DE3000413A1 - Detonationselement - Google Patents

Description

"Detonationselemern;'¹

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Detonationselement mit kurzer Verzögerungsdauer, insbesondere 0/1 bis 5,0 Millisekunden und besonders 0,3 bis 2,0 Millisekunden, für den Einsatz in Zündketten für Artilleriegeschossen und Raketensprengköpfen mit Kaliber ^- 40 mm.

Das Erzielen einer erwünschten Detonation mit Verzögerung durch Anbringung einer feuerungstechnischen, üblicherweise gasfreien Ladung vor einer Anfangssprengstoffladung bestehend aus einem primären Sprengstoff, wie beispielsweise Azid oder Styphnat, ist bekannt. Beim Zünden brennt die feuerungstechnische Ladung zum Primärsprengstoff, welcher detoniert und eine nachfolgende Zwischenzünderladung aus Sekundärsprengstoff mittels Detonation zündet. Die Zwischenzünderladung verstärkt die Detonation der Anfangsladung und sorgt- für eine vollständige Detonation der Hauptladung. Die Verzögerung wird mittels Verbrennung der feuerungstechnischen Ladung erzielt.

Es ist bekannt, dass Detonation ohne Verzögerung durch Anordnung einer oder mehrerer Detonator/Primärsprengstoffladungen nach einander in der Zündkette erzielt werden kann. Dabei detoniert die erste Ladung beim Anschlag und überträgt den Zündimpuls auf die nachfolgenden Detonator/Primärsprengstoffladungen, von welchen die Letzte bei Detonation eine Zwischenzünderladung zündet.

Diese Verzögungselemente haben den Nachteil, dass sie empfindlich· sind und hinreichende Sicherungsmechanismen erforderlich machen. Viele sinnreiche Sicherungsmechanismen sind vorgesehen, aber alle führen wesentliche' Erzeugungskosten mit sich.

Ein anderer Nachteil der üblichen Verzögerungselemente ist, dass es sich schwierig erwiesen hat feuerungstechnische Verzögerungselemente zu finden, die eine verlässliche Verzögerung in der

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Grössenordnung 0,3 bis 2,0 Millisekunden, d.h. im erwünschten Bereich falls ein Geschoss in das Ziel eindringen und innerhalb der Zielhaut explodieren soll, sicherstellt. Die erzielte Verzögerung ist oft zu lang, so dass das Geschoss das Ziel durchdringt, ehe es umgesetzt wird, oder zu kurz, so dass der Umsatz erfolgt, ehe das Geschoss die Zielhaut durchdrungen hat. In beiden Fällen geht der Hauptanteil der Wirkung ausserhalb des Zieles verloren.

In der DOS 27 29 540 ist vorgesehen, dass eine feuerungstechnische Verzögerungsladung zum Zünden einer Initialladung aus einem Sekundärsprengstoff (RDX oder PBXN-5) eingesetzt und dabei ein rascher Druckaufbau erzielt wird, welcher eine Metallscheibe ausstanzt. Die ausgestanzte Metallscheibe wird mit gasdichter Passung in ein nachfolgendes Rohr mit geringerem Durchmesser als die Kammer mit den Verzögerungs/lnitialladungen beschleunigt. Die Gase im nachfolgenden Rohr werden von der Metallscheibe adiabatisch Verdichtet. Eine nachfolgende Zwischenzünderladung, bestehend aus einem sekundären Sprengstoff (PETN oder RDX), wird dann gezündet und detoniert durch die Erwärmung von der adiabatischen Verdichtung des Gases im Rohr.

Bei der in der DOS 27 29 540 beschriebenen Erfindung wird ebenso wie bei der vorliegenden Erfindung der Einsatz von primärem Sprengstoff vermieden und die Forderung an Sicherungsmechanismen dabei vereinfacht oder eliminiert. In der erwähnten Offenlegungsschrift sind keine Daten über die Verzögerungsdauer angegeben, da aber eine "gasfreie" feuerungstechnische Ladung und eine verhältnismässig hohe Verdichtung der Ladung ausgenützt werden, muss die Verzögerung wesentlich langer als 2 Millisekunden sein. Der Anwendungsbereich ist auch nicht angegeben, aber die Erfindung dürfte hauptsächlich für statische Anwendung vorgesehen sein. Eventuelle Nachteile gegenüber der vorliegenden Erfindung bei den hohen dyna-

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mischen Kräften die bei einem Geschoss während des Abfeuerns und Treffens der Zielhaut entstehen, sind somit unbekannt.

