DE102004039174B4

DE102004039174B4 - Elektrischer Treibladungsanzünder

Info

Publication number: DE102004039174B4
Application number: DE200410039174
Authority: DE
Inventors: Dieter Hensel; Francis Jamet; Pascale Lehmann; Hilmar Peter; Friedrich Seiler
Original assignee: Deutsch-Franzosisches Forschungsinstitut Saint-Louis Saint-Louis; Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Current assignee: Deutsch-Franzosisches Forschungsinstitut Saint-Louis Saint-Louis; Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2024-08-13
Also published as: DE102004039174A1; FR2874255A1; FR2874255B1

Abstract

Treibladungsanzünder (10) mit folgenden Merkmalen:
• der Treibladungsanzünder (10) ist als elektrischer Anzünder für eine Munition (1) mit einem Kaliber von größer als 50 mm ausgebildet,
• der Treibladungsanzünder (10) ist länglich und zum Einbringen in einen Anzündhohlraum (41) einer Treibladung (40) oder zum Umhüllen mit der Treibladung ausgebildet,
• der Treibladungsanzünder (10) umfasst mindestens einen Zünddraht (11a, 11b),
• der oder die Zünddrähte (11a, 11b) sind an ihren Enden an eine Stromquelle anschließbar,
• der Treibladungsanzünder (10) ist so ausgebildet, dass eine Zündenergie in der Größe dem oder den Zünddrähten (11a, 11b) zuführbar ist, die sie zur Explosion und zur Verdampfung in feine Partikel bringt,
dadurch gekennzeichnet,
• dass der Zünddraht (11a, 11b) zu mehr als 80 Gewichtsprozent aus Titan besteht und
• dass der oder die zu verdampfenden Zünddrähte (11a, 11b) eine Masse aufweisen, die in den Treibladungsgasen einen Anteil...

Description

Bei Rohrwaffen zum Verschießen von eine Treibladung enthaltende Munition ist die Rohrlebensdauer aufgrund von Erosionserscheinungen wesentlich kürzer als ihre Ermüdungslebensdauer.
Zur Minderung der Erosion im Waffenrohr ist es bekannt, dass Titanverbindungen das Waffenrohr vor dem Angriff der heißen Pulvergase schützen. Um die Titanverbindungen einzubringen, zeigt der Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten auf.
Aus der DE 31 50 290 C1 ist zu entnehmen, dass sich die Rohrerosion durch Zusätze zum Treibladungspulver, die Titanoxid aufweisen, verringern lässt. Um neben der Verringerung der Rohrerosion auch gleichzeitig eine glatte und reibungsarme Oberfläche von Partikeln eines Treibladungspulvers zu erzielen, wird eine Beschichtung der Partikel mit einer Titanverbindung vorgeschlagen.
Die DE 39 27 400 C2 gibt an, eine verbrennbare Treibladungshülse mit einem bestimmten Anteil an einer erosionsmindernden Titanverbindung auszustatten.
Auch die DE 39 24 986 A1 betrifft eine verbrennbare Treibladungshülse. Es wird beschrieben, die Innenwandung dieser Treibladungshülse mit einer Beschichtung zu versehen, die Titanoxid aufweist, um eine Rohrerosion zu verringern.
Das vorgenannten Problem der Vermindung der Rohrerosion ist überhaupt kein Thema der DE 42 22 223 C1 . Denn es geht nicht um einen Treibladungsanzünder, sondern vielmehr darum, ein elektrisches Anzündmittel zu schaffen, um eine Sprengstoffladung, wie sie im Bergbau eingesetzt werden, zu zünden. In dieser Schrift ist beschrieben, dass das elektrische Anzündmittel eine Zündbrücke aus aufgedampftem Titan aufweist. Man nutzt die hohe Wärmeleitfähigkeit des Titans aus, um eine gute thermische Kopplung zwischen der Zündbrücke und einem sich anschließenden Zündsatz zu erzielen.
Die DE 100 20 020 A1 zeigt eine Anzündvorrichtung für eine Patrone, die einen elektrischen Draht in einem Anzündkanal des Treibladungspulvers mit der Zündenergie elektrisch explodieren lässt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Alternative aufzuzeigen, um die Rohrerosion ebenfalls mit Hilfe von Titanverbindungen zu mindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Treibladungsanzünder folgende Merkmale aufweist:

