Treihmittel für Geschosse Die Erfindung betrifft ein Treibmittel für Geschosse, das dadurch gekennzeichnet ist, dal: es mindestens zum grössten Teil aus praktisch nichtporigen Körnern mit einer Oberfläche von 10 bis 7-1 em2/g und mit einer kleinsten Materialstärke von 0,3ä1-1,778 mm besteht, wobei in der Zone, die, sich von der Oberfläche der einzelnen Körner bis ztt einer Tiefe von etwa 1 Sechstel der kleinsten 1VIa- terialstärke in das Innere des Kornes er streckt,
ein Verzögerungsmittel mit einer Explosionswärme von höchstens -900 eal/g gleichmässig verteilt. ist..
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des oben defi nierten Treibmittels. Dieses Verfahren kenn zeichnet sich dadurch, dass man eine Nitro zellulose enthaltende Pulvermasse zu prak tisch nichtporigen Körnern mit einer Ober fläelie von 10 bis 74 em2/g und einer klein sten Materialstärke. von 0,381-1,778 mm verformt und dann diese Körner mit. einem nichtwandernden Verzögerungsmittel, das eine Explosionswärme von höchstens --200 eal/g besitzt, so behandelt, dass das Verzögerungsmittel nur in jener Zone, die sieh von der Oberfläche der einzelnen Kör ner bis zu einer Tiefe von etwa. 1 Sechstel der kleinsten Materialstärke in das Innere des Kornes erstreckt, verteilt wird.
Bisher waren die in Schnellfeuerwaffen benutzten Treibladungen aus rohrförmigen gelatinierten Nitrocellulosetreibmittelkörnchen zusammengesetzt, die ein Stabilisierungsmit tel und Nitrotoluol als Verzögerungsmittel enthielten.
Obwohl viele andere Arten von Treibmittelkörnchen verschiedener Gestalt und Zusammensetzung vorgeschlagen worden sind, hat sich keines dieser Treibmittel in der Praxis bei Patronen mit. einem grösseren Ka: liber als 7,69 mm so bewährt, wie die.
auf Einzelgrundlage nach dem üblichen Äther- Alkohol - Auspress - Verfahren hergestellten durchbohrten Treibmittelkörnchen. Diese durchbohrten Körnchen eignen sich für die sen Zweck a,usgezeiehnet, nur wird das Pro jektil der Patronen mit diesem Treibmittel nach dem Abfeuern einer verhältnismässig kleinen Zahl von Patronen aus einer Schnell feuerwaffe ungenau und wirkungssehwäeher. Diese Ungenauigkeit wird durch die während der Explosion des Treibmittels entwickelten Gase hervorgerufen, die die Rohrwand ero- dieren, an der das Geschoss anliegt.
Dieser Übelstand konnte bisher nur dadurch besei tigt werden, dass man das Feuern einstellte und den Waffenlauf auswechselte.
Das Treibmittel gemäss der Erfindung eignet sich insbesondere als neuartige Treib ladung für Waffen mit einem über 7,62 mm liegenden Kaliber für Patronen, die das Rohr nicht wie bisher erodieren, und für Patronen mit einem über 7,62 mm liegenden Kaliber, die in Maschinengewehren und andern Schnellfeuerwaffen verwendet werden kön nen, ferner weist das erfindungsgemässe Treibmittel verbesserte ballistische Eigen- seha.ften auf.
Zweckmässig werden mindestens 31/a Ver- zögerungsmittel, bezogen auf das Gewieht des Treibmittelkornes, verwendet. Für prak tische Zwecke jedoch werden meist Verzöge rungsmittel bevorzugt, die eine Explosions wärme zwischen nur etwa, -1000 und etwa -2500 cal/g haben, obwohl, wie hier fest gestellt wurde, Verzögerungsmittel mit einer Explosionswärme angewandt werden können, die die Höhe von -200 cal/g erreicht..
