DE1109577B - Brennstoffladung fuer eine Vorrichtung zur Gaserzeugung - Google Patents

Description

Feste, gaserzeugende Ladungen werden allgemein als Kraftquelle für den Betrieb von Antriebsvorrichtungen, z. B. Verbrennungsmotoren, Motoranlasser, Schalterschließeinrichtungen, Anlasser für Strahltriebwerke u. dgl. verwendet. Man hat Ammoniumnitrat mit Kunststoffbindemitteln als das geeignetste gaserzeugende Mittel in solchen Treibsätzen wegen seiner niedrigen Kosten, seiner leichten und sicheren Handhabung und der Möglichkeit der Vorausberechnung und Kontrolle der Gase, die durch Verbrennung erzeugt werden, angesehen. Indessen sind verdichtete Ammoniumnitratladungen außerordentlich schwierig zu zünden. Infolgedessen waren frühere Versuche, Ammoniumnitrat in festen gaserzeugenden Treibsätzen zu verwenden, nicht vollständig zufriedenstellend, da keine zuverlässige Einrichtung für ihre Zündung bisher gefunden worden war. Am günstigsten ist es, wenn solche festen gaserzeugenden Treibsätze Gas und Druck mehr oder weniger absatzweise erzeugen. Infolgedessen muß die anfängliche Kraftentwicklung genügend groß sein, um die Trägheit des anzutreibenden Mechanismus zu überwinden, doch darf sie gleichzeitig nicht so groß sein, daß sie den Mechanismus zerstört oder ihn einer übermäßigen mechanischen Beanspruchung aussetzt, bevor er in Bewegung gesetzt ist. Nachdem die anfängliche Trägheit des angetriebenen Mechanismus überwunden ist, sind die Kraftanforderungen an den gaserzeugenden Treibsatz viel größer. Die bekannten Erzeugungsvorrichtungen besaßen eine sehr unzureichende Fähigkeit zur Erzeugung eines verhältnismäßig niedrigen Druckes, dem ein andauernder, im wesentlichen konstanter höherer Druck folgt, und dieses anerkannt wünschenswerte Ergebnis konnte nicht wiederholbar erhalten werden.

Dies gelang auch trotz der Tatsache nicht, daß Vorrichtungen zur Gaserzeugung mit einer Brennstoffladung bekannt waren, die eine gaserzeugende gekörnte Mischung mit mindestens einer Längsdurchbohrung als Hauptbrennstoff und eine Hauptzündladung enthalten, die im wesentlichen ein Ende der Durchbohrung in der gekörnten Ladung ausfüllt und eine in der Nähe des anderen Endes der als Feuerleitkanal dienenden Durchbohrung angeordnete Zündeinrichtung aufweisen, die einen in eine pyrotechnische Mischung eingebetteten Zündstock enthält.

Demgegenüber wurde nun gefunden, daß sich das obengenannte Ziel unter Verwendung einer Vorrichtung der gleichfalls genannten Art auf einfache und wirtschaftliche Art erreichen läßt, wenn ein wesentlicher Teil der Oberfläche der Längsdurchbohrung der Brennstoffladung frei liegt und eine An-Brennstoffladung für eine Vorrichtung
zur Gaserzeugung

Anmelder:

Olin Mathieson Chemical Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Juni 1958

Joseph W. Rabern und Norman J. Wilkaitis,

East Alton, 111. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

zahl zusätzlicher Zündladungen um die Zündeinrichtung herum angeordnet ist.

Die gaserzeugende Ladung nach der Erfindung ist vorzugsweise in einem elastischen Gehäuse enthalten, das sich bei Verbrennung der Ladung ausdehnen kann, so daß die Patronenkammer oder der sonstige Raum, in welchen die Patrone abgefeuert wird, wirksam verschlossen wird. Hierzu können mannigfache Arten synthetischen Kautschuks und Elastomere verwendet werden. Wenn ein derartiges Gehäuse aus organischem Werkstoff verwendet wird, ist es vorzugsweise mit einer isolierenden Auskleidung aus z. B. Asbest od. dgl. und auch mit einer Verstärkungsauskleidung aus Metall oder anderem geeignetem Material versehen. Andernfalls kann auch ein Metallgehäuse verwendet werden. Ein Ende des Gehäuses ist abgeschlossen und enthält die notwendigen elektrischen Kontakte, während das entgegengesetzte Ende die Entladungsöffnung bildet. Das Entladungsende ist mit einem Sieb oder einer durchbohrten Metallplatte bespannt, durch die die durch Verbrennung der Brennstoffladung erzeugten Gase hindurchgehen können. Dieses Ende der Patrone ist vorzugsweise mit einer Dichtungseinrichtung versehen, die sich leicht zerstören läßt, wenn die Patrone in Betrieb gesetzt wird.