• Der Treibladungsanzünder (10) ist als elektrischer Anzünder für eine Munition (1) mit einem Kaliber von größer als 50 mm ausgebildet,
• der Treibladungsanzünder (10) ist länglich und zum Einbringen in einen Anzündhohlraum (41) einer Treibladung (40) oder zum Umhüllen mit der Treibladung ausgebildet,
• der Treibladungsanzünder (10) umfasst mindestens einen Zünddraht (11a, 11b), der zu mehr als 80 Gewichtsprozent aus Titan besteht,
• der oder die Zünddrähte (11a, 11b) sind an ihren Enden an eine Stromquelle anschließbar,
• der Treibladungsanzünder (10) ist so ausgebildet, dass eine Zündenergie in der Größe dem oder den Zünddrähten (11a, 11b) zuführbar ist, die sie zur Explosion und zur Verdampfung in feine Partikel bringt,
• der oder die zu verdampfenden Zünddrähte (11a, 11b) weisen eine Masse auf, die in den Treibladungsgasen einen Anteil an Titanverbindungen erzeugen, der gewichtsbezogen mehr als 1 Promille beträgt.

Der neue Treibladungsanzünder bewirkt neben der Anzündung auch, dass die Rohrerosion beim Verschießen der Munition gemindert ist. Die Explosion des oder der Zünddrähte führt dazu, dass zunächst die eigentliche Funktion des Treibladungsanzünders erfüllt wird und die Treibladung gezündet wird. Da der oder die Zünddrähte zu mehr als 80 Gewichtsprozent aus Titan bestehen, führt die Explosion des oder der Zünddrähte ferner dazu, dass feine Partikel aus Titanverbindungen verdampft werden. Titan reagiert sowohl mit Sauerstoff als auch mit Stickstoff. Daher stellen die Partikel chemisch gesehen überwiegend Titanoxide und Titannitride dar. Die feinen Partikel aus Titanverbindungen bilden einen Schutzfilm an der Rohrwand. Damit erfüllt der Treibladungsanzünder auch die weitere Funktion der Minderung der Erosion. Untersuchungen zeigten, dass ein Anteil an Titanverbindungen in den Treibladungsgasen, der mehr als 1 Promille beträgt, erosionsmindernd wirkt. Daher erübrigen sich Maßnahmen, die Zusätze an Titanverbindungen im Treibladungspulver oder in der verbrennbaren Treibladungshülse vorsehen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Treibladungsanzünder mindestens drei Zünddrähte auf, die in Einbaulage des Treibladungsanzünders bezogen auf die Treibladung verteilt angeordnet sind. Mit dieser Maßnahme soll eine flächige, gleichmäßige Anzündung der Treibladung erzielt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der einzigen Fig. dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Fig. zeigt einen hinteren Abschnitt einer großkalibrigen Munition mit einem Treibladungsanzünder 10, einer Stummelhülse 20, einer verbrennbaren Treibladungshülse 30 und einer Treibladung 40. Der Treibladungsanzünder 10 ist als elektrischer Anzünder ausgebildet. Der Treibladungsanzünder 10 ist länglich und in einen Anzündhohlraum 41 einer Treibladung 40 eingebracht. In Abweichung zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Treibladungsanzünder 10 auch zum Umhüllen mit einer Treibladung ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Treibladung beispielsweise ein Schüttpulver sein.
Der Treibladungsanzünder 10 umfasst mindestens einen Zünddraht, der zu mehr als 80 Gewichtsprozent aus Titan besteht. Dies ist im Ausführungsbeispiel durch die Zünddrähte 11a und 11b illustriert.
Die Zünddrähte 11a und 11b sind an ihren Enden an eine Stromquelle anschließbar. Der Treibladungsanzünder 10 ist so ausgebildet, dass eine Zündenergie in der Größe den Zünddrähten 11a und 11b zuführbar ist, die diese zur Explosion und zur Verdampfung in feine Partikel bringt. Die zu verdampfenden Zünddrähte 11a und 11b weisen eine Masse auf, die in den Treibladungsgasen einen Anteil an Titanverbindungen erzeugen, der gewichtsbezogen mehr als ein Promille beträgt.
Dieser Anteil an Titanverbindungen ist ausreichend, um den gewünschten Erosionsschutz zu erzielen.
Primär dient der Treibladungsanzünder 10 zum Zünden der Treibladung 40. Sekundär erreicht man mit dem Treibladungsanzünder 10 eine verminderte Rohrerosion aufgrund der die Rohrwand schützenden feinen Partikel aus Titanverbindungen.
Der Treibladungsanzünder 10 weist mehrere Zünddrähte 11a und 11b auf, die in Einbaulage des Treibladungsanzünders bezogen auf die Treibladung 40 verteilt angeordnet sind. Dadurch ermöglicht man eine gleichmäßige und großflächige Anzündung der Treibladung 40.
Der Treibladungsanzünder 10 ist länglich und von seiner Außenform im Wesentlichen ein zylindrischer Körper. Da der Treibladungsanzünder 10 ein elektrischer Anzünder ist, besteht der Treibladungsanzünder 10 aus elektrisch leitenden Bauteilen und elektrisch nicht leitenden Bauteilen. Bei Anschluss an eine elektrische Stromquelle wird der elektrische Strom über die elektrisch leitenden Teile den Zünddrähten 11a und 11b zugeführt.
Die elektrische Stromquelle wird über einen ersten Stromanschluss 130 und einen zweiten Stromanschluss 120 angeschlossen. Hierzu eignen sich beispielsweise Metallnadeln, um eine elektrische Verbindung sicherzustellen. Der erste Stromanschluss 130 ist an einem Kopf eines elektrisch leitenden Innenbolzen 13 angeordnet.
Der zweite Stromanschluss 120 befindet sich an einem Außengewindeteil 12. Bei geschlossenem Stromkreis fließt der Strom durch die Zünddrähte 11a und 11b und bringt sie zur Explosion.
Im Einzelnen wird der Stromkreis über folgende, elektrisch leitende Bauteile realisiert:

