EP1148314B1

EP1148314B1 - Patrone

Info

Publication number: EP1148314B1
Application number: EP01105852A
Authority: EP
Inventors: Thomas Dr. Weise
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2000-04-22
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: US20010032563A1; EP1148314A3; KR20010098795A; US6539874B2; DE50108966D1; EP1148314A2; DE10020020A1; IL142595A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Patrone mit elektrothermischer Anzündvorrichtung.
Mit hochenergetischen Treibladungspulvern, insbesondere mit NENA-Treibladungspulver (NENA = N-(2-nitroxy)-nitraminethan) oder DNDA-Treibladungspulver (DNDA = Dinitro-Diaza-Alkane), lassen sich wesentlich höhere Beschleunigungsleistungen von aus Rohrwaffen verschießbaren Geschossen erzielen als mit herkömmlichen Treibladungspulvern. Dabei ist in der Regel die Schußgastemperatur derartiger Treibladungspulver und damit auch die Rohrerosion geringer als bei bekannten Pulvern. Die hohe Aktivierungsenergie der hochenergetischen Treibladungspulver erschwert allerdings die Anzündung mit Hilfe von pyrotechnischen Anzündladungen. Die verminderte Anzündwilligkeit des Treibladungspulvers führt außerdem zu einer Erhöhung der Anzündverzugszeiten und zu einer erhöhten Streuung der Anzündzeiten.
Um eine sichere und schnelle Anzündung einer Patrone, z.B. mit NENA-Treibladungspulver, zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, statt einer pyrotechnischen Anzündladung eine elektrothermische Anzündvorrichtung zu verwenden. Dabei wird zur Zündung des Treibladungspulvers im bodenseitigen Bereich der entsprechenden Patrone ein drahtförmiger Leiter von einem derart hohen Strom durchflossen, daß er explosionsartig verdampft und einen energiereichen Lichtbogen erzeugt. Der Lichtbogen zündet dann das entsprechende Treibladungspulver an.
Wie Versuche der Anmelderin außerdem gezeigt haben, kann mit einer derartigen elektrothermischen Anzündvorrichtung auch die relativ große Temperaturabhängigkeit von NENA-Treibladungspulver, die zu einer entsprechenden Abhängigkeit der Beschleunigungsleistung führt, über die Menge der dem Plasmaanzündsystem zugeführten elektrischen Energie kompensiert werden.
Als nachteilig hat sich bei dieser elektrothermischen Anzündvorrichtung allerdings erwiesen, daß durch die Erzeugung des bodenseitigen Lichtbogens zunächst nur ein relativ geringer Prozentsatz an Treibladungspulver gezündet wird und sich insbesondere bei schwer anzündbaren Treibladungspulvern häufig kein reproduzierbares Abbrennverhalten des Treibladungspulvers ergibt.
Um ein reproduzierbares Abbrennverhalten des Treibladungspulvers zu erhalten, wird in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 21 379.8 vorgeschlagen, die drahtförmigen Leiter nicht unmittelbar durch die Treibladung hindurchzuführen, sondern innerhalb von ebenfalls aus Treibladungspulver bestehenden Röhren anzuordnen. Diese Treibladungspulver-Röhren bilden dann innerhalb des Treibladungsaufbaus Anzündkanäle. Bei Aktivierung der Anzündvorrichtung verdampft zunächst der drahtförmige Leiter und im Inneren der jeweiligen Treibladungspulver-Röhren entsteht ein Lichtbogenplasmakanal. Über die Plasmakanäle wird die Energie über Strahlungstransportmechanismen an die Umgebung abgegeben. Diese Energieabgabe führt zu einer raschen Anzündung der Treibladungspulver-Röhren und zu deren Fragmentierung. Die brennenden Fragmente (hot spots) der Treibladungspulver-Röhren sowie die freigegebene Lichtbogenstrahlung verursachen ein schnelles und gleichmäßiges Anzünden des Treibladungsaufbaus.
Allerdings hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Treibladungspulver-Röhren aus grafitiertem Treibladungspulver, wie es üblicherweise im Handel erhältlich ist, ein relativ hoher Bedarf an elektrischer Energie erforderlich ist, um eine ausreichende Anzündwechselwirkung mit dem Treibladungspulver zu erzielen.
Aus der DE 198 34 058 A1 ist es bekannt, Pulverstangen und O-Lochpulverkörner als Hauptbestandteile mit einer höheren Transparenz auszustatten, wodurch die Abbrandgeschwindigkeit des Treibladungspulvers durch die elektrische Plasmastrahlung gezielt beeinflußt werden soll.
Aus der WO 00/17598 A und aus der US-A-5 231 242 sind indirekt auf das Treibladungspulver einwirkende elektrothermische Anzündvorrichtungen bekannt, welche aufgrund ihrer Anordnungen in nicht brennbaren Röhren den Nachteil eines hohen Energiebedarfs haben.
Ausgehend von der nicht vorveröffentlichten DE 199 21 379.8 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Patrone anzugeben, bei welcher auch schwer anzündbare Treibladungspulver, insbesondere NENA- oder DNDA-Treibladungspulver, schnell und sicher anzündbar sind, wobei der Bedarf an elektrischer Energie möglichst gering sein soll.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, zur schnellen und sicheren Anzündung transparente Treibladungspulver-Röhren zu verwenden. Dabei hat sich als Treibladungspulver besonders das als JA2 bezeichnete Nitrocellulose-Pulver als geeignet erwiesen. Damit dieses Treibladungspulver transparent ist, darf es keine Rußanteile enthalten und die übliche Grafitierung der äußeren Oberfläche muß entfallen.
Durch die Verwendung optisch transparenter Treibladungspulver-Röhren kann die von den Plasmakanälen emittierte Strahlung ohne große Absorptionsverluste zum Treibladungsaufbau der Patrone gelangen. Außerdem erzeugt die Plasmastrahlung eine Veränderung der abbrandwirksamen Oberfläche der transparenten Treibladungspulver-Röhren, die zu einer wesentlich beschleunigten Umsetzung der Röhren und damit zur Unterstützung des Anzündvorganges führt. Die Ausnutzung dieser Eigenschaften hat eine deutliche Verringerung des elektrischen Energiebedarfs des Plasmaanzündsystems zur Folge.
Außerdem hat sich gezeigt, daß bei Verwendung optisch transparenter Treibladungspulver-Röhren der Bedarf an zusätzlicher elektrischer Energie für die Temperaturkompensation des NENA-Treibladungspulvers gegenüber dem Bedarf bei nicht transparenten Röhren verringert wird.
Bei Anwendung des DNDA-Treibladungspulvers kann diese zusätzliche elektrische Energie entfallen, da das DNDA-Treibladungspulver weitgehend temperaturunabhängig abbrennt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Patrone mit drei Anzündkanälen und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Querschnittes durch die in Fig. 1 dargestellte Patrone entlang der dort mit II-II bezeichneten Linie.