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Die nach der Erfindung zu verwendende gaserzeugende Ladung besteht vorzugsweise hauptsächlich aus gekörntem Ammoniumnitrat, zusammen mit einem harzartigen oder aus Kunststoff bestehendem Bindemittel oder Gußmasse. Geeignete Bindemittel 5 für das Ammoniumnitrat sind z. B. synthetischer Kautschuk, Nitrocellulose, Kunstharze u. dgl.

Der Ammoniumnitrattreibsatz füllt im wesentlichen das Innere der Kammer aus, doch besitzt er einen etwas kleineren Durchmesser, um einen ringförmigen Zwischenraum um den Umfang des gekörnten Treibsatzes herzustellen. Dieser ringförmige Zwischenraum, der für die richtige Verbrennung des Treibsatzes wesentlich ist, wird durch beliebige, einen Abstand herstellende Mittel aufrechterhalten. Die Stirnflächen der Ammoniumnitratladung werden durch übliche Mittel geschützt, um ein Ausbrennen zu verhüten. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Schicht aus einem nicht brennbaren Material, z. B. Kautschukasbest, Ammoniumoxalat — synthetischer Kautschuk, Epoxyharze, Polyurethan od. dgl. an die Stirnflächen der gekörnten Ladung befestigt sein.

Die Anfangszündung für das System wird durch einen elektrischen Zündstock oder eine ähnliche, eine schnelle Zündung bewirkende Vorrichtung bewirkt, die in eine Masse einer starken Zündmischung eingebettet ist. Diese Zündmischung, in der der Zündstoff eingebettet ist, ist vorzugsweise in einem Kunststoffbecher enthalten, der sich bei Zündung zersetzt, ohne irgendeinen schädlichen Rückstand zu bilden. Obwohl Polyäthylen für diesen Zweck besonders gut geeignet ist, kann auch ein anderes, in dieser Weise verschwindendes Material verwendet werden. Der Kunststoffbecher ist zentral nahe dem geschlossenen Ende der Patrone angeordnet und liegt in einer Linie mit der zentralen Durchbohrung der Hauptbrennstoffladung. Der Oberteil des Bechers ist mit einem Deckel versehen, der bei Zündung des Becherinhalts leicht nachgibt. Der Oberteil des Bechers ist gegen die zentrische Durchbohrung des Treibsatzes gerichtet und erstreckt sich vorzugsweise teilweise in diese hinein.

Der Einfachheit halber und zur klaren Beschreibung der Erfindung wird der Ausdruck »oben« für das Entladungsende der Patrone und der Ausdruck »Boden« für das geschlossene Ende gebraucht. Es versteht sich natürlich, daß die Patrone in jeder Lage abgefeuert werden kann.

Verschiedene Arten von Zündmischungen, die eine starke Flamme bei mäßiger Entwicklung gasförmiger Produkte erzeugen, können in diesem Kunststoffbecher verwendet werden. Diese Ladungen sind vorzugsweise mit einem Bindemittel versehen. Mischungen, die ein Metall, ein Kunststoffbindemittel und ein Oxydationsmittel enthalten, sind für diesen Zweck besonders gut geeignet. Es wurde gefunden, daß Mischungen, die Polyvinylacetat, Bor und Kaliumperchlorat enthalten, diesen Zweck erfüllen, doch lassen sich auch andere Metalle, einschließlich Aluminium u. dgl., Brennstoffe und Oxydationsmittel verwenden.