Ge wöhnlich werden nicht mehr als 151/a Verzö gerungsmittel für die meisten Treibmittel be nötigt, die für Patronen mit einem Kaliber über 7;62 mm benutzt werden.
Die Treibmittelkörnchen können durch V erpressen einer teilweise oder vollständig gelatinierten Nitrocellulose durch eine Düse und Zerschneiden des entstehenden Stabes auf die gewünschte Länge hergestellt werden, oder die Treibmittelkörnehen können zu Glo- bularkörnchen nach einem geeigneten Ver fahren verformt werden, wie es z. B. von Schäfer in der amerikanischen Patentschrift Nr. 2160626 beschrieben ist.
Diese verpressten Pulverkörnchen können gegebenenfalls eine oder mehrere D.ur ehbohrungen aufweisen, wenn die spezifische Oberfläche sich in dem oben bezeichneten Bereich bewegt und das Verzögerungsmittel, wie oben angegeben, in der Oberflächenregion lokalisiert ist.
Das von MeBride in der amerikanischen Patentschrift Nr. 1955927 beschriebene Ver fahren hat sich als besonders vorteilhaft er wiesen, um das Verzögerungsmittel in den Körnchen richtig zu lokalisieren. Die richtige Lokalisierung des Verzögerungsmittels in dem Körnchen allein reicht jedoch nicht. aus. Es muss ein Verzögerungsmittel benutzt werden, das auch in der genannten Region des Treib- mittelkörnehens verbleibt, wenn das Treib mittel gelagert. oder Wetterbedingungen aus- gesetzt wird, unter denen die andern Be standteile einer Patrone beständig sind.
Es kann hier jedes nichtwandernde Absehreck- mittel mit. einer Explosionswärmekonstante von höchstens -200 eal/g benutzt werden. Solche Mittel sind die Dialkylphtha.late, z. B. Dibuty lphthalat und Diamvlphthalat, die Di- aii>lphthalate, z.
B, Diphenylphtlialat., Tri- phenylphosphat, Butvlsteara.t, Diaxi-ldialkvl- harnstoffe, z. B. Diäthi-ldiphenylharnstoff, Methyläthyldipheny 11iarnstoff und Dimethy 1 diphenylharnstoff; Butvlrieinoleat, Gly cerin- sebaeat, Trikresylphospha.t und dergleiehen.
Die kleinste Materialstärke entspricht z. B. dem Mindestabstand zwischen parallelen Flä chen, soweit es feste oder durchbohrte Körn chen angeht; oder sie entspricht dem Durch messer einer Kugel, oder sie entspricht dem kleinsten Abstand der Oberflä.ehe, gemessen durch die Mitte eines ellipsoiden oder ähn lich geformten Körnchens, wie man sie z. B. gewöhnlich erhält, wenn kugelförmige Körn chen zwischen Walzen gepresst werden.
Die Explosions-,väi-nie der Bestand teile der Pulverkörnchen ist ein in der Teeli- nik bekannter Ausdruck, der aus der Ver brennungswärme der Stoffe unter Benutzung der von de Pauw in der Zeitschrift für das gesamte Schiess- und Sprengstoffwesen Band 32, Seiten 11, 36 und 60 (1937) veröffentlich ten Formel bestimmt wird. Der als Explo sionswärme von Verzögerungsmitteln bezeich nete Wert ist eine Konstante, die den Ein fluss des Stoffes auf die beim Abfeuern der explosiven Bestandteile des Körnchens ab gegebene Wärme darstellt.
Diese Konstante kann auch experimentell bestimmt. werden. Dazu wird eine getrocknete Probe des Treibmittelpulvers ohne Verzöge rungsmittel in einer adiabatischen Kalori- meterbombe unter St.iekstoff verbrannt, und die Verbrennungswärme in üblicher Weise 1--e- .messen. Dann wird eine zweite, praktisch gleiche Probe des Treibmittels mit einer be kannten Menge Verzögerungsmittel im Korn in der Bombe verbrannt. und die Verbren nungswärme bestimmt.