In Fig. 1 ist mit 1 eine großkalibrige Patrone (z.B. zum Verschießen aus einer Panzerwaffe) bezeichnet, die zur Zündung über einen Schalter 2 mit einer Stromquelle 3 verbunden ist. Die entsprechende Waffe, in der sich die Patrone 1 befindet, wurde aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Die Patrone 1 umfaßt eine mit NENA-oder DNDA-Treibladungspulver 4 gefüllte verbrennbare Hülse 5 und einen die Treibladungshülse 5 bodenseitig abschließenden aus Metall bestehenden Hülsenboden 6. Die verbrennbare Hülse 5 ist im Bereich ihres hülsenbodenseitigen Endes 7 formschlüssig zwischen einem Isolierformteil 8 und dem Hülsenboden 6 fixiert.
In dem Hülsenboden 6 ist mittig eine gegenüber diesem elektrisch isolierte Hochspannungselektrode 9 angeordnet, die durch das Isolierformteil 8 hindurchgeführt und mit einer als Stromverteiler wirkenden Metallscheibe 10 verbunden ist.
An dem Stromverteiler 10 sind drei elektrisch leitende Drähte 11-13 befestigt, die jeweils axial durch eine aus transparentem JA2-Treibladungspulver bestehende Röhre 14-16 hindurchgeführt (Fig.2) und im Bereich des Hülsendeckels 17 der Treibladungshülse 5 mit einem ringförmigen Kontaktteil 18 verbunden sind. Das Kontaktteil 18 kontaktiert seinerseits die auf Erdpotential liegende Innenwand der nicht dargestellten Waffe.
Die transparenten Anzündverstärkungsröhren 14-16 sind mit mehreren, über Länge und Umfang verteilt angeordneten radialen Öffnungen 19 versehen.
Der Ladungsaufbau kann sowohl als Schüttladung als auch als Stapel- oder Kompaktladung ausgeführt werden.
Zum Verschießen der Patrone 1 wird der Schalter 2 geschlossen und die mit einer Reihe von aufgeladenen Kondensatoren bestückte Energiequelle (bei einer Spannung von z.B. 40 kV) innerhalb kurzer Zeit entladen. Der dabei auftretende Entladestrom führt zur elektrischen Explosion der Drähte 11-13 und zur Einleitung von Lichtbogenentladungen innerhalb der Anzündverstärkungsröhren 14-16. Die Röhren werden durch die Lichtbögen angezündet und schlagartig umgesetzt. Die dabei entstehenden Treibladungsgase sowie die freigegebene Lichtbogenstrahlung bewirken dann eine schnelle und gleichmäßige Anzündung des in der Hülse befindlichen Treibladungspulvers 4, welches sich zusammen mit der verbrennbaren Hülse 5 daraufhin umsetzt.
Durch die einem NENA-Treibladungspulver 4 über das Plasmaanzündsystem zugeführte elektrische Energiemenge ergibt sich außerdem eine Kompensation des Einflusses der Temperatur des Treibladungspulvers auf die Abbrandgeschwindigkeit, so daß ein aus der entsprechenden Rohrwaffe zu verschießendes Geschoß eine konstante Mündungsgeschwindigkeit aufweist, ohne daß der maximal zulässige Gebrauchsgasdruck überschritten wird.
Eine derartige Temperaturkompensation mit Hilfe von elektrischer Energie kann bei Verwendung eines temperaturunabhängigen DNDA-Treibladungspulvers entfallen. Hierdurch wird die für das Plasmaanzündsystem bereitzustellende elektrische Energiemenge verkleinert.