Gemeinsam für die bereits bekannten Lösungen zur Erzielung einer Detonation ist_# dass sie hauptsächlich nur zwei bekannte Verbrennungsmechanismen einsetzen, nämlich stetige (schichtenweise) Endverbrennung (konduktive Verbrennung) zwecks Verzögerung (üblicherweise einer gasfreien feuerungstechnischen Ladung mit geringer Porösität) und stetige Detonation, üblicherweise mittels momentaner Detonation eines primären Sprengstoffes erzielt. Zündung eines sekundären Sprengstoffes durch adiabatische Verdichtung eines eingeschlossenen Gases hat bei bekanntem Einsatz für Artilleriegeschosse keine verlässlichen Ergebnisse gezeigt.

In erster Linie ist es ein Zweck der vorliegenden Erfindung ein Detonationselement mit kurzer Verzogerungsdauer, insbesondere 0,1 bis 5,0 Millisekunden und vor allem 0,3 bis 2,0 Millisekunden, für den Einsatz in Artilleriegeschossen und Raketen mit Kaliber 40 mm und grosser zu schaffen.

Dies wird erfindungsgemäss derart erzielt, dass in einem Rohr mit starker Wandung und dünnem Boden eine feuerungstechnische Zündladung die beim Zünden heisse Gase abgibt, vorgesehen ist. Die heissen Verbrennungsgase strömen durch eine Düse und zünden eine nachfolgende feuerungstechnische Verstärkungsladung. Die Verstärkungsladung wird auf einer grossen Oberfläche gezündet, da die heissen Verbrenungsgase von der Zündladung tief in die Verstärkerladung eindringen. Die zwischen der Zündladung und der Verstärkerladung vorgesehene Düse hat eine geringere Querschnittsfläche als die Verstärkerladung und begrenzt den Druckverlust beim Zünden der Verstärkungsladung. Die heissen Verbrennungsgase von der Verstärkungsladung dringen tief in eine nachfolgende Sekundärsprengstoff-

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ladung ein und zünden diese auf einer grossen Oberfläche. Die Verbrennung in der Sekundärsprengstoffladung geht dabei rasch in eine Detonation über.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Übergang zur Detonation in einem Sekundärsprengstoff ohne Einsatz von empfindlichen Primärsprengstoffen oder Detonatoren in der Zündkette erzielt. Das beseitigt oder minimalisiert die Forderung an Sicherungsvorrichtungen in der Zündkette und sichert einen Verlässlichen Übergang zur Detonation nach einer Verzögerung von etwa 0,3 bis 2,0 Millisekunden.

Die oben erwähnten Nachteile der bisher bekannten Verzögerungselemente, d.h. Schwierigkeiten des Erzielens von verlässlichen Zündverzögerungen in der Grössenordnung 0,3 bis 2,0 Millisekunden und aufwendige Sicherungsmechanismen, sind erfindungsgemäss im. wesentlichen beseitigt. Die Erfindung beseitigt ferner den Einsatz von beweglichen mechanischen Teilen oder Teilen mit strengen Abmessungstoleranzen. Die Vorteile haben sich bei praktischen Proben erwiesen und sind somit nicht nur theoretisch ermittelte Ergebnisse,

Bei der vorliegenden Vorrichtung wird hauptsächlich ein dritter bekannter Verbrennungsmechanismus, konvektive Verbrennung eingesetst, wobei hohe Flammengeschwindigkeiten dadurch erzielt werden, dass heisse Verbrennungsgase in die unreagierten Massen der nachfolgenden Ladungen eindringen. Durch Begrenzung des Druckverlustes und Ausgleich gegen die Wand werden hohe Drücke und Druckgradienten erzielt. Die Sekundärsprengstoffladung wird dabei im Bereich einer beschleunigenden konvektiven Verbrennung gezündet. Infolge der Druckgradienten bildet sich eine Reihe von Verdichtungswellen, welche den Übergang über niedrige Geschützdetonatipn zu voller Detonation verstärkte Die kurzen Verzögerungen werden derart erzielt, dass die Induktionsdauer für Zündung der feuerungstechnisch-

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en Ladungen, typisch im Bereich 0,1 biß 0,5 Millisekunden benützt werden.