Die Differenz zwi schen der Verbrennungswärme des unbehan- delten Treibmittels und der des behandelten Treibmittels, dividiert. doch das Gewicht des Verzögerungsmittels, wird als Explosions wärme des Verzögerungsmittels bezeichnet. Die Explosionswärme eines Verzögerungsmit tels ist. also ein Mass für die Wirkung des Verzögerungsmittels auf die Explosionstempe ratur einer Treibmittelgrundlage. Um z. B.
die Explosionswärme von Dibutylphtha.lat zu bestimmen, wurde eine getrocknete Probe eines im wesentlichen aus etwa 901h, Nitro- eellulose und etwa 10% Nitroglycerin be- stehenden Treibmittels in der Kalorimeter bombe unter Stickstoff verbrannt. Dann wurde eine andere Probe dieses Treibmittels, die erfindungsgemäss behandelt worden war und etwa 711/o Dibütylphthalat enthielt, in gleicher Weise verbrannt.
Die Explosions- wä.rnie des Treibmittels ohne Verzögerungs mittel betrug 1070 ca.l/g verbrannten Treib mittels, die des Treibmittels mit dem Verzö gerungsmittel 840 eal/g verbrannten Treib- mittels. Da 93% des Körnchens aus Nitro- eellulose und Nitroglycerin bestanden,
betrug die durch Verbrennung dieses Teils der Treib ladung mit einem Absehreckmittel erzeugte Wärme 93 X 1070 = 995 cal. Wenn man die tatsächlich im Versuch gefundenen 840 oal von den 995 cal abzieht, verbleibt eine Diffe renz von 155 eal/g zwischen der Explosions wärme der beiden Treibmittelsorten. Diese Abnahme ist, dem Verzögerungsmittel als der einzigen Variablen zuzuschreiben. Da, nur 0,07 g Dibutylphthalat je g Treibmittel vor banden waren, mul3 155 durch 0,07 dividiert werden, um die Wirkung des Verzögerungs mittels auf die Treibmittel je Gramm des Verzögerungsmittels zu bestimmen.
Mit. an dern Worten: Jedes g Dibutylphthalat ver ringert die Explosionswärme eines Treib mittels uni etwa. 2200 ea.l. Um anzuzeigen, dass es die Explosionswärme des Treibmittels verringert, wird die Zahl mit. einem negativen Vorzeichen versehen. Die Explosionswärme des Dibutylphthalats beträgt also -2200 ea.l pro g.
In Übereinstimmung mit den bekannten Verfahren zur Verwendung von Verzöge- rungsmitteln und Aktivierungsmitteln zwecks Erzielung der erwünschten ballistischen Merkmale bei Nitrocellulosetreibmitteln kann das Verzögerungsmittel in einer Menge von 3 bis 151/o angewandt werden, um diese Merkmale für das besondere Kaliber zu er zielen, wobei gegebenenfalls oder falls not wendig zwecks Erzeugung besonderer ballisti scher Eigenschaften noch ein Aktivierungs- mittel, z. B. Nitroglycerin, in das Treibmittel körnchen eingebracht werden kann. Gewöhn lich genügen etwa, 10 bis 201/9 eines mehr wertigen Alkohols, z. B.
Nitroglycerin oder Nitroglykol, für die meisten Pulver auf Dop- pelgrundlage.
Die Körnchen des erfindungsgemässen Treibmittels haben eine fast doppelt so grosse Oberfläche wie die bisher benutzten üblichen durchbohrten Körnchen. Bisher benutzte Treibmittelkörnchen mit Dinitrotoluol haben z. B. eine Oberfläche von etwa 29 cm2 je g Treibmittel und eine kleinste Materialstärke von etwa 0,525 mm bei Patronen mit dem Ka liber 12,7 mm.
Die Oberfläche der erfindungs- gemässen Treibmittelkörnchen für das Kaliber 12,7 mm beträgt anderseits etwa. 55 bis 72 em2 je g und die kleinste Materialstärke 0,4 bis etwa.
