EP3317606A1 - Treibladungssystem für artilleriegeschosse - Google Patents

Treibladungssystem für artilleriegeschosse

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EP3317606A1
EP3317606A1 EP15739498.2A EP15739498A EP3317606A1 EP 3317606 A1 EP3317606 A1 EP 3317606A1 EP 15739498 A EP15739498 A EP 15739498A EP 3317606 A1 EP3317606 A1 EP 3317606A1
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EP
European Patent Office
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powder
propellant charge
powder type
charge system
type
Prior art date
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Granted
Application number
EP15739498.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3317606B1 (de
Inventor
Peter ZOSS
Dominik Antenen
Ulrich Schaedeli
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Nitrochemie Wimmis AG
Original Assignee
Nitrochemie Wimmis AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Nitrochemie Wimmis AG filed Critical Nitrochemie Wimmis AG
Publication of EP3317606A1 publication Critical patent/EP3317606A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3317606B1 publication Critical patent/EP3317606B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B5/00—Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
    • F42B5/38—Separately-loaded propellant charges, e.g. cartridge bags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/18—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component
    • C06B45/20—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component the component base containing an organic explosive or an organic thermic component
    • C06B45/28—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component the component base containing an organic explosive or an organic thermic component the component base containing nitrocellulose and nitroglycerine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/18—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C06B45/20—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component the component base containing an organic explosive or an organic thermic component
    • C06B45/22—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component the component base containing an organic explosive or an organic thermic component the coating containing an organic compound

Definitions

  • the invention relates to a propellant charge system for the shelling of artillery shells, in particular for 105 mm howitzers, constructed on a combination of two different powder types with diffused inert plasticizer in near-surface zones and substantially without diffused inert plasticizer.
  • a propellant charge system for the shelling of artillery shells in particular for 105 mm howitzers, constructed on a combination of two different powder types with diffused inert plasticizer in near-surface zones and substantially without diffused inert plasticizer.
  • a howitzer is an artillery gun characterized by a relatively short barrel and the ability to shoot relatively heavy missiles of relatively small masses of charge, which missiles can reach high trajectories and are fired at a steep launch angle.
  • 105mm howitzer systems also known as field artillery
  • the proliferation of this type of weapon has massively increased during World War I, and since then, the destructive power of artillery weapon systems has shaped the battlefields.
  • the field artillery guns are important tools to enable the targeted destructive power. Equally important for achieving the destructive effect is the ammunition to be fired.
  • the weapon allows a bullet reliably and accurately transported to the target area, while the desired target effect is brought about by the appropriately designed ammunition.
  • the M3 howitzer could shoot the same ammunition as the M2 version, but more explosive powders had to be used for propulsion because of the shorter barrel.
  • the production of M2 and M3 systems was recorded in 1941. In use, these weapon systems were convincing due to their high accuracy and great lethal effect. Thanks to these qualities, combined with their production in large numbers, this weapon family became the standard howitzer system in many nations after the war, although these are still widespread in active use today. Overall, the M 101 howitzer system was deployed in a total of 67 different armies worldwide, making it the most successful artillery system ever produced. Over the years, the original types of ammunition became the standard for various new ammunition variants of later systems, which took into account the specific needs of each country.
  • the last example is the system Oto Melara Mod 56.
  • This is a 105 mm Howitzer of Italian origin, which can shoot ammunition of the US type M 1.
  • the Oto Melara 105 mm Mod 56 howitzer was put into operation in the 1950s. Because of its low weight, she was primarily from the Mountain Artillery used by the Italian Alpini Brigade. Also, this weapon can always be transported without disassembly by helicopter, which in the 60s, the interest of other, mainly western nations evoked. Overall, the Mod 56 howitzer was used in more than 30 nations worldwide. Currently, this weapon system is still in active use in at least 23 nations, including Argentina, Brazil, Chile, Greece, Malaysia, Mexico, Peru, the Philippines, Saudi Arabia, Spain, Thailand and Venezuela.
  • the deep charge powders must be designed so that burnup at relatively low pressures is as complete as possible to minimize the ejection of unburned powder particles at the gun mouth.
  • the maximum loadable amount of powder is used.
  • the maximum possible amount of gas is released to accelerate the projectile in the gun barrel, so that the Pulverabbrand takes place at a relatively high pressure level, which may go up to the system limit of the 105 mm Haubitzensystems used. Since the powder burn-up is significantly accelerated by higher pressures, the powders used in the higher charges must be designed accordingly, ie they must react much more lazily compared to the powders of the deep charges.
  • a disadvantage of the known propulsion systems for artillery shells is that important ballistic characteristics such as muzzle velocity and peak gas pressure are influenced by the ambient temperature, with the lowest values set at cold temperatures and rising continuously with increasing temperature. Therefore, the ambient temperature has a direct impact on the performance and the accuracy of the weapon.
  • the applied surface treatment parameters in particular the amount of camphor used, have different effects on the temperature coefficients, depending on the type of weapon.
  • an increase in the amount of camphor leads to a flattening of the warm branches of muzzle velocity and peak gas pressure, ie the pressure increase decreases (US 8,353,994 B2).
  • an increase in the amount of camphor opposite ie the hot branches of muzzle velocity and peak gas pressure are steeper resp. the pressure increase increases (WO 2014/1 1 7280 A1).
  • the camphor quantities must be between typically 3 and 5 percent by weight, so that the lowest possible increase in the number of hot dogs occurs.
  • the amount of camphor must be as small as possible in mortar systems must be selected ( ⁇ 0.5%) or must even be omitted altogether, so that the hot branches of muzzle velocity and peak gas pressure give the least possible increase.
  • nitroglycerin-containing propellants usually so-called ball powders
  • ball powders have only a relatively small distribution and are only used for special applications, such as for high-performance cargoes (uniform charge).
  • the most common powder type in the 105 mm artillery consists of a grain matrix containing essentially nitrocellulose, about 10% dinitrotoluene (DNT) and about 5% of the plasticizer dibutyl phthalate (DBP).
  • DNT dinitrotoluene
  • DBP plasticizer dibutyl phthalate
  • the ballistic stability due to the diffusion of the plasticizer dibutyl phthalate is insufficient, especially when used in hot climates.
  • nitroglycerin and dinitrotoluene powders known for 105 mm artillery applications can both contain dibutyl phthalate as plasticizer.
  • dinitrotoluene and dibutyl phthalate are not compatible with Regulation (EC) No 1907/2006 (REACH) and may therefore no longer be used in the European Union in the future.
  • the propellant charge system to be protected can in principle also be used in other artillery caliber ranges, e.g. in 1 55mm systems.
  • the wall thicknesses would have to be adjusted in a manner known to those skilled in the art for the powders used.
  • the object of the invention is to provide a the aforementioned technical field associated propulsion system in which the peak gas pressure and thus the muzzle velocity in a wide temperature range, especially between -46 ° C and 63 ° C, the smallest possible variance with respect to the peak gas pressure and the Muzzle velocity at 21 ° C has.
  • the peak gas pressure at the highest possible charge to reach the maximum range at an ambient temperature of 63 ° C should not be significantly higher than at an ambient temperature of 21 ° C.
  • the powder burn even at low loads and an ambient temperature in the range of -46 ° C without residue, wherein the achieved muzzle velocities should not deviate significantly from the muzzle velocity at an ambient temperature of 21 ° C.
  • the propellant charge system should have a high chemical and ballistic stability and manage without toxic substances.
  • the propellant charge system should have a high thermal conversion rate at low charges, while at high charges the highest possible thermal efficiency should be achieved.
  • a propellant charge system for the shelling of artillery shells comprises at least two partial charges.
  • Each partial charge has as drive each a powder type which comprises nitrocellulose, at least one crystalline energy carrier and at least one first inert plasticizer.
  • At least one partial charge consists of a first powder type and the at least one further partial charge consists of a second powder type.
  • the second powder type has a penetration depth of at most 400 micrometers in the range of near-surface zones between 2 to 10 weight percent of a second inert plasticizer, while the first type of powder in near-surface zones has no second inert plasticizer.
  • no second inert plasticizer is meant a concentration of the second inert plasticizer in the first powder type near-surface zones of 0 weight percent. It has now surprisingly been found that a propellant charge system for shelling artillery shells, especially for 105 mm howitzers, constructed on the Combining two different types of powder with a second inert plasticizer and without second inert plasticizer in near-surface zones gives unpredictable good internal ballistic properties Since the second inert plasticizer is preferably diffused into the near-surface zones, in the following application, the second powder type is diffused with second inert plasticizer and the first type of powder without diffused second inert plasticizer the speech.
  • the lowest orifice velocities and peak gas pressures set at the coldest firing temperature and increase continuously with increasing firing temperature ie the highest values are normally achieved at the highest firing temperature allowed for a powder type.
  • the internal ballistic characteristics of muzzle velocity and peak gas pressure are only slightly influenced by the ambient temperature.
  • the transition from 2 1 ° C to 63 ° C the increase of the peak gas pressure is minimal. This opens up the possibility of the weapon in normal conditions, i. At temperatures around 21 ° C, to operate at a higher pressure level than is possible with conventional charging systems, since the slight variance of the peak gas pressure with increasing Beschusemperatur this does not exceed the maximum allowable gas pressure of the pipe of the howitzer used. As a result, the performance of a howitzer system can be increased and it opens the possibility to increase the range by using an additional charge.
  • a second inert plasticizer in near-surface zones of the second powder type is preferably carried out by a corresponding surface treatment, for example by placing a semifinished product of the second powder type with a solution of the second inert plasticizer in an organic solvent.
  • the following application also refers to powder types with and without surface treatment, wherein the powder type with surface treatment in the near-surface areas containing the second inert plasticizer in a concentration of 2 to 10 weight percent and the powder type without surface treatment no second inert plasticizer in the near-surface areas having.
  • Both powder types contain as main component nitrocellulose mixtures with an average nitrogen content of preferably around 13.25%.
  • a crystalline energy carrier and at least one first inert plasticizer include both powder types a crystalline energy carrier and at least one first inert plasticizer.
  • the powder types further include at least one muzzle fire damper, such as.
  • at least one muzzle fire damper such as.