Die Zündmischung, die in dem Kunststoffbecher enthalten ist, wird durch eine Zündtablette, die in der ^" zentrischen Durchbohrung der gekörnten Ladung im Abstand von dem Zündstock angebracht ist, und eine Anzahl Formkörper aus schnell brennendem Treibstoff verstärkt, die am geschlossenen Ende der Patrone neben dem Kunststoffbecher angeordnet sind. Diese geformten Hilfszündladungen bestehen vorzugsweise aus einer Mischung mit einem kautschukartigen Bindemittel, die einem schnell brennenden Raketentreibmittel ähnelt. Die aus einer Tablette bestehende Zündladung, die sich innerhalb der Durchbohrung des gekörnten Treibsatzes befindet, ist vorzugsweise in einem Kunststoffhalter enthalten und mit einem Verzögerungsmittel versehen, um die Verbrennung an der zylindrischen Oberfläche der Tablette mit Ausnahme des Teils in der Nähe des offenen Endes des Kunststoffhalters zu hemmen.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als Beispiel dargestellt. Soweit nichts anderes angegeben ist, sind die Mischungen der verschiedenen Rezepturen in Gewichtsprozenten ausgedrückt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine gaserzeugende Patrone nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Bei dieser Ausführungsform besteht der Patronenkörper aus einem Gehäuse 1 aus synthetischem Kautschuk, dessen Seitenwände mit einer Asbestauskleidung 2 und einer metallischen Verstärkungsauskleidung 3 versehen sind. Das geschlossene Ende 4 der Patrone ist kuppeiförmig gestaltet, und das gegenüberliegende Entladungsende ist durch eine durchbohrte Platte oder ein Sieb S verschlossen, welches um das untere Ende der Patrone, wie bei 6 dargestellt, umgebördelt ist. Eine dünne Schicht 7 aus Polyesterkunststoffband oder anderem verschwindendem Kunststoffmaterial ist auf dem Sieb 5 angeordnet, um als Deckverschluß der Patrone zu dienen. Die Hauptbrennstoffladung besteht aus einem verdichteten gekörnten Treibsatz 8 aus gekörntem Ammoniumnitrat in einem Bindemittel aus einem synthetischen Kautschuk der Polybutadienacrylsäureart. Diese gekörnte Ladung ist an jedem Ende mit einer Schicht eines Schutzmittels 23 versehen, um eine seitliche Verbrennung herbeizuführen. Die gekörnte Ladung wird in ihrer Lage innerhalb der Patrone durch Abstandkörper 9 aus Kunststoff gehalten, welche aus einem Stück mit seitlichen Fortsätzen 10 eines zentral gelagerten Halters 11 bestehen. Metallische Träger 12 wirken mit den Kunststoffkörpern 9 zusammen, um die gekörnte Ladung in ihrer Lage zu halten. Die Träger 12 erstrecken sich von dem mittleren Teil des geschlossenen Endes der Patrone bis zur Oberseite der gaserzeugenden gekörnten Ladung. Die elektrischen Kontakte für die Initialzündung des Zündstockes gehen durch das geschlossene Ende der Patrone hindurch und sind allgemein mit 13 bezeichnet. Der Zündstock 14 ist mit Bleidrähten 15 versehen und in eine pyrotechnische Zündmischung 16 mit annähernd der folgenden Zusammensetzung eingebettet:

8,5% gepulvertes Bor,
78,5 °/& Kaliumperchlorat,
8,5«/o Graphit,
5,0 °/o Polyvinylacetat.

Diese pyrotechnische Mischung ist in einem Polyäthylenbecher 17 enthalten. Im vorliegenden Falle ist der Becher mit einem Abschnitt 18 geringeren Durchmessers versehen, der durch einen dünnen Polyäthylenverschluß 24 verschlossen ist und in die zentrale Durchbohrung 19 der Hauptladung hineinragt.

Die Zündladung 16 wird durch eine Zündtablette 20 ergänzt, die vorzugsweise mit einem seitlichen Schutzmantel 21 aus Kunststoff versehen ist. Die

Mischung 20 hat bei dieser Ausführungsform im wesentlichen folgende Zusammensetzung:

8,5 % Bor,

13,0% Aluminium,

64,5 % Kaliumperchlorat,
10,0% Graphit,

4,2 % Polyvinylacetat.