0,575 mm, wobei das Körnchen etwa 6 bis 10% eines .nichtwandernden Verzöge- rungsmittels mit einer Explosionswärme unter -200 .aufweist, das in der Region des Körnchens lokalisiert ist., die sich bis zu einer Tiefe von etwa 1/s der kleinsten Material stärke von jedem Punkt der Oberfläche aus ins Innere des Körnchens hinein erstreckt.
Die bisher üblichen Treibmittelkörnchen mit Dinitrotoluol für das Kaliber 15,24 mm haben eine kleinste Materialstärke von etwa 0,7 mm und eine Oberfläche von etwa. 23 cm2/g, wäh rend die erfindungsgemässen, für das gleiche Kaliber geeigneten Körnchen eine kleinste Materialstärke von etwa. 0,55 bis etwa 0,7 mm, eine Oberfläche von etwa 45 bis 60 em2 je Gramm und in der genannten Region des Körnchens etwa 6 bis 10 Gew.O/o eines der oben genannten Verzögerungsmittel aufwei sen.
Das im Handel erhältliche 20-mm-Treib- mittel hat eine Oberfläche von etwa 25 cm2 je g und eine kleinste Materialstärke von etwa 0,675 mm, während das entsprechende Pulver gemäss der Erfindung eine Oberfläche von etwa 35 bis 55 cm2 je g, eine kleinste Ma terialstärke von etwa 0,625 bis etwa 0,8 mm aufweist und in der genannten Region des Körnchens etwa 6 bis 100/9 eines der genann ten Verzögeiazngsmittel aufweist.
Bisher hatten 90-mm-Treibmittel eine kleinste Mate rialstärke von etwa 0,85 mm und eine Ober fläche von .etwa 16 em2 je g, während das entsprechende erfindungsgemässe Treibmittel eine Oberfläche von etwa 32 em2 je g und eine kleinste Materialstärke von etwa.
0,85 mm aufweist und etwa, 9% .eines der oben ge- nannten Verzögerungsmittel in der Region des Körnchens enthält, die sieh von jedem Punkt der Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa i/6 der kleinsten Materialstärke in das Innere hinein erstreckt.
Zweckmässig werden bei der Durchfüh rung des erfindungsgemässen Verfahrens aus dem Nitrocellulosepulver Körner geformt, die .ein spezifisches Gewicht von nicht -unter 1,5 haben, weil niedrigere spezifische Gewichte gelegentlich zu Leerstellen führen, die die Einhaltung der gewünschten ballistischen Eigenschaften unmöglich machen. Wenn zwei verschiedene Grundstoffe für das Pulver ver wendet werden, soll die rauehlose Pulver grundlage in ähnlicher Weise so hergestellt. werden, dass sie ein spezifisches Gewicht von etwa 1,5 oder mehr hat.
Zusatz eines Aktivie- rungsmittels, z. B. von Nitroglycerin oder dergleichen, oder Pressung bewirken natür lich eine Erhöhung des spezifischen Gewichtes des Pulverkörnehens in einem bestimmten Ausmass, aber nicht allgemein eine Verbesse rung der ballistischen Eigenschaften, die sich aus der ursprünglichen spezifischen Dichte unter 1,5 ergeben. Nichtporige Körnchen sind also z. B. solche, die in Abwesenheit eines Aktivierungsmittels bzw. ohne Anwen dung von Verformungsdrucken ein spezifi- sches Gewicht von etwa 1,5 oder mehr haben.
Es ist noch nicht einwandfrei fest gestellt worden, warum -die mit dem Treibmit- tel dieser Erfindung gefüllten Patronen auf die Wand und den Drall des Waffenlaufes weniger erodierend wirken als entsprechende Patronen mit. andern Treibmitteln. Die bei Versuchen unter gleichen Bedingungen mit gleichen Waffen und gleichen Patronen erhal tenen Ergebnisse zeigen aber eine phäno menale Verbesserung in der Rohrerhaltung, wenn man das erfindungsgemässe Treibmittel benutzt. So hat sich z.