  • potassium sulfate, potassium bitartrate or potassium nitrate in amounts of 0.5 to 5 parts by weight, preferably from 1 to 3 wt .-%.
  • the drives also have stabilizers, such as Akardit II (CAS # 724-18-5), Centralit I (CAS #: 90-93-7) or diphenylamine (CAS #: 122-39-4), or pipe care additives, such as. Calcium carbonate (CAS-fr: 471 -34-1).
  • Nitrocellulose is obtained by nitration of cellulose (cotton linters, pulp) and has been the most important raw material for the production of one-, two- and three-base propellant powders for more than a hundred years. Nitrocellulose is available in large quantities at low prices and comes with a wide range of different chemical-physical properties such as nitrogen content, molecular weight or viscosity offered. These differences allow nitrocellulose to be processed into the various homogeneous types of propellant charge powder. The energy content of nitrocellulose is adjusted via the nitrogen content.
  • partial charges of the first type of powder for the lower zones of the firing board e.g. for charge 1
  • the partial charges with the second type of powder used for the upper zones of the shooting board are loaded into a sleeve, depending on which zone of the shooting board the artillery projectile is used for should.
  • the surface treatment of the second powder type of partial charges used for high charges causes the quotient of muzzle velocity and peak gas pressure (v 0 / p max ) to be as high as possible, ie the muzzle velocities aimed at meeting the firing panel can be achieved at the lowest possible gas pressure ,
  • the surface treatment of the second powder type significantly reduces the rise of the hot branches of muzzle velocity and peak gas pressure. As a result, the required muzzle velocity for the highest zones of the shooting board and therefore the highest required muzzle velocity without exceeding the gas pressure limit of the used Haubitzensystems can be achieved.
  • the internal ballistic requirements can not be achieved if the loading system would be constructed only from a single powder type, z. B. with a surface treatment with an average amount of the second inert plasticizer relative to the inventive second powder type. If only partial charges were used with the second powder type, the reaction and the ignition would be poor at the deep charges, so that a high proportion of unburned powder would be expelled from the tube. In addition, because of the poorer ignitability due to the phlegmatization of the surface, in particular in the cold region, significantly lower values and unacceptable scattering of muzzle velocity and peak gas pressure would have to be expected. On the other hand, if only partial charges were used with the first powder type, then the peak gas pressure would increase sharply when firing the highest charge to reach the required muzzle velocity for maximum range at high firing temperatures and exceed the allowable pressure limits.
  • the first type of powder and the second type of powder comprise grains having a circular cylindrical geometry with longitudinal channels extending in the axial direction preferably the grains of the first powder type have one to four longitudinal channels and the grains of the second powder type have seven to nineteen longitudinal channels.
  • the longitudinal channels of the grains are arranged in a substantially circular area around the longitudinal axis of the grains. Between this area and the outer surface of the grains, the grains have a wall with a wall thickness.
  • the grains can be produced in particular by means of extrusion.
  • the wall thicknesses of the two powder types depend on the targeted artillery system.
  • the wall thickness of the first powder type is 0.4 - 1.2 mm, preferably 0.5 - 1.0 mm, while the grains of the second powder type have wall thicknesses of 0.3 - 1.1 mm, preferably 0.4 - 0.9 mm.
  • “Wall thickness” in the context of the present application, the distance between the outer surface of the grains and the area in which the longitudinal channels are arranged, understood.
  • the concentration of the second inert plasticizer in the near-surface zones of the second powder type is between 3 to ⁇ weight percent.
  • the at least one crystalline energy carrier is a nitramine compound of the general chemical structure R 1 -R 2 -N-NO 2 and preferably comprises hexogen (RDX) or octogen (HMX), in particular in a concentration of 0 to 30 weight percent, preferably 5 to 15 weight percent ,
  • the energy carrier is preferably present in crystalline form at room temperature. With these proportions in a base of nitrocellulose, it is achieved that the average distances between the individual crystals of the crystalline energy carrier are sufficiently large so that the individual crystals do not predominantly touch each other. This causes at Upon exposure to external mechanical stimuli, the shock pulse can not essentially be passed from one energy carrier crystal to the adjacent crystals. Thus, a primarily acting shock pulse is not multiplied and transmitted over the entire amount of powder.
  • the two compounds RDX and HMX of the general formula RN-NO 2 (R "radical") have a relatively small radical R, which represents a small proportion of the total molecule compared to the nitramine structural element, as a result of which the two compounds have a relatively high energy content ,
  • RDX is used as a crystalline energy source. It is cheaper and safer to manufacture compared to HMX. HMX is more expensive than RDX, but offers no special advantages. Other nitramine compounds (such as NIGU, etc.) have a relatively low inside air performance potential compared to RDX.
  • the crystalline energy carrier particularly preferably has a defined average particle size. So z. B. RDX preferably used with a mean particle size of 4 - 10 microns, in particular 6 microns. A particle size of the crystalline energy carrier which is as homogeneous and finely divided as possible is important in order to improve the grain burn-up and thereby improve the indoor-ballistic tracking potential.
  • nitrate esters are less chemically stable compared to nitramine compounds. It is also possible to use crystalline energy carriers based on nitramine, which additionally have nitrate ester groups in the molecular structure.
  • crystalline energy carriers examples include hexanitroisowurtzitane (CL-20, CAS # 14913-74-7), nitroguanidine (NIGU, NQ, CAS-fr 70-25-7, N-methylnitramine (tetryl, N-methyl-N, 2 , 4,6-tetranltrobenzenamine, CAS # 479-45-8), and nitrotriazolone (NTO, CAS-fr 932-64-9) and triaminotrinitrobenzene (TATB, CAS # 3058-38-6), all of which may be sold individually or in combination with each other.
  • NIGU nitroguanidine
  • NQ NQ
  • CAS-fr 70-25-7 N-methylnitramine
  • tetryl tryl, N-methyl-N, 2 , 4,6-tetranltrobenzenamine, CAS # 479-45-8
  • NTO nitrotriazolone
  • TATB triaminotrinitrobenzene
  • the drives have the at least one first inert plasticizer in a concentration of 0 to 10 percent by weight, preferably from 1 to 5 percent by weight, wherein the first inert plasticizer is preferably distributed homogeneously in the Konrmatrix.
  • the resistance to mechanical stimuli can be significantly improved.
  • combinations of several inert plasticizers can be used to set the desired thermodynamic properties.
  • the grain structure of such drives can be adapted to the specific application (eg setting the burn-up characteristic on pipe length, bullet weight, etc. of the weapon system).
  • the at least one first plasticizer preferably comprises a carboxylic acid ester compound, in particular from the groups of the phthalate esters, citrate esters, terephthalic esters, stearate esters or adipate esters.
  • the second inert plasticizer preferably comprises at least one compound from the group comprising camphor, dialkyl phthalates and dialkyldiphenyl ureas.
  • Camphor (CAS-76-22-2) is particularly preferably used as the second inert plasticizer.
  • the first and second powder types of the at least two partial charges are preferably each received in a cylindrical cloth bag, wherein the cloth bags preferably have a passage opening along their longitudinal axis.
  • the partial charges for artillery propellants of the prior art are filled in rectangular bags. Depending on the zone of the shooting board, which is to be covered with fire, a suitable number of these bags is placed in a sleeve of an artillery projectile.
  • a disadvantage of the prior art bags that they can not be optimally inserted due to their rectangular configuration within the cylindrical sleeve of the projectile, creating relatively much empty space arises within the sleeve, which has a negative effect on the maximum possible load capacity of the powder in the sleeve and can lead to an irregular burnup.
  • cylindrical cloth bags can be achieved according to the present invention, a more optimal space utilization within a sleeve. Further eliminates the folding or rolling up of the bags before loading, which greatly simplifies the handling of the inventive propellant charge system.
  • the diameter of the cylinder base surface of the fabric bag preferably corresponds to the inner diameter of a sleeve in which the propellant charge system according to the invention is to be used.
  • the height of the cylinder can be varied depending on the required amount of powder of the respective partial charge.
  • At least one of the at least two partial charges preferably has at least one piece of tin foil as decoppering agent.
  • a propellant charge system with seven partial charges two pieces of tin foil are preferably added in several cloth bags.
  • the present application further relates to the use of a propellant charge system according to the invention for the purpose of shelling an artillery projectile, one to three partial charges being used to cover shooting distances in the lower area of a firing panel
  • one to six partial charges of the second type of powder may be used to cover shot ranges in the upper area of the firing board.
  • Production Example 1 Powder type 1 without surface treatment, for zone 1
  • a 1-hole (longitudinal channel) powder is prepared by mixing 150 kg of powder dough consisting of the solid fractions of 10% by weight of hexogen, 1 .3% by weight of acardite II, 1.2% by weight of potassium sulfate, 1 .5 %
  • a phthalate ester which is composed predominantly of linear C9-C1l alcohols having an average molecular weight of 450 g / mol and an average dynamic viscosity of 73 mPa * s at 20 ° C
  • nitrocellulose having a nitrogen content of 13.20 Gew.- (supplement to 100%) with the addition of diethyl ether and ethanol to a solvent-moist kneading dough is processed.
  • this kneading dough is pressed through a die with 1-hole geometry and 3.2 mm strand cross-section (ie extruded).
  • the extruded strands are cut to the desired length after predrying in air.
  • the remaining residual solvent is removed.
  • the resulting powder semifinished product is heated to 55 ° C and treated in a heated to 55 ° C polishing drum made of copper with 0.1% graphite and 2.5 liters of aqueous ethanol solution. The action is carried out under constant rotation for 2 hours, with the ethanol evaporating off continuously.
  • the powder After completion of the graphitization, the powder is bathed at 80 ° C for 22 hours, then spread on sheets and dried at 60 ° C for 22 hours.
  • the resulting powder has the following physical properties: 2.00 mm outer diameter, 5.04 mm length, 0.91 mm average wall thickness and 0.17 mm hole diameter, 3754 J / g heat content and 945 g / l bulk density.