Zusätzlich ist das System mit vier gegossenen Treibladungen oder Formstücken 22 versehen, welche an den Traggliedern 12 befestigt und radial zum Kunststoffbecher 17 zwischen der gekörnten Hauptladung und dem geschlossenen Ende der Patrone angeordnet sind. Zwei dieser vier gepreßten Ladungen sind aus einer Mischung von etwa 75,0% Ammoniumperchlorat, 12,5% Polyvinylchlorid und 12,5%Phthalsäuredioctylester zusammengesetzt, während die übrigen zwei Ladungen aus einer Mischung von etwa 57,5% Kaliumperchlorat, 12,5% Aluminiumpulver, 5% Bor, 12,5%» Phthalsäuredioctylester und 12,5% Polyvinylchlorid bestehen. Falls es erwünscht ist, daß diese Ladungen aluminiumfrei sind, können die übrigen zwei gegossenen Treibformstücke aus einer Mischung von etwa 12,5% Phthalsäuredioctylester, 12,5% Polyvinylchlorid, 1% Bor und 74% Kaliumperchlorat zusammengesetzt sein.

Beim Abfeuern der Patrone zündet der Zündstock 14 die Zündladung 16, deren Flamme durch die zentrische Durchbohrung der gaserzeugenden Ladung so gerichtet ist, daß sie auf die frei liegende Fläche der Zündtablette 20 trifft. Die Ladung 20 zündet dann kräftig und leitet zusammen mit der Wirkung der Ladung 16 die Verbrennung der gaserzeugenden Ladung 8 an der Mantelfläche der zentrischen Durchbohrung 19 ein. Hierauf werden die Hilf szündladungen 22 gezündet und unterstützen die Führung der Flamme und heißer Gase zu den Umfangsflächen der gekörnten Ammoniumnitratladung. Im Betrieb wird das Gehäuse 1 aus Elastomeren leicht ausgedehnt, so daß jeder Gasverlust oder Rückschlag in dem Verschlußstück oder Patronenhalter, der nicht dargestellt ist und keinen Teil der Erfindung bildet, vermieden wird. Die Kunststoffdecke 7 für die durchlöcherte Verschlußplatte 5 zerreißt oder brennt ab, wodurch ein leichter Ausweg für die Verbrennungsprodukte geschaffen wird.

Die Zündung der gaserzeugenden Hauptladung an ihrer zentrischen Durchbohrung durch im wesentlichen nicht gasförmige Zündladungen und die darauf folgende Zündung der Außenfläche der gekörnten Ladung bildet ein System, bei welchem der durch die Patrone erzeugte Anfangsdruck verhältnismäßig niedrig ist und dann eine anhaltende Periode der Entwicklung hoher Drücke folgt.

Obwohl es sich bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform speziell um eine gaserzeugende Ladung des Ammoniumnitrattyps handelt, ist es ohne weiteres verständlich, daß das Zündsystem vorteilhaft auch in Verbindung mit anderen gaserzeugenden Mischungen aus Nitroguanidin, Guanidinnitrat, Perchloraten u. dgl. angewendet werden kann. Es versteht sich auch, daß verschiedene sonstige Abänderungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können verschiedene Arten von Zündmischungen verwendet werden. Auch kann die innerhalb der zentrischen Durchbohrung angeordnete Zündtablette nicht in ihrer Wirkung gehemmt sein, und es können eine größere oder kleinere Anzahl von Hilfszündladungen zwischen dem gaserzeugenden Treibsatz und dem geschlossenen Ende der Patrone angeordnet sein. Auch kann diese Zündeinrichtung in jeder geeigneten Einrichtung untergebracht und angeordnet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Brennstoffladung für eine Vorrichtung zur Gaserzeugung, die eine gaserzeugende gekörnte Mischung mit mindestens einer Längsdurchbohrung als Hauptbrennstoff und eine Hauptzündladung enthält, die im wesentlichen ein Ende der Durchbohrung in der gekörnten Ladung ausfüllt, sowie eine in der Nähe des anderen Endes der Durchbohrung angeordnete Zündeinrichtung aufweist, die einen in eine pyrotechnische Mischung eingebetteten elektrischen Zündstock enthält, da durch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Teil der Oberfläche der Längsdurchbohrung (19) frei liegt und eine Anzahl zusätzlicher Zündladungen (22) um die Zündeinrichtung (14, 15, 16) herum angeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 947 143, 949 726;
   französische Patentschrift Nr. 1099 904.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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