B. ergeben, dass bei Verwendung des erfindungsgemässen Treib mittels das Rohr einer \ 12,7-inm-Kaliber- Waffe 30mal länger hielt als das Rohr der gleichen Waffe bei Verwendung von Patro nen mit den bisher üblichen Treibmitteln. Das erfindungsgemässe Treibmittel erhöht also die Lebensdauer der Rohre ganz erheblich. Bei diesen Versuchen wurde ein Rohr als nicht länger verwendbar erachtet, wenn die Ge- schossbahn eine Abweieliung von wenigstens 10 oder die Mündungsgeschwindigkeit. des Geschosses .ein Absinken um mehr als 60 m pro Sekunde ergab.
Im folgenden werden einige Verfahren zur Herstellung von beispielsweisen Ausführungs formen des erfindungsgemässen Treibmittels beschrieben.
Etwa. 100 Gewichtsteile Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von. etwa 13,2% wer- den in etwa 800 Teilen Wasser suspendiert, mit etwa 330 Teilen Ä tliy la.cetat, die etwa 1 Teil Diphenyla.min enthalten, versetzt, worauf der Brei bei etwa. 70 gerührt wird, bis sich die Nitrocellulose in dem Äthylaeetat gelöst hat.
Dann werden etwa 8 Teile Gummi- arabicum, die in etwa 50 Teilen Wasser dispergiert worden sind, zu dem Brei gege ben; etwa eine halbe Stunde später werden 33 Teile Natriumsulfat, in etwa. 100 Teilen Wasser gelöst, zugesetzt. Nach 4 Stunden langem Rühren wird das Lösungsmittel von den Kügelchen entfernt, indem die Tempera tur des Breies langsam auf etwa. 99 erhöht. wird. Nach Abkühlung werden die gehärteten. kugelförmigen Pulverkörnehen aus der Flüs sigkeit abgetrennt.
Die Körnehen, die durch ein Sieb mit 0,85-mm-Öffnungen hindurchgehen und auf einem Sieb mit 0,63-mm-Öffnungen v.erblei- beii, werden von den Körnchen anderer Grösse abgetrennt. und zu 100 Teilen in etwa 330 Teilen Wasser suspendiert.
Hierzu werden etwa 22 Teile einer Emulsion von etwa<B>1.1</B> Teilen Nitroglycerin, etwa 4 Teilen -"#t.hyl- acetat und etwa 7 Teilen Wasser gegeben; dann wird die Temperatur des Breies zuerst attf etwa. 65 und weiter innerhalb von etwa 4 Stunden auf etwa 70 erhöht. Äthylacet.at wid Toluol werden dann aus dem Gemisch entfernt, indem man unter Rühren Luft. hin clurehleitet. Zur vollständigen Entfernung der Lösungsmittel sind etwa 13 Stunden er forderlich.
Danach wird auf etwa 72 er- würmt und mit 11 Teilen Gunimiara.bieum versetzt.
Es wird jetzt eine Emulsion von etwa 9 Teilen Dibutylphthalat und etwa. 0,05 Teilen eines Emulgiermittels, z. B. Gummiara.bicum, in etwa 20 Teilen Wasser zugesetzt und der erhaltene Brei etwa 5 Stunden gerührt, wo- iiaeh die Treibmittelkörnehen von der Flüs sigkeit. abgetrennt werden.
Die feuchten Kü gelchen werden zwischen Walzen unter aus reichendem Druck so verpresst, dass sie eine kleinste Materialstärke von etwa, 0,475 mm aufweisen, und danach an der Luft getrock net, Etwa 1000 Teile dieser Körnchen werden mit etwa. 5,0 Teilen Kaliumnitrat, etwa 2,5 Teilen [email protected] und etwa 1/2 Teil Dinitrotoluol überzogen. Dazu werden die Körnchen mit diesen Substanzen in einem Rohr 30 Minuten bei 55 umgewälzt. Es wer den dann etwa 0,4 Teile Graphit zugesetzt, worauf weitere 30 Minuten lang umgewälzt wird.