  • Production Example 2 Powder type 2 with surface treatment, for zones 2-4
  • a 7-hole powder is prepared by adding 225 kg of a powder dough consisting of the solid portions of 16% by weight of hexogen, 1.3% by weight of acardite II, 1 .2% by weight of potassium sulfate, 1 .5% by weight .- a phthalic acid ester (which is composed mainly of linear C9-C 1 1-alcohols having an average molecular weight of 450 g / mol and with an average dynamic viscosity at 20 ° C of 73 mPa * s) and nitrocellulose having a nitrogen content of 13.20 Gew.- (supplement to 100%) with the addition of diethyl ether and ethanol to a solvent-moist kneading dough processed.
  • a phthalic acid ester which is composed mainly of linear C9-C 1 1-alcohols having an average molecular weight of 450 g / mol and with an average dynamic viscosity at 20 ° C of 73 mPa *
  • the kneading dough is pressed through a die having a 7-hole geometry and a 7.0 mm strand cross-section (that is to say extruded).
  • the extruded strands are cut to the desired length after predrying in air.
  • the remaining residual solvent is removed.
  • the resulting powder semifinished product is heated to 55 ° C and mixed in a heated to 55 ° C polishing drum made of copper with 0.1 2% graphite, 2.5% camphor and 4.5 liters of aqueous ethanol solution.
  • the action is carried out under constant rotation for 2 hours, with the ethanol evaporating off continuously.
  • the powder is bathed at 85 ° C for 30 hours, then spread on sheets and dried at 60 ° C for 22 hours.
  • the resulting powder has the following physical properties: 4.66 mm outside diameter, 9.03 mm length, 1 .05 mm average wall thickness and 0.1 5 mm hole diameter, 3653 J / g heat content and 957 g / l bulk density.
  • a 7-hole powder is prepared by adding 225 kg of a powder dough consisting of the solid fractions of 25% by weight of hexogen, 1 .3% by weight of acardite II, 1 .7% by weight of potassium sulfate, 1. 5 wt .-% of a phthalic acid ester (which is composed primarily of linear C9-C 1 1 -alcohols having an average molecular weight of 450 g / mol and with an average dynamic viscosity at 20 ° C of 73 mPa * s) and nitrocellulose with a Nitrogen content of 1 3.20 wt .-% (supplement to 100%) is added with the addition of diethyl ether and ethanol to a solvent-moist kneading dough.
  • the kneading dough is pressed through a die with 7-hole geometry and 8.0 mm strand cross-section (that is, extruded).
  • the extruded strands are cut to the desired length after predrying in air.
  • the remaining residual solvent is removed.
  • the resulting powder semifinished product is heated to 55 ° C and treated in a heated to 55 ° C polishing drum made of copper with 0.1 2% graphite and 7.5 liters of aqueous ethanol solution. The action is carried out under constant rotation for 2 hours, with the ethanol evaporating off continuously.
  • the powder is bathed at 85 ° C for 30 hours, then spread on sheets and dried at 60 ° C for 22 hours.
  • the resulting powder has the following physical properties: 5.66 mm outer diameter, 8.59 mm length, 1.31 mm average wall thickness and 0.14 mm hole diameter, 3679 J / g heat content and 969 g / l bulk density.
  • Cargo bag Donut-Bags NCW with central hole
  • Ignition cartridge M28E2 (Benite Primer)
  • Table 1 Charge masses of the powders used for zones 1 - 6
  • the novel charge build-up consisting of the combination according to the invention of two powder types with and without surface treatment, i. with diffused second inert plasticizer and without diffused second inert plasticizer, only very small drops in the muzzle velocity occur at low charges 1 - 2 in the cold zone, namely - 5.9 m / s at zone 1 and 8.6 m / s at zone 2.
  • the energy conversion into kinetic Energy is very efficient both in Zone 1, where only the powder is used without surface treatment, and in Zone 2, where the combination of both powder types with and without surface treatment is used, resulting in high thermal efficiencies of 33% (Zone 1). and 32% (Zone 2), despite the low peak gas pressures of ⁇ 500 bar.
  • the inventive combination of two powder types with and without surface treatment surprisingly allows the cold scrap of the orifice velocities to be relatively small, namely between 20-30 m / s for the zones 4 and 5, while At Zone 6 surprisingly virtually no cold waste sets, ie the peak gas pressures at -46 ° C and at 21 ° C are virtually identical.
  • the orifice velocities of the individual partial charges in the firing within the temperature range between -46 ° C and 21 ° C are only relatively slightly influenced by the ambient temperature, thereby increasing the probability of hit clearly increased.
  • the amount of powder was adjusted so that at 21 ° C results in a muzzle velocity of 652 m / s.
  • the peak gas pressure which adjusts for this speed, is only 3371 bar, ie the ratio v 0 / p max is relatively high as hoped.
  • the pressure reserve of 600 bar could be used if necessary to increase the efficiency by means of an additional charge for increased range.
  • FIG. 1 shows a propellant charge system according to the invention with seven partial charges in FIG
  • FIG. 2 shows an arrangement of the propellant charge system in a sleeve of a
  • FIG. 1 shows a propellant charge system 1 according to the invention with six partial charges 2.1, 3.1-3.5.
  • the partial charges 2.1, 3.1 - 3.5 are each filled in a substantially cylindrical fabric bag.
  • the propellant charge system 1 shown comprises five second partial charges 3.1-3.5 with a second powder type as a drive, which in the region of near-surface zones to a penetration depth of at most 400 micrometers has between 2 and 10 percent by weight of a second inert plasticizer.
  • the propellant charge system 1 comprises a first partial charge 2.1 with a first type of powder as a drive, which does not have a second inert plasticizer in near-surface zones.
  • the first partial charge 2.1 serves to cover the lowermost area of the firing board, while the second partial charges 3.1-3.5 cover the upper areas of the firing board.
  • Fig. 2 shows the arrangement of the inventive propellant charge system 1 in a sleeve 4 of an artillery projectile.
  • the first partial charge 2.1 below the second partial charges 3. 1 - 3.5 in the sleeve 4 is arranged.
  • the fabric bags of the partial charges 2.1, 3.1 - 3.4 have along their longitudinal axis on a through hole 5, in which an ignition screw 6 (indicated by dashed lines) is performed. Due to the cylindrical shape of the fabric bag, these can be very easily and save as much space within the sleeve 4 insert.

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Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Treibladungssystem zum Verschiessen von Artilleriegeschossen mit mindestens zwei Teilladungen. Die Teilladungen weisen je einen Pulvertyp auf, der Nitrocellulose, mindestens einen kristallinen Energieträger sowie mindestens einen ersten inerten Weichmacher umfassen. Mindestens eine Teilladung weist einen ersten Pulvertyp und die mindestens eine weitere Teilladung einen zweiten Pulvertyp auf. Der zweite Pulvertyp weist im Bereich von oberflächennahen Zonen auf eine Eindringtiefe von maximal 400 Mikrometern zwischen 2 bis 10 Gewichtsprozent eines zweiten inerten Weichmachers auf, während der erste Pulvertyp in oberflächennahen Zonen keinen zweiten inerten Weichmacher aufweist.

Description

Treibladungssystem für Artilleriegeschosse
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Treibladungssystem zum Verschiessen von Artilleriegeschossen, insbesondere für 105 mm-Haubitzen, aufgebaut auf einer Kombination zweier unterschiedlicher Pulvertypen mit eindiffundiertem inerten Weichmacher in oberflächennahen Zonen sowie im Wesentlichen ohne eindiffundiertem inerten Weichmacher. Stand der Technik
Unter einer Haubitze versteht man ein Artilleriegeschütz, welches durch einen relativ kurzen Lauf und die Möglichkeit zum Verschiessen von relativ schweren Geschossen mit relativ kleinen Ladungsmassen charakterisiert ist, wobei die Geschosse hohe Flugbahnen erreichen können und mit einem steilen Abschusswinkel abgefeuert werden. Seit über 100 Jahren erfreuen sich 105 mm-Haubitzensysteme, welche auch Feldartillerie genannt werden, einer kontinuierlichen Beliebtheit bei vielen Armeen über den gesamten Globus. Die Verbreitung dieses Waffentyps hat im Verlaufe des 1. Weltkriegs massiv zugenommen und seither hat die zerstörerische Kraft von Artillerie-Waffensystemen die Schlachtfelder geprägt. Die Geschütze der Feldartillerie sind wichtige Instrumente, um die anvisierte Zerstörungskraft zu ermöglichen. Ebenso wichtig zum Erreichen der zerstörerischen Wirkung ist die zu verschiessende Munition. So ermöglicht die Waffe, ein Geschoss zuverlässig und punktgenau in das Zielgebiet zu transportieren, während die gewünschte Zielwirkung durch die entsprechend ausgelegte Munition herbeigeführt wird. Während langer Zeit war eine maximale Zerstörung die einzige bekannte Zielwirkung der Feldartillerie. Durch neue technische Möglichkeiten sind die Wirkszenarien jedoch mittlerweile vielseitiger geworden, so dass im Zielgebiet viele unterschiedliche Wirkungen erzeugt werden können. Ein Beispiel hierfür ist neben der maximal möglichen Zerstörung die Vernebelung der eigenen Truppe zu deren Schutz. Die 105 mm-Haubitzen M 101 und M2 waren während langer Zeit die leichten Feldhaubitzen der Vereinigten Staaten und wurden während des 2. Weltkrieges in europäischen und pazifischen Kriegsgebieten verbreitet eingesetzt. Die 105 mm-Familie wurde durch die luftverladbare Version M3 komplettiert, welche auf dem M2-System basierte, jedoch einen um 690 mm kürzeren Lauf sowie eine wirksamere Rücklaufbremse aufwies. Die M3-Haubitze konnte dieselbe Munition verschiessen wie die M2-Version, doch mussten wegen dem kürzeren Lauf brisantere Pulver für den Antrieb verwendet werden. Die Produktion der M2 und M3 Systeme wurde 1941 aufgenommen. Im Einsatz überzeugten diese Waffensysteme durch hohe Zielgenauigkeit und grosse lethale Wirkung. Dank diesen Qualitäten, kombiniert mit deren Herstellung in grossen Stückzahlen, wurde diese Waffenfamilie nach dem Krieg das Standard-Haubitzensystem in vielen Nationen, wobei diese auch heute noch verbreitet im aktiven Einsatz stehen. Insgesamt war das M 101-Haubitzensystem in total 67 verschiedenen Armeen weltweit im Einsatz und stellt damit das erfolgreichste Artilleriesystem dar, welches je produziert wurde. Die ursprünglichen Munitionstypen entwickelten sich mit der Zeit zum Standard für verschiedene neue Munitionsvarianten späterer Systeme, welche die spezifischen Bedürfnisse des jeweiligen Landes berücksichtigten.