Bezugszeichentiste

1: Patrone
2: Schalter
3: Stromquelle
4: Treibladungspulver, erste Treibladungspulver
5: Hülse, Treibladungshülse
6: Hülsenboden
7: Ende (Hülse)
8: Isolierformteil
9: Hochspannungselektrode
10: Stromverteiler, Metallscheibe
11-13: Drähte
14-16: Röhren, Treibladungspulver-Röhren
17: Hülsendeckel
18: Kontaktteil
19: radiale Öffnungen

Claims

Patrone mit elektrothermischer Anzündvorrichtung mit den Merkmalen:
a) die Patrone (1) umfaßt eine mit einem ersten Treibladungspulver (4) mindestens teilweise gefüllte Hülse (5) und einen die Hülse (5) bodenseitig abschließenden Hülsenboden (6);

b) an dem Hülsenboden (6) ist eine Hochspannungselektrode (9) angeordnet;

c) auf ihrer dem Innenraum der Hülse (5) zugewandten Seite ist die Hochspannungselektrode (9) mit dem ersten Ende mindestens eines elektrisch leitenden Drahtes (11-13) verbunden, welcher sich axial durch das erste Treibladungspulver (4) hindurch erstreckt und der mit seinem zweiten Ende im vorderen Bereich der Treibladungshülse (5) mit einem Kontaktteil (18) verbunden ist;

d) der elektrisch leitende Draht (11-13) ist mindestens in einem Teilbereich der Treibladungshülse (5) axial durch eine aus optisch transparenten Treibladungspulver bestehende Röhre (14-16) hindurchgeführt; dadurch gekennzeichnet, daß es sich um JA2-Treibladungspulver handelt.
Patrone nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Treibladungspulver um N-(2-nitroxy)-nitraminethan-Treibladungspulver (NE-NA) handelt.
Patrone nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Treibladungspulver um DNDA-Treibladungspulver (DNDA=Dinitro-Diaza-Alkane) handelt.
Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus optisch transparenten JA2-Treibladungspulver bestehende Röhre (14-16) mit mehreren über Länge und Umfang verteilt angeordneten radialen Öffnungen (19) versehen ist.
Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens drei Röhren (14-16) axial durch das in der Hülse (5) befindliche Treibladungspulver (4) erstrecken und daß die Hochspannungselektrode (9) auf ihrer dem Innenraum der Hülse (5) zugewandten Seite als Stromverteiler ausgebildet ist.
Patrone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverteiler (10) aus einer Metallscheibe besteht.