Der im Element vorgesehene Zündsatz oder Zündmechanismus kann bekannter Gattung sein und zündet die Verstärkerladung mittels Flamme und heissen Gasen. Kleinere Detonatoren, mit entsprechend geringerer Forderung auf Sicherung, können früher in der Zündkette eingesetzt sein um die Zündübertragung auf eine im Verzögerungselement vorgesehene Ladung zu übertragen. Die Zündladung im Verzögerungselement kann auch mittels elektrischer oder anderer Zündung gezündet werden, sofern die Zündung den Zündsatz nicht zur Detonation bringt.

Bei einer besonderen Ausführungsform kann der Aufbau zur ' Detonation in zwei oder mehreren Elementen erfolgen, wo das erste Element wie oben beschrieben ist und die nachfolgenden Elemente aus ftohren mit 3tarker Wandung und dünnem Boden mit einem hineingedrückt en Sekundärsprengstoff bestehen, wo die Ladung im jeweils nachfolgenden Element mittels Schock und heissen Gasen und Bodenfragmenten von der Umsetzung des vorhergehenden Elementes gezündet wird.

Der Innendurchmesser von jedem nachfolgenden Element soll grosser oder gleich gross wie der Innendurchmesser der vorhergehenden Elemente sein. Diese Ausführungsform kann zur Verstärkung der im ersten Element erzielten Detonation oder zur Sicherung des Überganges zu völliger Detonation in einer grösseren Sprengstoffmenge eingesetzt werden, wo die Anforderungen an die Abmessungen derart sind, dass das erste Element nur niedrige Waffendetonation bewirkt. Die Bodenfragmente vom vorhergehenden Element dringen tief in den Sprengstoff ein und vergrössern dabei die Zündoberfläche.

Bei einer anderen besonderen Ausführungsform können erfind- ^! ungsgemäss besondere geometrische Formen für den inneren Raum des Elementes verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform, z.B. wenn

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der Innenraum eine parabolische Form aufweist, können die sich aufbauenden Verdichtungsdrücke zur Förderung des Überganges zur Detonation auf einen Punkt im Sprengstoff fokussiert werden. Die Grosse des Elementes kann dabei herabgesetzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, welche Variationen des Verzögerungselementes in Längsschnitt-Darstellung zeigt, näher erläutert.

Figur 1 zeigt das erfindungsgemässe Verzögerungselement in seiner einfachsten Gestaltung. Es besteht hier aus einem dickwandigen Rohr (1) mit dünnem Boden, welches eine feuerungstechnische Zündladung (2) enthält, die heisse Reaktionsgase abgibt, ferner mit einer mechanischen Düse (3), einem hohen Gasdruck und hohe Temperatur abgebenden feuerungstechnischen Verstärkersatz (4) und einem sekundären Sprengstoff (5), wie beispielsweise PETN, RDX, HMX, Tetryl oder phlegmatisierte Kompositionen derselben.

Die Zündladung (2) kann eine bekannte Konstruktion aufweisen, wie z.B. eine feuerungstechnische Ladung, die mittels elektrischem Impuls oder Stichflamme gezündet wird. Alternativ kann ein getrennter Zündmechanismus eingesetzt werden, welcher den feuerungstechnischen Verstärkersatz (4) durch Eindringen von heissen Gasen zündet.

Figur 2 zeigt die Erfindung als zwei oder mehrere Elemente (zwei sind dargestellt), wo ein dickwandiges Rohr (6) mit dünnem Boden mit einem sekundären Sprengstoff (7) angefüllt ist, einen inwendigen Durchmesser der grosser als oder gleich gross wie der inwendige Durchmesser des ersten Elementes (1-5) ist, aufweist und hinter dem ersten Element (1-5) befestigt ist.