Das Pulver wird dann gesiebt, und zwar werden die Körnchen, die durch ein Sieb mit l,4-min-Öffnungen hindurchgehen und auf einem Sieb mit 0,42-mm-Öffnungen hängen bleiben, zur Füllung von Patronen des Kali bers 12,7 mm benutzt.
In einer andern Ausführung wurde wasserhaltige Nitrocellulose mit. einem dureh- sclinittliehen Stickstoffgehalt. von etwa. 13,2"/o durch Vermischen von etwa 3 Teilen wasser haltiger Nitroeellulose mit einem Stickstoff- gehalt von etwa. 12,41/o mit etwa 1 'feil wasserhaltiger Nitrocellulose mit einem St.iek- st.offgehalt von etwa<B>12,6</B> zu einer geeigneten Pulvergrundlage verarbeitet.
Etwa 100 Ge wichtsteile dieser Grundlage werden mit etwa 125 Teilen Äthylalkohol in einer der bekann ten Entwässerungspressen entwässert. Der entstehende Block aus etwa 100 Teilen Nitro- cellulose und etwa 33 Teilen Alkohol wird zerstückelt und mit 66 Teilen Diätliylä.ther versetzt., um die Masse teilweise zu gelatinie ren.
Während des Umrührens zur Vervoll ständigung der Vermischung des Lösungsmit tels mit der Nitrocellulose wird etwa 1 Teil Diphenylamin zugesetzt, Die gelatinierte Masse wird dann zu einem Block verpresst, durch eine Auspressdüse gedrückt. und wie derum zu einem Block verpresst., der dann durch eine Düse gep.resst wird, um einen festen Stab zu erzeugen, wobei diese Düse einen Irinendurehmesser von etwa 1 mm hat..
Dann werden die Körnchen so geschnitten, dass ihre Länge etwa ihrem Durchmesser ent spricht. Die entstehenden Körnchen sind nicht durchbohrt. Der Ätheralkohol und die andern flüchtigen Stoffe werden entfernt, indem man die Produkte in einem Raum an der Luft trocknet, der in den ersten 24 Stun den 30 , in den nächsten 24 Stunden 40 und in der folgenden Woche etwa 45 warm ist.
Die erhaltenen Treibmittelkörnchen wer- den mit etwa 10% Nitroglycerin und an- schliessend mit. etwa 9% Diäthyldiphenyl- harnstoff überzogen, wobei man so verfährt., wie es oben bei dem Kaliber 12,7 mm beschrie ben worden ist..
In ähnlicher Weise werden die Körnchen dann mit Ka.liumnitrat, Dini- trotoluol- und Graphit behandelt. Eine Sie- bung ist gewöhnlich nicht notwendig, wenn die Körnchen nach.einem Pressverfahren ver formt worden sind. Die so erhaltenen Körn chen eignen sich besonders für 90-mm-Pa- tronen.
Obwohl im vorstehenden bevorzugte Aus führungsformen beschrieben worden sind, sind gewisse Abweichungen möglich, ohne dass die Eigenschaften der Pulverkörnchen ungünstig beeinflusst werden. So kann man z. B. nach einem andern Verfahren das Ver zögerungsmittel in die Oberflächenregion der Pulverkörnchen einbringen, wenn dafür Sorge getragen wird, dass das Verzögerings- mittel diese Region nicht durchdringt.
und in das Innere des Körnchens wandert.. Man kann auch andere Verfahren zur Formung der Körnchen anwenden, wenn diese Körn chen in der Zusammensetzung und im Auf bau den hier genannten entscheidenden Be- dingLingen entsprechen. Man kann ferner das Nitroglycerin oder sonstige Aktivierungsmit- tel in anderer Weise gleichmässig in den Körnchen verteilen.