodiment, this can be done by high-pressure water jet cutting inside the casing between the inner surface of the casing and the outer surface of the Composite rocket fuel is made to the body from composite rocket fuel peel out of the casing.
  • the formwork is without cutting the fuel body and the casing possible because there is a binder between the body and the casing located.
  • the cutting feed movements of nozzle and / or body made of composite rocket fuel and selected High pressure water jet parameters such as Outlet pressure, Beam diameter, beam focusing, proportion of abrasive particles in the High pressure water jet, etc. can be controlled remotely.
  • Fig. 1a is a side view of a cutting table 5 with means Tension straps 3 stretched body 1 made of composite rocket fuel shown, which is a body 1 of relatively small fuel mass acts.
  • the carrier 15 for fastening the displaceable nozzle holder 6 for the Nozzle 7 is shown in Fig. 1b).
  • Controller stepper motor is controlled, both on the carrier in Transverse direction to the guide frame 13 as well as with the carrier in Longitudinal direction on the guide frame 13 by a second drive device is slidably arranged, both cuts in the transverse direction of the body 1 made of composite rocket fuel as well its longitudinal direction parallel to the longitudinal axis or by simultaneous Movement of the nozzle holder 6 on the carrier 15 and on the guide frame 13 are generated in inclined surfaces.
  • This can a portioning of the monolithic body 1 made of composite rocket fuel can be realized in any size units.
  • FIG. 2a is a side end view of a body 8 made of a composite rocket fuel shown larger mass, which on two in the longitudinal direction extending through a second drive device 9 driven rollers is mounted on the lower area, the Body 8 is in an envelope, preferably made of metal is and extends over the longitudinal extension of the body 8.
  • the second drive device 9 becomes the body 8 with the metallic one Envelope 10 brought into rotation about its longitudinal axis.
  • the nozzle holder 6 On a frame 14 attached to the cutting table 5 is the nozzle holder 6 arranged with the nozzle 7 for the high-pressure water jet 2, that the water jet in a region of the end face 11 of the body 8 2b), which is ring-shaped between the inside of the metallic sheath 10 and the outside of the body 8 Composite rocket fuel is located.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Zerschneiden eines aus Explosivstoffen bestehenden Körpers (1) beschrieben, mit welchem ein aus einer Düse (7) austretender Hochdruckwasserstrahl (2) auf den Körper (1) aus festem Explosivstoff gerichtet wird und bei welchem die Düse (7) und der Körper (1) während des Zerschneidens eine Relativbewegung zueinander ausführen. Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Composite-Raketentreibstoffe. Es wird des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, bei welcher der zu delaborierende bzw. zu portionierende Körper (1) aus Composite-Raketentreibstoff auf einem Schneidtisch (5) befestigt wird, und eine an einem Düsenhalter (6) befestigte Düse (7) für den Hochdruckwasserstrahl sowie mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung einer als eine Schneidvorschubbewegung dienenden Relativbewegung zwischen der Düse (7) und dem Körper (1) aus Composite-Raketentreibstoff vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer Vorrichtung zum Zerschneiden eines Körpers aus festen Explosivstoffen.
Feste Explosivstoffe werden in relativ großen Mengen bzw. Stückzahlen in Feststoffraketen und Triebwerken aller Art, wie z.B. Boden-Luft-, Boden-Boden- und Luft-Luft-Raketen eingesetzt. In großen Stückzahlen befinden sich derartige Raketen und Triebwerke in Lagern zur Aufbewahrung und sind einer Delaborierung bzw. einem Recycling bzw. einer Vernichtung zuzuführen. Dazu sind gefahrlose, ökologisch saubere und effiziente Technologien erforderlich. Die für Feststoffraketen eingesetzten Composite-Treibstoffe besitzen einen hoben Ansteil von 60 bis 80% eines Sauerstoffträgers sowie von Aluminium in Pulverform in einem Bereich von 5 bis 10%. Als Sauerstoffträger werden in der Regel Ammoniumperchlorat, Kaliumperchlorat oder Ammoniumnitrat verwendet. Dabei ist zu beachten, daß z.B. Ammoniumperchlorat (NH4ClO4) bei 240°C Chlor als starkes Atemgift und Sauerstoff zur Unterstützung einer Verbrennung freisetzt. Darüber hinaus besteht bei festen Treibstoffen das Problem, daß sie die Fähigkeit aufweisen, sich bei ihrer Bearbeitung statisch aufzuladen. Die statischen Aufladungen können zu Spannungen von bis zu 1000 V führen Die dabei zwangsläufig auftretenden elektrischen Entladungen können zwar wegen ihrer kurzen Lebensdauer den festen Treibstoff nicht entzünden, können jedoch den bei einer z.B. trockenen Bearbeitung, wie Sägen, Schleifen usw., entstehenden Pulverstaub entzünden, welcher seinerseits wiederum zu einer Entzündung des festen Treibstoffes führen kann. Des weiteren weisen feste Raketentreibstoffe eine hohe Schlag- und Reibempfindlichkeit auf.