Figur 3 zeigt die Erfindung in einer Gestaltung wo der innere Raum eine parabolische Gestaltung aufweist, damit die sich aufbauenden Verdichtungswellen auf einen Punkt im Sekundärsprengstoff (5) fokussiert werden, und wo alle Teile des Elementes (L-5) wie oben in

Verbindung mit der einfachsten Gestaltung des Elementes beschrieben ο \. «. ο t / u C ι 0 qestaiter. sina.

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Zus ammenf ass ung

Ein Detonationselement mit kurzer Verzögerung, insbesondere 0/1 bis 5,0 Millisekunden und besonders 0,3 bis 2,0 Millisekunden, für den Einsatz in Artilleriegeschossen und Raketen mit Kaliber 40 nun oder mehr, mit welchem Detonation einer Sekundärsprengstoffladung ohne Einsatz von empfindlichen primären Sprengstoffen oder Detonatoren erzielt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem dickwandigen Rohr (1) mit dünnem Boden eine feuerungstechnische Zündladung (2) vorgesehen ist, die bei Zündung heisse Verbrennungsgase abgibt, die durch eine zwischen der Zündladung (2)
und einem nachfolgenden feuerungstechnischen Verstärkersatz (4)
vorgesehene Düse (3) treten, wobei die Düse eine Düsenöffnung mit geringerer Querschnittsfläche als diejenige des Verstärkersatzes
(4) aufweist, und wo die erwähnten Gase den Verstärkersatz (4)
zünden, welcher während des Verbrenne; s heisse Verbrennungsgase abgibt, die in die Sekundärsprengstoffladung (5) eindringen und diese über eine grosse Oberfläche und unter hohen Druckverhältnissen und hohen Druckgradienten zünden, was einen raschen Übergang zur völligen Detonation des Sprengstoffes herbeiführt.

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Claims (3)

Patentansprüche:

1.) Detonationselement mit kurzer Verzögerung, insbesondere 0,1 bis 5,0 Millisekunden und besonders 0,3 bis 2,0 Millisekunden, für den Einsatz in Artilleriegeschossen und Raketen mit Kaliber 40 mm oder größer, mit welchem Detonation einer Sekundärsprengstoffladung ohne Einsatz von empfindlichen primären Sprengstoffen oder Detonatoren erzielt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dickwandigen Rohr (1) mit dünnem Boden eine feuerungstechnische Zündladung (2) vorgesehen ist, die bei Zündung heiße Verbrennungsgase abgibt, die durch eine zwischen der Zündladung (2) und einem nachfolgenden feuerungstechnischen Verstärkersatz (4) vorgesehene Düse (3) treten, wobei die Düse eine Düsenöfffnung mit geringerer Querschnittsfläche als diejenigefdes Verstärkersatzes (4-) aufweist, und wo die erwähnten Gase den Verstärkersatz (4) zünden, welcher während des Verbrennens heiße Verbrennungsgase abgibt, welche in die Sekundärsprengstoffladung (5) eindringen

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und diese über eine große Oberfläche und unter hohen Druckverhältnissen und hohen Druckgradienten zünden, was einen raschen Übergang zur völligen Detonation des Sprengstoffes herbeiführt.

2. Detonationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detonation in zwei oder mehreren Elementen erfolgt, wo das erste Element im Anspruch 1 beschrieben ist und die nachfolgenden Elemente aus dickwandigen Eohren

(6) mit dünnem Boden und einem Innendurchmesser der größer als oder gleich groß wie derjenige im vorhergehenden Element ist, und wo ein sekundärer Sprengstoff (7) eingepreßt ist, bestehen, und wo die Ladung in jedem nachfolgenden Element mittels Schock und Eindringen von heißen Gasen und Bodenfragmenten aus dem vor_hergehenden Element und dessen Umsatz gezündet wird.

3. Detonationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser eine geometrische Form (beispielsweise parabolisch) aufweist, welche die sich aufbauenden Schockfronten auf einen Punkt in dem sekundären Sprengstoff (5) fokussiert um damit den Übergang zur Detonation zu beschleunigen.

DIPL-ING. CONRAD KÜCHLÜ

PATCNTAN WAU

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