Seit geraumer Zeit ist das M 101-System in den Vereinigten Staaten nun ausser Dienst gestellt. Als Nachfolger wurde die weiterentwickelte Haubitze 102A1 ab März 1966 bei den US-Streitkräften eingeführt. In vielen Nationen dagegen sind die M 101- und M2-Systeme, zusammen mit den neueren M 102A1-Systemen, auch weiterhin im aktiven Einsatz. Frankreich und der vietnamesische Staat verwendeten derartige Systeme während dem 1. Indochinesischen Krieg, genauso wie dies auch die vietnamesische Volksarmee tat. Modernisierte M 102A1-Systeme stehen auch heute noch bei der vietnamesischen Volksarmee im aktiven Einsatz. M 102A1 /M 101-Haubitzen fanden auch im früheren Jugoslawien Verwendung, 50 davon befinden sich heute in Kroatien im Einsatz.
Ein weiteres Beispiel für ein 105 mm-Haubitzensystem, welches auch heute immer noch weltweit verbreitet ist, stellt die L1 18„Light-Gun" dar. Hierbei handelt es sich um einen fremdgezogene Haubitze, welche ursprünglich von der britische Armee in den 70er-Jahren produziert und seither auch verbreitet exportiert wurde. Als weiteres, verbreitet im Einsatz stehendes 105 mm-Haubitzensystem soll auch das LG 1 Erwähnung finden. Dieses moderne System wird ebenfalls fremdgezogen, ist für sein geringes Gewicht und seine hohe Zielgenauigkeit bei relativ grosser Reichweite geschätzt und wird von GIAT Industries (heute Nexter-Gruppe) produziert. Dieses System steht heute u.a. noch bei den Armeen von Belgien, Kanada, Kolumbien, Indonesien, Singapur und Thailand im aktiven Einsatz.
Als letztes Beispiel soll das System Oto Melara Mod 56 erwähnt werden. Hierbei handelt es sich um eine 105 mm-Haubitze italienischer Herkunft, welche u.a. Munition des US- Typs M 1 verschiessen kann. Die Oto Melara 105 mm Mod 56 Haubitze wurde in den 50er- Jahren in Betrieb genommen. Wegen ihres geringen Gewichts wurde sie primär von der Gebirgs-Artillerie der italienischen Alpini-Brigade verwendet. Auch kann diese Waffe seit jeher ohne Demontage mittels Helikopter transportiert werden, was in den 60er-Jahren das Interesse anderer, vorwiegend westlicher Nationen hervorrief. Insgesamt stand die Mod 56 Haubitze in mehr als 30 Nationen weltweit im Einsatz. Gegenwärtig steht dieses Waffensystem noch in mindestens 23 Nationen im aktiven Einsatz, u.a. in Argentinien, Brasilien, Chile, Griechenland, Malaysia, Mexiko, Peru, Philippinen, Saudi Arabien, Spanien, Thailand und Venezuela.
Wie oben beschrieben, steht somit weltweit immer noch eine grosse Anzahl von 105 mm- Haubitzengeschützen im aktiven Einsatz, wobei sich diese zu grossen Teilen aus den zuvor beschriebenen unterschiedlichen Typen zusammensetzen. Obwohl alle diese Systeme dieselbe Kalibergrösse von 105 mm verwenden, benötigt jeder unterschiedliche Haubitzentyp speziell auf das jeweilige System abgestimmte Munition. Dies wird bedingt durch Unterschiede im Rohraufbau (Länge, Gasdruckgrenzen), Schiesstafel oder verfügbares Ladevolumen. Trotz diesen Unterschieden gibt es jedoch zwischen all diesen Haubitzensystemen Gemeinsamkeiten, d. h. fundamentale Prinzipien, welche für jeden Munitionstyp gültig sind. Hierbei besonders hervorzuheben ist die Tatsache, dass die Zielbekämpfung im Allgemeinen durch indirektes Feuer erfolgt, d. h. die Schussabgabe erfolgt nach oben, womit sich für das Geschoss eine parabolische Flugbahn ergibt. Zudem setzt sich ein Artülerie-Ladungssystem zur Abdeckung eines möglichst grossen Wirkungsbereichs aus einer unterschiedlichen Anzahl von Einzelladungen zusammen, welche der Anzahl Zonen der jeweiligen Schiesstafel entspricht.
Es ist somit allen gängigen 105 mm-Haubitzensystemen gemeinsam, dass für das Verschiessen von Munition ein Ladungssystem zur Anwendung gelangt, welches sich aus mehreren Einzelladungen zusammensetzt. Werden nur wenige Ladungen, z. B. Ladung 1 oder Ladung 2 verwendet, so können die beiden untersten Zonen der Schiesstafel mit Feuer belegt werden. Wird dagegen die maximal vorgesehene Menge an Ladungen geladen, z. B. alle sieben möglichen Teilladungen, dann feuert die Waffe mit der maximal möglichen Reichweite, d. h. die höchste Zone der Schiesstafel kann mit Feuer belegt werden. Die Bedingungen, bei welchen ein Treibladungspulver abbrennt, sind je nach verwendeter Ladung sehr unterschiedlich. Bei Ladung 1 , welche für die Bekämpfung von Zielen mit der geringsten Entfernung verwendet wird (Zone 1 der Schiesstafel), ist die Pulvermasse im Verhältnis zur Geschossmasse am geringsten. Zum Beschleunigen des Geschosses im Waffenrohr steht damit nur eine relativ kleine Gasmenge zur Verfügung, so dass die bei der Pulverumsetzung herrschenden Druckbedingungen auf einem relativ tiefen Niveau liegen. Dies bedeutet, dass die Pulver für die tiefen Ladungen derart ausgelegt sein müssen, dass der Abbrand bei relativ tiefen Drücken möglichst vollständig erfolgt, um den Auswurf unverbrannter Pulverteilchen an der Waffenmündung zu minimieren. Andererseits wird bei Verwendung der für das jeweilige Haubitzensystem höchstmöglichen Ladung die maximal ladbare Pulvermenge eingesetzt. Hierdurch wird zur Beschleunigung des Geschosses im Waffenlauf die maximal mögliche Gasmenge freigesetzt, so dass der Pulverabbrand auf einem relativ hohen Druckniveau stattfindet, welches bis an die Systemgrenze des verwendeten 105 mm-Haubitzensystems gehen darf. Da der Pulverabbrand durch höhere Drücke deutlich beschleunigt wird, müssen die Pulver, welche in den höheren Ladungen verwendet werden, entsprechend ausgelegt werden, d. h. sie müssen im Vergleich zu den Pulvern der tiefen Ladungen deutlich fauler reagieren.
Nachteilig an den bekannten Antriebssystemen für Artilleriegeschosse ist, dass wichtige ballistische Kenndaten wie Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck von der Umgebungstemperatur beeinflusst werden, wobei sich die tiefsten Werte bei kalten Temperaturen einstellen und mit steigender Temperatur kontinuierlich ansteigen. Daher hat die Umgebungstemperatur einen direkten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit sowie die Treffsicherheit der Waffe.
Zudem hat sich in neuerer Zeit ein Trend etabliert, wonach eine deutliche Mehrzahl der militärischen Konflikte in klimatisch heissen Klimazonen ausgetragen wird. Beispiele hierfür sind u.a. Irak, Afghanistan oder Somalia. Um die geforderte hohe innenballistische Leistungsfähigkeit zu erreichen, mussten den Treibladungspulvern grössere Mengen an Sprengölen wie Dinitrotoluol (DNT) und Weichmacher wie Dibutylphthalat (DBP) beigefügt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Antriebe für hohe thermische Belastungen nicht geeignet sind, da nach monatelanger Lagerung markante Veränderungen von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck auftraten. Dieser Effekt reduziert die Ersttrefferwahrscheinlichkeit und stellt durch die verursachte Erhöhung des Spitzengasdrucks um bis zu 50 % ein grosses Sicherheitsrisiko bei der Schussabgabe dar, da dabei die Drucklimite der Waffe deutlich und unkontrolliert überschritten werden kann. Die starke Wärmeeinwirkung in heissen Klimazonen setzt jedoch auch der thermischen Stabilität eines sprengölhaltigen Antriebs stark zu, indem u.a. der Stabilisator viel rascher aufgebraucht wird, was das Risiko für eine alterungsbedingte unkontrollierte Autokatalyse erhöht. Die dadurch verursacht detonative Umsetzung eines Antriebs kann ein ganzes Munitionslager zerstören und Personal verletzen. Ein modernes Antriebssystem für 105 mm-Haubitzen sollte daher kein Sprengöl enthalten, aber dennoch das geforderte hohe Leistungspotential erbringen.
Ein möglicher Ansatz zur Lösung dieses Problems ist bekannt und besteht in der Beimischung eines kristallinen Energieträgers wie etwa Nitraminverbindungen, wie z.B. RDX oder HMX zur Kornmatrix. Hierdurch kann ein hohes innenballistisches Leistungspotential ohne Verwendung von Sprengölen erreicht werden (US 8'353'994 B2; WO 2014/ 1 17280 A1 ). Zudem ist bekannt, dass sich mit einer Oberflächenbehandlung die Temperaturcharakteristik eines Treibladungspulvers gezielt verbessern lässt. So ist es möglich, durch geeignete Wahl der Behandlungsparameter sowohl den Abfall der Kaltäste als auch den Anstieg der Warmäste von Mündungsgeschwindigkeit und den Spitzengasdruck zu reduzieren (US 7'473'330 B2; US 8'353'994 B2; WO 2014/ 1 17280 A1 ). Interessant ist hierbei, dass sich die applizierten Oberflächenbehandlungsparameter, insbesondere die verwendete Menge an Campher, je nach Waffengattung unterschiedlich auf die Temperaturkoeffizienten auswirken. So führt in Mittelkaliberwaffen eine Erhöhung der Camphermenge zu einer Abflachung der Warmäste von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck, d. h. der Druckanstieg nimmt ab (US 8'353'994 B2). Demgegenüber wirkt sich in Mörserwaffen eine Erhöhung der Camphermenge entgegengesetzt aus, d. h. die Warmäste von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck werden steiler resp. der Druckanstieg nimmt zu (WO 2014/ 1 1 7280 A1 ). In der Praxis wurde gefunden, dass in Mittelkalibersystemen die Camphermengen zwischen typischerweise 3 - 5 Gewichtsprozent liegen muss, damit sich ein möglichst geringer Anstieg der Warmäste einstellt. Demgegenüber muss in Mörsersystemen die Camphermenge möglichst klein gewählt werden (< 0.5 %) oder muss sogar gänzlich weggelassen werden, damit die Warmäste von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck einen möglichst geringen Anstieg ergeben.