Für die Entsorgung von Munition und festen Treibstoffen von Raketen kleiner Reichweite sind bisher eine zeitliche begrenzte "open air"-Verbrennung kleiner Treibstoffmengen im Rahmen von erteilten Ausnahmegenehmigungen zuständiger Behörden eingesetzt worden. Wegen der relativ großen Stückzahlen an Feststoffraketen und Triebwerken sowie wegen der großen Masse von monolithisch gegossenen Festbrennstoffkörpern scheidet deshalb, auch aus ökologischen Gesichtspunkten, eine "open air"-Verbrennung aus. Es muß deshalb eine Bearbeitung der festen Treibstoffe gewährleistet werden. bei welcher Reaktionen ausgeschlossen werden können, die eine Gefährdung für Mensch und Umwelt darstellen.
In WO-A-94 00275 sind ein Wasserstrahl-Schneidverfahren sowie die Zusammensetzung eines Wasserstrahls dafür unter Verwendung von abrasiven Teilchen beschrieben. Bei diesem Schneidverfahren werden auch reaktive Materialien, wie z.B. Explosivstoffe, Treibstoffe, entflammbare Stoffe, verbrennbare Stoff und ähnliches angewendet. Das Verfahren ist so ausgebildet, daß der bei dem Schneidverfahren verwendete Wasserstrahl eine auf der Oberfläche eines zu schneidenden Substrats vorhandene Lösung durchdringen muß. Bei dem beschriebenen Wasserstrahl-Schneidverfahren wird dem Wasserstrahl ein abrasives Fluid sowie gegebenenfalls eine oberflächenaktive Substanz beigefügt. Dieser derart zusammengesetzte Strahl wird auf das zu zertrennende Substrat gerichtet.
Eine Verbrennung der festen Raketentreibstoffe ohne vorherige Portionierung ist vor allem bei Raketentriebwerken von Raketen großer Reichweite wegen des hohen Anteils an Brennstoffmasse an der Gesamtmasse der Rakete nicht realisierbar.
Gegenwärtig sind keine Technologien zur Delaborierung bzw. Portionierung von Composite-Raketentreibstoffen bekannt. Das kann unter anderem damit begründet werden, daß die Delaborierung/Vernichtung von Raketen bzw. von deren Triebwerken in der jüngeren Vergangenheit nicht notwendig war.
Es ist deshalb das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Zerschneiden von festen Explosivstoffen zu schaffen, mit welchem größere monolithische Körper aus festen Explosivstoffen, insbesondere aus Composite-Raketentreibstoffen, in kleinere Teile delaboriert bzw. portioniert werden können.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 erreicht. Die abhangigen Patentansprüche 2-5 betreffen Weiterbildungen der Erfindung.
Danach wird bei einem Verfahren zum Zerschneiden eines Körpers aus festen Explosivstoffen, insbesondere Composite-Raketentreibstoffen. ein aus einer Düse austretender Hochdruckwasserstrahl auf den Körper aus festem Exlosivstoff gerichtet, wobei gleichzeitig die Düse und der Körper aus festem Explosivstoff während des Zerschneidens eine Relativbewegung zueinander ausführen. Die Verwendung eines Hochdruckwasser strahls als Schneidwerkzeug vermeidet in effektiver Weise die bei anderen mechanischen Trennverfahren auftretenden gefährlichen thermischen Effekte, indem z.B. die beim Zerschneiden erzeugte Wärmeenergie mit dem als Kühlmittel wirkenden Wasser abgeführt wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß das Verfahren unter Umgebungsdruckbedingungen ausgeführt werden und gleichzeitig eine unbeabsichtigte Entzündung des festen Treibstoffes unterbunden werden kann.