In der Artillerie weisen nitroglyzerinhaltige Antriebe, meist sogenannte Kugelpulver, nur eine relativ kleine Verbreitung auf und kommen nur für Spezialanwendungen wie etwa für Hochleistungsladungen (Einheitsladung) zum Einsatz. Der am weitesten verbreitete Pulvertyp in der 105 mm-Artillerie besteht aus einer Kornmatrix enthaltend im Wesentlichen Nitrocellulose, zirka 10 % Dinitrotoluol (DNT) und zirka 5 % des Weichmachers Dibutylphthalat (DBP). Bei diesem Pulvertyp ist jedoch die ballistische Stabilität wegen der Diffusion des Weichmachers Dibutylphthalat ungenügend, insbesondere beim Einsatz in heissen Klimazonen. Die beiden für 105 mm- Artillerieanwendungen bekannten nitroglyzerin- und dinitrotoluolhaltigen Pulvertypen können beide Dibutylphthalat als Weichmacher enthalten. Dinitrotoluol und Dibutylphtalat sind jedoch nicht mit der Verordnung EG Nr. 1907/2006 (REACH) kompatibel und dürfen daher inskünftig in der Europäischen Union nicht mehr verwendet werden.
Das zu schützende Treibladungssystem kann grundsätzlich auch in anderen Artillerie- Kaliberbereichen verwendet werden, z.B. in 1 55mm-Systemen. Hierzu müssten bei den verwendeten Pulvern die Wandstärken auf eine Weise, wie sie Fachleuten bekannt ist, angepasst werden.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Treibladungssystem zu schaffen, bei welchem der Spitzengasdruck und somit die Mündungsgeschwindigkeit in einem grossen Temperaturbereich, insbesondere zwischen -46 °C und 63 °C, eine möglichst kleine Varianz gegenüber dem Spitzengasdruck und der Mündungsgeschwindigkeit bei 21 °C aufweist. Insbesondere soll der Spitzengasdruck bei höchstmöglicher Ladung zum Erreichen der maximalen Reichweite bei einer Umgebungstemperatur von 63 °C nicht wesentlich höher sein als bei einer Umgebungstemperatur von 21 °C. Zudem soll der Pulverabbrand auch bei tiefen Ladungen und einer Umgebungstemperatur im Bereich von -46 °C rückstandsfrei erfolgen, wobei die erzielten Mündungsgeschwindigkeiten nicht wesentlich von der Mündungsgeschwindigkeit bei einer Umgebungstemperatur von 21 °C abweichen sollen. Schliesslich soll das Treibladungssystem eine hohe chemische und ballistische Stabilität aufweisen und ohne toxische Substanzen auskommen. Zudem soll das Treibladungssystem bei tiefen Ladungen eine hohe thermische Umsetzungsrate aufweisen, während bei hohen Ladungen ein möglichst hoher thermischer Wirkungsgrad erreicht werden soll.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst ein Treibladungssystem zum Verschiessen von Artilleriegeschossen mindestens zwei Teilladungen. Jede Teilladung weist als Antrieb je einen Pulvertyp auf, der Nitrocellulose, mindestens einen kristallinen Energieträger sowie mindestens einen ersten inerten Weichmacher umfasst. Mindestens eine Teilladung besteht aus einem ersten Pulvertyp und die mindestens eine weitere Teilladung besteht aus einem zweiten Pulvertyp. Der zweite Pulvertyp weist im Bereich von oberflächennahen Zonen auf eine Eindringtiefe von maximal 400 Mikrometern zwischen 2 bis 10 Gewichtsprozent eines zweiten inerten Weichmachers auf, während der erste Pulvertyp in oberflächennahen Zonen keinen zweiten inerten Weichmacher aufweist. Unter „keinen zweiten inerten Weichmacher" wird eine Konzentration des zweiten inerten Weichmachers in den oberflächennahen Zonen des ersten Pulvertyps von 0 Gewichtsprozent verstanden. Es wurde nun überraschend gefunden, dass ein Treibladungssystem zum Verschiessen von Artilleriegeschossen, insbesondere für 105 mm-Haubitzen, aufgebaut auf der Kombination zweier unterschiedlicher Pulvertypen mit einem zweiten inerten Weichmacher und ohne zweiten inerten Weichmacher in oberflächennahen Zonen unvorhersehbare gute innenballistische Eigenschaften ergibt. Da der zweite inerte Weichmacher vorzugsweise in die oberflächennahen Zonen eindiffundiert wird, ist in der folgenden Anmeldung auf vom zweiten Pulvertyp mit eindiffundiertem zweiten inerten Weichmacher und dem ersten Pulvertyp ohne eindiffundiertem zweiten inerten Weichmacher die Rede. Üblicherweise stellen sich die tiefsten Mündungsgeschwindigkeiten und Spitzengasdrücke bei der kältesten Beschusstemperatur ein und nehmen mit zunehmender Beschusstemperatur kontinuierlich zu, d.h. die höchsten Werte werden normalerweise bei der höchsten für einen Pulvertyp zulässigen Beschusstemperatur erreicht. Durch die gewählte Zusammensetzung werden die innenballistischen Kenndaten Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck jedoch von der Umgebungstemperatur nur geringfügig beeinflusst. Durch die erzielte Minimierung der Variationsbreite der Mündungsgeschwindigkeiten, welche sich über den gesamten zulässigen Temperaturbereich des Waffensystems einstellen, kann eine Erhöhung der Trefferwahrscheinlichkeit herbeigeführt werden.
Zudem ist beim Übergang von 2 1 °C auf 63°C der Anstieg des Spitzengasrucks minimal. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, die Waffe bei Normalbedingungen, d.h. bei Temperaturen um 21 °C, auf einem höheren Druckniveau zu betrieben als dies mit konventionellen Ladungssystemen möglich ist, da durch die geringfügige Varianz des Spitzengasdrucks bei steigender Beschusstemperatur dieser den maximal zulässigen Gasdrucks des Rohres der verwendeten Haubitze nicht überschreitet. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit eines Haubitzensystems erhöht werden und es eröffnet sich die Möglichkeit, durch Verwendung einer Zusatzladung die Reichweite zu vergrössern.
Der Eintrag eines zweiten inerten Weichmachers in oberflächennahen Zonen des zweiten Pulvertyps erfolgt vorzugsweise durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung, beispielsweise durch Versetzen eines Halbfabrikats des zweiten Pulvertyps mit einer Lösung des zweiten inerten Weichmachers in einem organischen Lösungsmittel. Dementsprechend wird in der folgenden Anmeldung auch von Pulvertypen mit und ohne Oberflächenbehandlung gesprochen, wobei der Pulvertyp mit Oberflächenbehandlung in den oberflächennahen Bereichen den zweiten inerten Weichmacher in einer Konzentration von 2 bis 10 Gewichtsprozent enthält und der Pulvertyp ohne Oberflächenbehandlung keinen zweiten inerten Weichmacher in den oberflächennahen Bereichen aufweist. Beide Pulvertypen enthalten als Hauptkomponente Nitrocellulose-Mischungen mit einem mittleren Stickstoffgehalt von vorzugsweise um 13.25 %. Als weitere Schlüsselkomponenten enthalten beide Pulvertypen einen kristallinen Energieträger sowie mindestens einen ersten inerten Weichmacher.
Vorzugsweise umfassen die Pulvertypen ferner wenigstens einen Mündungsfeuerdämpfer, wie z. B. Kaliumsulfat, Kaliumbitartrat oder Kaliumnitrat in Mengen von 0.5 - 5 Gew.- , bevorzugt von 1 - 3 Gew.-%. Weiter bevorzugt weisen die Antriebe zudem Stabilisatoren, wie Beispielsweise Akardit II (CAS-# 724-18-5), Centralit I (CAS-#: 90-93-7) oder Diphenylamin (CAS-#: 122-39-4), oder Rohrschonungsadditive, wie z. B. Calciumcarbonat (CAS-fr: 471 -34-1 )auf.
Nitrocellulose wird durch Nitrierung von Cellulose (Baumwoll-Linters, Zellstoff) gewonnen und stellt seit über hundert Jahren das wichtigste Ausgangsmaterial für die Herstellung von ein-, zwei- und dreibasigen Treibladungspulvern dar. Nitrocellulose ist in grossen Mengen zu günstigen Preisen verfügbar und wird mit einer grossen Spannbreite an verschiedenen chemisch-physikalischen Eigenschaften wie Stickstoffgehalt, Molekulargewicht oder Viskosität angeboten. Diese Unterschiede erlauben, dass sich Nitrocellulose zu den verschiedenen homogenen Treibladungspulvertypen verarbeiten lässt. Der Energieinhalt von Nitrocellulose wird über den Stickstoffgehalt eingestellt.
Vorzugsweise werden bei einem Artilleriegeschoss Teilladungen mit dem ersten Pulvertyp für die unteren Zonen der Schiesstafel, z.B. für Ladung 1 , und die Teilladungen mit dem zweiten Pulvertyp für die oberen Zonen der Schiesstafel verwendet. Das heisst, dass zum Verschiessen eines Artilleriegeschosses zunächst ein bis drei, bevorzugt eine bis zwei Teilladungen mit dem ersten Pulvertyp und anschliessend eine bis sechs Teilladungen mit dem zweiten Pulvertyp in eine Hülse zugeladen werden, je nachdem, für welche Zone der Schiesstafel das Artilleriegeschoss eingesetzt werden soll. Durch die Verwendung einer flexiblen Anzahl an Teilladungen können mittels des erfindungsgemässen Treibladungssystems die unterschiedlichen Zonen einer Schiesstafel abgedeckt werden, wobei stets ein aussergewöhnlich vorteilhaftes innerballistisches Verhalten erreicht werden kann.
Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass bei den tiefen Ladungen, bei denen mindestens eine Teilladung mit dem ersten Pulvertyp eingesetzt werden, hohe Pulverumsatzraten (hohe thermische Wirkungsgrade) ermöglicht werden, was den Auswurf an unverbranntem Pulvermaterial minimiert und das Leistungspotential erhöht. Zudem wird der Kaltabfall der Temperaturäste von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck minimiert.
Andererseits bewirkt die Oberflächenbehandlung des zweiten Pulvertyps der Teilladungen, welche für hohe Ladungen verwendet werden, dass der Quotient von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck (v0/pmax) möglichst hoch ausfällt, d. h. die zur Erfüllung der Schiesstafel anvisierten Mündungsgeschwindigkeiten können bei möglichst tiefem Gasdruck erreicht werden. Zudem wurde überraschenderweise gefunden, dass die Oberflächenbehandlung des zweiten Pulvertyps den Anstieg der Warmäste von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck deutlich reduziert. Hierdurch kann die geforderte Mündungsgeschwindigkeit für die höchsten Zonen der Schiesstafel und daher die höchste geforderte Mündungsgeschwindigkeit ohne Überschreitung der Gasdrucklimite des verwendeten Haubitzensystems erreicht werden.
Wie anfängliche Versuche gezeigt haben, können die innenballistischen Vorgaben nicht erreicht werden, falls das Ladungssystem nur aus einem einheitlichen Pulvertyp aufgebaut wäre, z. B. mit einer Oberflächenbehandlung mit einer mittleren Menge des zweiten inerten Weichmachers relativ zum erfindungsgemässen zweiten Pulvertyp. Würden nur Teilladungen mit dem zweiten Pulvertyp verwendet, wären die Umsetzung und die Anzündung bei den tiefen Ladungen schlecht, so dass ein hoher Anteil an unverbranntem Pulver aus dem Rohr ausgestossen würde. Zudem wäre wegen der schlechteren Anzündbarkeit durch die Phlegmatisierung der Oberfläche insbesondere im Kaltbereich mit deutlich tieferen Werten und unakzeptablen Streuungen von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck zu rechnen. Würden dagegen ausschliesslich Teilladungen mit dem ersten Pulvertyp verwendet, dann würde der Spitzengasdruck beim Abfeuern der höchsten Ladung zur Erreichung der geforderten Mündungsgeschwindigkeit für maximale Reichweite bei hohen Beschusstemperaturen stark ansteigen und die zulässige Drucklimite überschreiten.
Vorzugsweise umfassen der erste Pulvertyp und der zweite Pulvertyp Körner mit einer kreiszylindrischen Geometrie mit in axialer Richtung verlaufenden Längskanälen, wobei vorzugsweise die Körner des ersten Pulvertyps über einen bis vier Längskanäle und die Körner des zweiten Pulvertyps über sieben bis neunzehn Längskanälen verfügen.
Die Längskanäle der Körner sind in einem im Wesentlichen runden Bereich um die Längsachse der Körner herum angeordnet. Zwischen diesem Bereich und der äusseren Mantelfläche der Körner weisen die Körner eine Wandung mit einer Wandstärke auf.
Antriebe aus Körnern werden als Schüttpulver bezeichnet. Diese sind schüttbar (bzw. rieselfähig), was wichtig für die industrielle Abfüllung von Teilladungen in Behältern, insbesondere in Säcken, ist. Das Treibladungspulver kann während des Abfüllens in Behältern also ähnlich wie eine Flüssigkeit gehandhabt werden.
Die Körner können insbesondere mittels Extrusion hergestellt werden.
Die Wandstärken der beiden Pulvertypen hängen vom anvisierten Artilleriesystem ab. Für ein 105mm-System beträgt die Wandstärke des ersten Pulvertyps 0.4 - 1.2 mm, vorzugsweise 0.5 - 1.0 mm, , während die Körner des zweiten Pulvertyps Wandstärken von 0.3 - 1.1 mm, vorzugsweise 0.4 - 0.9 mm aufweisen.
Unter„Wandstärke" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung der Abstand zwischen der äusseren Mantelfläche der Körner und dem Bereich, in welchem die Längskanäle angeordnet sind, verstanden.
Bevorzugt beträgt die Konzentration des zweiten inerten Weichmachers in den oberflächennahen Zonen des zweiten Pulvertyps zwischen 3 bis ό Gewichtsprozent.
Der mindestens eine kristalline Energieträger ist eine Nitraminverbindung der allgemeinen chemischen Struktur R 1 -R2-N-N02 und umfasst vorzugsweise Hexogen (RDX) oder Oktogen (HMX), insbesondere in einer Konzentration von 0 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 5 bis 15 Gewichtsprozent.
Der Energieträger liegt vorzugsweise bei Raumtemperatur in kristalliner Form vor. Bei diesen Anteilen in einer Basis aus Nitrocellulose wird erreicht, dass die mittleren Abstände zwischen den einzelnen Kristallen des kristallinen Energieträgers ausreichend gross sind, so dass sich die einzelnen Kristalle überwiegend nicht berühren. Dies bewirkt, dass bei Einwirkung externer mechanischer Stimuli der Schockimpuls im Wesentlichen nicht von einem Enerigeträger-Kristall an die benachbart liegenden Kristalle weitergegeben werden kann. So wird ein primär einwirkender Schockimpuls nicht multipliziert und über die gesamte Pulvermenge übertragen. Die beiden Verbindungen RDX und HMX der allgemeinen Formel R-N-N02 (R „Rest") haben einen relativ kleinen Rest R, der im Vergleich zum Nitramin-Strukturelement einen kleinen Anteil am Gesamtmolekül darstellt. Dadurch weisen die beiden Verbindungen einen relativ hohen Energiegehalt auf.
Bevorzugt wird RDX als kristalliner Energieträger verwendet. Es ist im Vergleich zu HMX günstiger und sicherer in der Herstellung. HMX ist teurer als RDX, bietet aber keine besonderen Vorteile. Andere Nitraminverbindungen (wie z. B. NIGU etc.) haben im Vergleich zu RDX ein relativ tiefes innenbalistisches Leistungspotential.
Besonders bevorzugt weist der kristalline Energieträger eine definierte mittlere Korngrösse auf. So wird z. B. RDX bevorzugt mit einer mittleren Korngrösse von 4 - 10 Mikrometer, insbesondere 6 Mikrometer verwendet. Eine möglichst homogene und feinteilige Partikelgrösse des kristallinen Energieträgers ist wichtig, um den Kornabbrand zu verbessern und hierdurch das innenbalistische Liestungspotential zu verbessern.
Alternativ zu den Nitraminverbindungen wäre z. B. auch ein Nitratester der allgemeinen Formel R-0-NO, denkbar. Allerdings sind Nitratester im Vergleich zu Nitraminverbindungen weniger chemisch stabil. Es ist zudem möglich, kristalline Energieträger auf Nitraminbasis zu verwenden, welche zusätzlich Nitratestergruppen in der Molekülstruktur aufweisen. Beispiele für kristalline Energieträger sind: Hexanitroisowurtzitan (CL-20, CAS-# 14913- 74-7), Nitroguanidin (NIGU, NQ, CAS-fr 70-25-7, N-Methylnitramin (Tetryl, N-Methyl- N,2,4,6-tetranltrobenzolamin, CAS-# 479-45-8) sowie Nitrotriazolon (NTO, CAS-fr 932-64- 9) und Triaminotrinitrobenzol (TATB, CAS-# 3058-38-6). All diese Energieträger können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden.
Zur Stabilisierung können auch an sich bekannte Wirkstoffe wie z. B. Akardit II verwendet werden. Vorzugsweise weisen die Antriebe den mindestens einen ersten inerten Weichmacher in einer Konzentration von 0 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 1 bis 5 Gewichtsprozent auf, wobei der erste inerte Weichmacher bevorzugt homogen in der Konrmatrix verteilt ist. Durch das Zufügen von nur relativ kleinen Mengen (z. B. < 10 Gew.-%) mindestens eines inerten Weichmachers in die Kornmatrix kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Stimuli deutlich verbessert werden. Je nach Anwendung können Kombinationen von mehreren inerten Weichmachern zur Einstellung der gewünschten thermodynamischen Eigenschaften eingesetzt werden. Der Kornaufbau derartiger Antriebe kann auf die spezifische Anwendung angepasst werden (z. B. Einstellen der Abbrandcharakteristik auf Rohrlänge, Geschossgewicht etc. des Waffensystems).
Vorzugsweise umfasst der mindestens eine erste Weichmacher eine Karbonsäureesterverbindung, insbesondere aus den Gruppen der Phtalatester, Citratester, Terephtalester, Stearatester oder Adipatester. Bevorzugt umfasst der zweite inerte Weichmacher mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend Campher, Dialkylphthalate und Dialkyldiphenylharnstoffe.
Insbesondere bevorzugt wird als zweiter inerter Weichmacher Campher (CAS- 76-22-2) eingesetzt.
Der erste und der zweite Pulvertyp der mindestens zwei Teilladungen sind vorzugsweise je in einem zylindrischen Stoffbeutel aufgenommen, wobei die Stoffbeutel entlang ihrer Längsachse vorzugsweise eine Durchgangsöffnung aufweisen.
Die Teilladungen für Artillerie-Treibladungen aus dem Stand der Technik sind in rechteckigen Beuteln abgefüllt. Je nach Zone der Schiesstafel, welche mit Feuer belegt werden soll, wird eine geeignete Anzahl dieser Säcke in einer Hülse eines Artilleriegeschosses angeordnet. Nachteilig an den vorbekannten Säcken ist jedoch, dass diese aufgrund ihrer rechteckigen Ausgestaltung innerhalb der zylindrischen Hülse des Geschosses nicht optimal eingelegt werden können, wodurch relativ viel Leerraum innerhalb der Hülse entsteht, was sich negativ auf die maximal mögliche Zuladung der Pulvermenge in der Hülse auswirkt und zu einem unregelmässigen Abbrand führen kann.