Bei einem bevorzugten Ansführungsbeispiel wird das Verfahren zum Zerschneiden aus festen Explosivstoffen bestehenden Körpers auf einen Körper aus Composite-Raketentreibstoff angewendet. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit beim Zerschneiden des aus festen Composite-Raketentreibstoff bestehenden Körpers werden dem Hochdruckwasserstrahl Schleifpartikel zugegeben.
Die Schneidvorschubbewegung kann entweder durch Fixieren der Lage der Düse und Bewegen des Körpers aus Composite-Raketentreibstoff, durch Bewegen der Düse und Fixieren des Körpers oder durch Bewegen von sowohl dem Körper als auch der Düse realisiert werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Schneidvorschubbewegung um mindestens zwei Achsen, um gekrümmte oder geneigte Schneidflächen erzielen zu können. Je nach Beschaffenheit des Composite-Raketentreibstoffes tritt der Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck im Bereich von 30 bis 120 MPa aus der Düse aus.
Wenn der Composite-Raketentreibstoff sich in einer Ummantelung befindet, so kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel diese durch Hochdruckwasserstrahlschneiden im Inneren der Ummantelung zwischen der inneren Oberfläche der Ummantelung und der äußeren Oberfläche des Composite-Raketentreibstoffes erfolgen, um den Körper aus Composite-Raketentreibstoff aus der Ummantelung herauszuschälen. Das Herausschalen ist ohne Zertrennen des Treibstoffkörpers und der Ummantelung möglich, weil sich zwischen Körper und Ummantelung ein Bindermittel befindet.
Da das Portionieren von Composite-Raketentreibstoffen zu den Technologien mit potentiellen Gefährdungen gehören, können bei noch einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schneidvorschubbewegungen von Düse und/oder Körper aus Composite-Raketentreibstoff sowie ausgewählte Parameter des Hochdruckwasserstrahls, wie z.B. Austrittsdruck, Strahldurchmesser, Strahlfokussierung, Anteil an Schleifpartikeln im Hochdruckwasserstrahl usw. ferngesteuert werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nun anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1a)
eine Seitenansicht mit auf dem Schneidtisch aufgespanntem zu zerschneidendem Körper mit einem an einem Rahmen verschiebbar angeordneten Düsenhalter;
Fig. 1b)
eine Draufsicht der Anordnung von Fig. 1a);
Fig. 2a)
eine Stirnseitenansicht eines auf Antriebsrollen gelagerten Körpers aus Composite-Raketentreibstoff bei feststehend angeordneter Düse;
Fig. 2b)
eine Seitenlängsansicht der Anordnung von Fig. 2a).
In Fig. 1a) ist eine Seitenansicht eines Schneidtisches 5 mit mittels Spannbändern 3 aufgespanntem Körper 1 aus Composite-Raketentreibstoff gezeigt, wobei es sich um einen Körper 1 relativ kleiner Treibstoffmasse handelt. An dem Schneidtisch 5 ist an jeder Längsseite jeweils ein Führungsrahmen 13 angeordnet, der durch einen Träger 15, an welchem der Düsenhalter 6 mit der Düse 7 für den Hochdruckwasserstrahl 2 verschiebbar angeordnet ist, überspannt wird, wobei der Träger 15 in Längsrichtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff verschiebbar ist. Der Träger 15 zur Befestigung des verschiebbaren Düsenhalters 6 für die Düse 7 ist in Fig. 1b) dargestellt. Dadurch, daß der Düsenhalter 6 durch eine erste Antriebsvorrichtung, die z.B. ein über eine zugeordnete Steuereinrichtung gesteuerter Schrittmotor ist, sowohl auf dem Träger in Querrichtung zu dem Führungsrahmen 13 als auch mit dem Träger in Längsrichtung auf dem Führungsrahmen 13 durch eine zweite Antriebsvorrichtung verschiebbar angeordnet ist, können sowohl Schnitte in Querrichtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff als auch in dessen Längsrichtung parallel zur Längsachse oder durch gleichzeitige Bewegung des Düsenhalters 6 auf dem Träger 15 und auf dem Führungsrahmen 13 in schrägen Flächen erzeugt werden. Dadurch kann eine Portionierung des monolithischen Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff in beliebige Größeneinheiten realisiert werden.
Bei einem vereinfachten Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, auf separate Antriebe für den Träger in Längsrichtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff zu verzichten und lediglich Schnitte rechtwinklig zur Längsachse des Treibstoffes mit dem Hochdruckwasserstrahl 2 auszuführen.
Wenn es sich um relativ lange zylindrische Körper 1 aus Composite-Raketentreibstoff handelt, ist es notwendig, mehrere Spannbänder 3 beabstandet voneinander in Längsrichtung des Körpers 1 vorzusehen und mit dem Schneidtisch 5 zu verspannen.
In Fig. 2a) ist eine Seitenstirnansicht eines Körpers 8 aus einem Composite-Raketentreibstoff größerer Masse gezeigt, welcher auf zwei in Längsrichtung sich erstreckenden, durch eine zweite Antriebsvorrichtung 9 angetriebene Rollen an dessen unteren Bereich gelagert ist, wobei der Körper 8 sich in einer Umhüllung befindet, die vorzugsweise aus Metall ist und sich über die Längsausdehnung des Körpers 8 erstreckt. Durch die zweite Antriebsvorrichtung 9 wird der Körper 8 mit der metallischen Umhüllung 10 in eine Rotation um seine Längsachse gebracht. An einem an dem Schneidtisch 5 befestigten Rahmen 14 ist der Düsenhalter 6 mit der Düse 7 für den Hochdruckwasserstrahl 2 derart angeordnet, daß der Wasserstrahl in einem Bereich der Stirnseite 11 des Körpers 8 gemäß Fig. 2b) auftrifft, der ringförmig sich zwischen der Innenseite der metallischen Umhüllung 10 und der Außenseite des Körpers 8 aus Composite-Raketentreibstoff befindet. Durch die Fixierung der feststehenden Düse 6 an dem Rahmen 14 des Schneidtisches 5 kann mit dem Hochdruckwasserstrahl der Körper 8 aus der metallischen Umhüllung 10 herausgeschält werden und somit einer späteren Portionierung in geeigneter Weise zugeführt werden. Im Bereich zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche des Körpers 8 und der inneren Oberfläche der metallischen Umhüllung 10 ist ein Bindemittel vorgesehen, so daß bei Richten des Hochdruckwasserstrahls 2 in den durch das Bindemittel gebildeten Zwischenbereich 12 weder die Metallummantelung 10 noch der Composite-Raketentreibstoff 1 zerschnitten werden.
Um, falls notwendig, eine Vermischung des Composite-Raketentreibstoffes mit Metallpartikeln der metallischen Umhüllung 10 beim Zerschneiden zu verhindern, ist durch einen tangential geführten Längsschnitt die Auftrennung der Umhüllung 10 möglich, ohne den Composite-Raketentreibstoff 1 zu schneiden.
Mit einem derartigen Verfahren bzw. einer derartigen Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, unterschiedliche Größen von Körpern 1 aus Composite-Raketentreibstoff mit oder ohne Metallumhüllung 10 zu delaborieren bzw. zu portionieren und einer weiteren Entsorgung, z.B. durch portionsweises Verbrennen, zuzuführen, wobei die mit dem Hochdruckwasserstrahl 2 eingebrachte Trennenergie abgeführt wird, so daß eine Gefährdung durch unbeabsichtigtes Entzünden des Raketentreibstoffes eliminiert bzw. stark reduziert werden kann. Des weiteren kann die Vorrichtung zur Ansführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ferngesteuert und das Verfahren selbst bei normalen Umgebungsdruckbedingungen zur Erzeugung beliebig großer Portionierungsstücke des Composite-Raketentreibstoffes angewendet werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Portionieren eines Körpers (8), welcher Composite-Raketentreibstoff aufweist, bei welchem ein aus einer Düse (7) austretender Hochdruckwasserstrahl (2) auf den Körper gerichtet wird und die Düse und der Körper während des Portionierens eine Relativbewegung zueinander ausführen,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Körper (8) bei Anordnung in einer Umhüllung (10) um eine Längsachse rotiert wird und gleichzeitig der Hochdruckwasserstrahl (2) ringförmig zwischen der Innenseite der Umhüllung und der Außenseite des Körpers aus Composite-Raketentreibstoff zum Herausschälen des Körpers aus der Umhüllung gerichtet wird; und
    der Körper unter Umgebungsdruckbedingungen ohne Entzündungsgefahr zerteilt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckwasserstrahl abrasive Schleifpartikel enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse oder der Körper eine Schneidvorschubbewegung um mindestens zwei Achsen ausführen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck im Bereich von 30 bis 120 MPa aus der Düse austritt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorschubbewegungen der Düse und/oder des Körpers sowie die Parameter des Hochdruckwasserstrahls ferngesteuert werden.
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