Durch die Verwendung von zylindrischen Stoffbeuteln lässt sich gemäss der vorliegenden Erfindung eine optimalere Platzausnutzung innerhalb einer Hülse erzielen. Ferner entfällt das Falten oder Aufrollen der Säcke vor dem Einlegen, was die Handhabung des erfindungsgemässen Treibladungssystems wesentlich vereinfacht.
Verfügen die Stoffbeutel gemäss einer bevorzugten Ausführungsform entlang ihrer Längsachse über eine Durchgangsöffnung, lassen sich diese einfach an einem zentral innerhalb der Hülse angeordneten Element, wie z. B. einer Zündschraube, überstreifen und ausrichten.
Der Durchmesser der Zylindergrundfläche der Stoffbeutel entspricht vorzugsweise dem Innendurchmesser einer Hülse, in weicher das erfindungsgemässe Treibladungssystem eingesetzt werden soll. Die Höhe des Zylinders kann je nach der benötigten Pulvermenge der jeweiligen Teilladung variiert werden. Ein Fachmann wird erkennen, dass sich die offenbarten Stoffbeutel nicht nur im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Treibladungssystem verwenden lassen, sondern dass sich diese generell für unterschiedliche Arten an Treibladungssystemen anwenden lassen.
Bevorzugt weist wenigstens eine der mindestens zwei Teilladungen mindestens ein Stück Zinnfolie als Entkupferungsmittel auf.
Gegenüber dem bisher üblicherweise eingesetzten Blei weist Zinn den Vorteil auf, dass dieses wesentlich umweltverträglicher und untoxisch ist.
Bei einem bevorzugten Treibladungssystem mit sieben Teilladungen wird vorzugsweise in mehreren Stoffbeutel jeweils zwei Stücke einer Zinnfolie zugelegt. Die vorliegende Anmeldung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemässen Treibladungssystems zum Verschiessen eines Artilleriegeschosses, wobei zur Abdeckung von Schussweiten im unteren Bereich einer Schusstafel eine bis drei Teilladungen mit dem ersten Puivertyp und zur Abdeckung von Schussweiten im oberen Bereich der Schusstafel zusätzlich eine bis sechs Teilladungen mit dem zweiten Pulvertyp verwendet werden.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Beispiele
Herstellungsbeispiel 1 : Pulvertyp 1 ohne Oberflächenbehandlung, für Zone 1
Es wird ein 1-Loch (Längskanal) Pulver hergestellt, indem 150 kg Pulverteig bestehend aus den festen Anteilen von 10 Gew.-% Hexogen, 1 .3 Gew.-% Akardit-Il, 1.2 Gew.-% Kaliumsulfat, 1 .5 Gew.- eines Phthalatesters (welcher vorwiegend aus linearen C9-C1 1- Alkoholen mit einem mittleren Molekulargewicht von 450 g/mol und mit einer mittleren dynamischen Viskosität bei 20 °C von 73 mPa*s aufgebaut ist) und Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 13.20 Gew.- (Ergänzung auf 100 %) unter Zugabe von Diethylether und Ethanol zu einem lösungsmittelfeuchten Knetteig verarbeitet wird. Nach 70 Minuten Kneten wird dieser Knetteig durch eine Matrize mit 1 -Lochgeometrie und 3.2 mm Strangquerschnitt gepresst (d. h. extrudiert). Die extrudierten Stränge werden nach einer Vortrocknung an der Luft auf die gewünschte Länge geschnitten. Anschliessend werden bei erhöhter Temperatur die verbleibenden Restlösungsmittel entfernt. Danach wird das resultierende Pulver-Halbfabrikat auf 55 °C aufgeheizt und in einer auf 55 °C beheizten Poliertrommel aus Kupfer mit 0.1 % Graphit und 2.5 Litern wässriger Ethanollösung versetzt. Die Einwirkung unter ständigem Drehen erfolgt während 2 Stunden, wobei der Ethanol kontinuierlich abdampft. Nach Beendigung der Graphitierung wird das Pulver während 22 Stunden bei 80 °C gebadet, danach auf Bleche ausgebreitet und während 22 Stunden bei 60 °C getrocknet. Das resultierende Pulver hat folgende physikalischen Eigenschaften: 2.00 mm Aussendurchmesser, 5.04 mm Länge, 0.91 mm mittlere Wandstärke und 0.17 mm Lochdurchmesser, 3754 J/g Wärmeinhalt und 945 g/l Schüttdichte. Chemische Stabilität:
Verpuffungstemperatur = 174 °C.
Wärmeflusskalorimetrie nach STANAG 4582 = 16.5 J/g resp. 20 ν/g (Anforderung nach Norm STANAG 4582: maximale Wärmeentwicklung < 1 14 μνν/g).
Herstellungsbeispiel 2: Pulvertyp 2 mit Oberflächenbehandlung, für Zonen 2-4
Es wird ein 7-Loch-Pulver hergestellt, indem 225 kg eines Pulverteigs bestehend aus den festen Anteilen von 16 Gew.-% Hexogen, 1.3 Gew.-% Akardit-Il, 1 .2 Gew.-% Kaliumsulfat, 1 .5 Gew.- eines Phthalsäureesters (welcher vorwiegend aus linearen C9-C 1 1-Alkoholen mit einem mittleren Molekulargewicht von 450 g/mol und mit einer mittleren dynamischen Viskosität bei 20 °C von 73 mPa*s aufgebaut ist) und Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 13.20 Gew.- (Ergänzung auf 100 %) unter Zugabe von Diethylether und Ethanol zu einem lösungsmittelfeuchten Knetteig verarbeitet. Nach 70 Minuten Kneten wird der Knetteig durch eine Matrize mit 7-Lochgeometrie und 7.0 mm Strangquerschnitt gepresst (d. h. extrudiert). Die extrudierten Stränge werden nach einer Vortrocknung an der Luft auf die gewünschte Länge geschnitten. Anschliessend werden bei erhöhter Temperatur die verbleibenden Restlösungsmittel entfernt. Danach wird das resultierende Pulver-Halbfabrikat auf 55 °C aufgeheizt und in einer auf 55 °C beheizten Poliertrommel aus Kupfer mit 0.1 2 % Graphit, 2.5 % Campher und 4.5 Litern wässriger Ethanollösung versetzt. Die Einwirkung unter ständigem Drehen erfolgt während 2 Stunden, wobei der Ethanol kontinuierlich abdampft. Nach Beendigung der Oberflächenbehandlung wird das Pulver während 30 Stunden bei 85 °C gebadet, danach auf Bleche ausgebreitet und während 22 Stunden bei 60 °C getrocknet.
Das resultierende Pulver hat folgende physikalischen Eigenschaften: 4.66 mm Aussendurchmesser, 9.03 mm Länge, 1 .05 mm mittlere Wandstärke und 0.1 5 mm Lochdurchmesser, 3653 J/g Wärmeinhalt und 957 g/l Schüttdichte.
Chemische Stabilität: Verpuff ungstemperatur = 1 76 °C.
Wärmeflusskalorimetrie nach STANAG 4582 = 22.2 J/g resp. 27 νν/g (Anforderung nach Norm STANAG 4582: maximale Wärmeentwicklung < 1 14 νν/g). Herstellungsbeispiel 3: Pulvertyp 2 mit Oberflächenbehandlung, für Zonen 5-6
Es wird ein 7-Loch-Pulver hergestellt, indem 225 kg eines Pulverteigs bestehend aus den festen Anteilen von 25 Gew.-% Hexogen, 1 .3 Gew.-% Akardit-Il, 1 .7 Gew.-% Kaliumsulfat, 1 .5 Gew.-% eines Phthalsäureesters (welcher vorwiegend aus linearen C9-C 1 1 -Alkoholen mit einem mittleren Molekulargewicht von 450 g/mol und mit einer mittleren dynamischen Viskosität bei 20 °C von 73 mPa*s aufgebaut ist) und Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 1 3.20 Gew.-% (Ergänzung auf 100 %) unter Zugabe von Diethylether und Ethanol zu einem lösungsmittelfeuchten Knetteig verarbeitet wird. Nach 70 Minuten Kneten wird der Knetteig durch eine Matrize mit 7-Lochgeometrie und 8.0 mm Strangquerschnitt gepresst (d. h. extrudiert). Die extrudierten Stränge werden nach einer Vortrocknung an der Luft auf die gewünschte Länge geschnitten. Anschliessend werden bei erhöhter Temperatur die verbleibenden Restlösungsmittel entfernt. Danach wird das resultierende Pulver-Halbfabrikat auf 55 °C aufgeheizt und in einer auf 55 °C beheizten Poliertrommel aus Kupfer mit 0.1 2 % Graphit und 7.5 Litern wässriger Ethanollösung versetzt. Die Einwirkung unter ständigem Drehen erfolgt während 2 Stunden, wobei der Ethanol kontinuierlich abdampft. Nach Beendigung der Oberflächenbehandlung wird das Pulver während 30 Stunden bei 85 °C gebadet, danach auf Bleche ausgebreitet und während 22 Stunden bei 60 °C getrocknet.
Das resultierende Pulver hat folgende physikalischen Eigenschaften: 5.66 mm Aussendurchmesser, 8.59 mm Länge, 1 .31 mm mittlere Wandstärke und 0.14 mm Lochdurchmesser, 3679 J/g Wärmeinhalt und 969 g/l Schüttdichte.
Chemische Stabilität:
Verpuffungstemperatur = 177 °C. Wärmeflusskalorimetrie nach STANAG 4582 = 25. 1 j/g resp. 29 μνν/g (Anforderung nach Norm STANAG 4582: maximale Wärmeentwicklung < 1 14 μνν/g).
Anwendungsbeispiel 1 : System: Haubitze System 105 mm M 1 1 9
Geschoss: M 1 mit Masse 14.5 kg
Ladungsbeutel: Donut-Bags NCW mit Zentralloch
Zündpatrone: M28E2 (Benite Primer)
Tabelle 1 : Ladungsmassen der verwendeten Pulver für Zonen 1 - 6
Pulver Oberflächenbehandlung Ladungsmasse
Herstellungsbeispiel 1 196g
Herstellungsbeispiel 2 ja 116g
Herstellungsbeispiel 2 ja 219g
Herstellungsbeispiel 2 ja 265g
Herstellungsbeispiel 3 ja 625g
Herstellungsbeispiel 3 ja 640g
Tabelle 2: Mündungsgeschwindigkeiten in m/s bei -46 °C, 2 1 °C und 63 °C
Zone -46°C 21 °C 63°C
1 177.1 183.0 -
2 215.5 224.1 -
3 - 277.2 -
4 340.3 358.2 374.0
5 472.8 504.0 494.7
6 651.5 651.8 620.8 Tabelle 3: Spitzengasdrücke in bar bei -46 °C, 21 °C und 63 °C
Zone -46°C 21 °C 63°C
1 344 461 -
2 427 433 -
3 - 512 -
4 737 849 948
5 1434 1697 1634
6 3262 3371 2923
Tabelle 4: Thermische Wirkungsgrade für die Energieumsetzung der einzelnen Zonen bei 21 °C
Zone therm. Wirkungsgrad
1 33 %
2 32 %
3 29 %
4 32 %
5 35 %
41 %
Man erkennt, dass durch den neuartigen Ladungsaufbau, bestehend aus der erfindungsgemässen Kombination zweier Pulvertypen mit und ohne Oberflächenbehandlung, d.h. mit eindiffundiertem zweiten inerten Weichmacher und ohne eindiffundiertem zweiten inerten Weichmacher bei den tiefen Ladungen 1 - 2 im Kaltbereich nur sehr geringe Abfälle der Mündungsgeschwindigkeit eintreten, nämlich - 5.9 m/s bei Zone 1 und 8.6 m/s bei Zone 2. Die Energieumsetzung in kinetische Energie erfolgt sowohl bei Zone 1 , wo nur das Pulver ohne Oberflächenbehandlung verwendet wird, als auch bei Zone 2, wo die Kombination beider Pulvertypen mit und ohne Oberflächenbehandlung verwendet wird, sehr effizient, was sich in hohen thermischen Wirkungsgraden von 33 % (Zone 1 ) und 32 % (Zone 2) äussert, trotz den tiefen Spitzengasdrücken von < 500 bar.
Auch bei den oberen Ladungen für die Zonen 4 - 6 ermöglicht die erfindungsgemässe Kombination zweier Pulvertypen mit und ohne Oberflächenbehandlung erstaunlicherweise, dass die Kaltabfälle der Mündungsgeschwindigkeiten nur relativ klein ausfallen, nämlich zwischen 20 - 30 m/s für die Zonen 4 und 5, während sich bei Zone 6 überraschenderweise praktisch kein Kaltabfall einstellt, d. h. die Spitzengasdrücke bei -46 °C und bei 21 °C sind praktisch identisch. Hiermit wird aufgezeigt, dass im beschriebenen Ladungssystem dank der Kombination zweier Pulvertypen mit und ohne Oberflächenbehandlung die Mündungsgeschwindigkeiten der einzelnen Teilladungen bei der Schussabgabe innerhalb des Temperaturbereichs zwischen -46 °C und 21 °C nur relativ geringfügig von der Umgebungstemperatur beeinflusst werden, wodurch sich die Trefferwahrscheinlichkeit deutlich erhöht.
Für Zone 6 wurde die Pulvermenge derart eingestellt, dass sich bei 21 °C eine Mündungsgeschwindigkeit von 652 m/s ergibt. Der Spitzengasdruck, welcher sich für diese Geschwindigkeit einstellt, beträgt nur 3371 bar, d.h. das Verhältnis v0/pmax ist wie erhofft relativ hoch. Zudem stellt sich beim Übergang auf die höchste Beschusstemperatur kein Druckanstieg ein. Dies bedeutet, dass die Waffe Dank dem erfindungsmässigen Ladungsaufbau über den gesamten Temperaturbereich weit unterhalb der Systemdrucklimite von 3965 bar betrieben werden kann. Die Druckreserve von 600 bar könnte bei Bedarf zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit mittels einer Zusatzladung für gesteigerte Reichweite ausgenutzt werden. Bei Verwendung eines konventionellen Ladungssystems mit Pulver ohne Oberflächenbehandlung stellt sich ein klassischer Abbrand ein, d.h. eine kontinuierliche Zunahme von Mündungsgeschwindigkeit und Spitzengasdruck mit zunehmender Beschusstemperatur. Dieses Verhalten führt dazu, dass man bei der höchsten zulässigen Beschusstemperatur in den Bereich der Gasdrucklimite kommt, womit die Möglichkeit zur Reichweitensteigerung entfällt. Falls der Druckanstieg mit einem konventionellen Ladungskonzept in einer gewissen Anwendung sehr stark ausfällt, kann der Fall eintreten, dass der Spitzengasdruck bei 63°C bei der zur Erreichung der bei 21 °C geforderten Mündungsgeschwindigkeit sogar überschritten wird, d.h. die Waffe darf dann nur noch über einen eingeschränkten Temperaturbereich betrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemässes Treibladungssystem mit sieben Teilladungen in
Stoffbeuteln; Fig. 2 eine Anordnung des Treibladungssystems in einer Hülse eines
Artilleriegeschosses.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Treibladungssystem 1 mit sechs Teilladungen 2.1 , 3.1 - 3.5. Die Teilladungen 2.1 , 3.1 - 3.5 sind je in einem im Wesentlichen zylinderförmigen Stoffbeutel gefüllt. Das gezeigte Treibladungssystem 1 umfasst fünf zweite Teilladungen 3.1 - 3.5 mit einem zweiten Pulvertyp als Antrieb, welcher im Bereich von oberflächennahen Zonen auf eine Eindringtiefe von maximal 400 Mikrometern zwischen 2 bis 10 Gewichtsprozent eines zweiten inerten Weichmachers aufweist. Ferner umfasst das Treibladungssystem 1 eine erste Teilladung 2.1 mit einem ersten Pulvertyp als Antrieb, welcher keinen zweiten inerten Weichmacher in oberflächennahen Zonen aufweist. Die erste Teilladung 2.1 dient zur Abdeckung des untersten Bereichs der Schusstafel, während mit den zweiten Teilladungen 3.1 - 3.5 die oberen Bereiche der Schusstafel abgedeckt werden können.
Die Fig. 2 zeigt die Anordnung des erfindungsgemässen Treibladungssystems 1 in einer Hülse 4 eines Artilleriegeschosses. Dabei ist die erste Teilladung 2.1 unterhalb der zweiten Teilladungen 3. 1 - 3.5 in der Hülse 4 angeordnet. Die Stoffbeutel der Teilladungen 2.1 , 3.1 - 3.4 weisen entlang ihrer Längsachse eine Durchgangsöffnung 5 auf, in welcher eine Zündschraube 6 (gestrichelt angedeutet) durchgeführt ist. Durch die zylindrische Form der Stoffbeutel lassen sich diese sehr einfach und möglichst platzsparend innerhalb der Hülse 4 einlegen.

Claims

Patentansprüche
1 . Treibladungssystem zum Verschiessen von Artilleriegeschossen mit mindestens zwei Teilladungen, wobei die Teilladungen als Antrieb je einen Pulvertyp aufweisen, der Nitrocellulose, mindestens einen kristallinen Energieträger sowie mindestens einen ersten inerten Weichmacher umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilladung einen ersten Pulvertyp und die mindestens eine weitere Teilladung einen zweiten Pulvertyp umfasst, wobei der zweite Pulvertyp im Bereich von oberflächennahen Zonen auf eine Eindringtiefe von maximal 400 Mikrometern zwischen 2 bis 10 Gewichtsprozent eines zweiten inerten Weichmachers aufweist und der erste Pulvertyp in oberflächennahen Zonen keinen zweiten inerten Weichmacheraufweist.
2. Treibladungssystem gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Pulvertyp Körner mit einer kreiszylindrischen Geometrie mit in axialer Richtung verlaufenden Längskanälen umfassen, wobei vorzugsweise die Körner des ersten Pulvertyps über einen bis vier Längskanäle und die Körner des zweiten Pulvertyps über sieben bis neunzehn Längskanäle verfügen.
3. Treibladungssystem gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner des ersten Pulvertyps eine Wandstärke von 0.4 - 1.2 mm, vorzugsweise 0.5 - 1.0mm und die Körner des zweiten Pulvertyps eine Wandstärke von 0.3 - 1.1 mm, vorzugsweise 0.4 - 0.9 mm, aufweisen.
4. Treibladungssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des zweiten inerten Weichmachers in den oberflächennahen Zonen des zweiten Pulvertyps zwischen 3 bis 6 Gewichtsprozent beträgt.
5. Treibladungssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine kristalline Energieträger eine Nitraminverbindung umfasst, bevorzugt Hexogen oder Oktogen, insbesondere in einer Konzentration von 0 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 5 bis 1 5 Gewichtsprozent.
6. Treibladungssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Pulvertyp den mindestens einen ersten inerten Weichmacher in einer Konzentration von 0 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 1 bis 5 Gewichtsprozent umfassen.
7. Treibladungssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Weichmacher eine Karbonsäureesterverbindung umfasst, insbesondere aus den Gruppen der Phtalatester, Citratester, Terephtalatester, Stearatester oder Adipatester.
8. Treibladungssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite inerte Weichmacher mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfassend Campher, Dialkylphthalate und Dialkyldiphenylharnstoffe ist.
9. Treibladungssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Teilladungen je in einem zylindrischen Stoffbeutel aufgenommen sind, wobei die Stoffbeutel entlang ihrer Längsachse vorzugsweise eine Durchgangsöffnung aufweisen.
10. Treibladungssystem gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der mindestens zwei Teilladungen mindestens ein Stück Zinnfolie als Entkupferungsmittel aufweist.
1 1. Verwendung eines Treibladungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Verschiessen eines Artilleriegeschosses, wobei zur Abdeckung von Schussweiten im unteren Bereich einer Schusstafel eine bis drei Teilladungen mit dem ersten Pulvertyp und zur Abdeckung von Schussweiten im oberen Bereich der Schusstafel zusätzliche, bevorzugt eine bis sechs Teilladungen mit dem zweiten Pulvertyp verwendet werden.
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