– den ersten Stromanschluss 130
– den Innenbolzen 13
– eine Mutter 14
– einen Zünddrahtanschluss auf der Mutter 14
– den Zünddraht 11a
– einen Zünddrahtanschluss auf einer Hülse 17
– die Hülse 17
– einen weiteren Zünddrahtanschluss auf der Hülse 17 für einen weiteren Zünddraht
– der weitere Zünddraht 11b
– einen Zünddrahtanschluss auf einer langen Hülse 18
– die lange Hülse 18
– das Außengewindeteil 12
– den zweiten Stromanschluss 120 am Außengewindeteil 12.

Zur Isolierung dienen folgende Bauteile:

– eine lange Isolierhülse 15 mit isolierendem Kopf
– zwei kurze Isolierhülsen 16a und 16b.

Vorversuch:
Der Anmelder führte einen Vorversuch durch, der zunächst lediglich belegen sollte, dass mit einem Treibladungsanzünder, der Zünddrähte aus Titan aufweist, eine sichere und unproblematische Anzündung einer Treibladung möglich ist. In dem Vorversuch wurden, aus Gründen der Vereinfachung, Zünddrähte mit einer geringen Masse im Verhältnis zur Masse der Treibladung eingesetzt. Denn das Ziel des Vorversuches bestand darin nachzuweisen, dass eine Explosion von Zünddrähten eine größere Treibladungsmasse zünden kann. Das Ziel des Vorversuches bestand nicht darin, dass in den Treibladungsgasen ein Anteil an Titanverbindungen erzeugt wird, der so hoch ist, dass eine Rohrerosion deutlich vermindert wäre.
Dem Vorversuch lagen folgende Einzelheiten zugrunde:

– Gewicht der Treibladung: 8 000 g.
– Art der Treibladung: Typ JA2, zylindrisch, 7- bzw. 19-Loch, Schüttpulver der chemischen Zusammensetzung Nitrocellulose (60%), Diglycoldinitrat (24%), Nitroglycerin (15%) und Zusätze.
– Ausbildung des Treibladungsanzünders: Länglich, ähnliche Konstruktion wie in der Fig.
– Der Treibladungsanzünder war von der pulverförmigen Treibladung umhüllt.
– Der Treibladungsanzünder umfasste 4 Zünddrähte aus Titan.
– Jeder Zünddraht hatte einen Durchmesser von 0,125 mm und eine Länge von 50 mm.
– Die Masse der 4 Zünddrähte betrug insgesamt 4 mal 2,8 mg, also insgesamt etwa 10 mg.
– Rein rechnerisch beträgt die Energie zum Verdampfen pro Draht 30J.
– Die zugeführte elektrische Zündenergie betrug mindestens 27 kJ. Dies ist ein Vielfaches mehr als die Energie, die zum Verdampfen notwendig ist. Dadurch ist eine Anzündung aufgrund einer Explosion von Zünddrähten sichergestellt.

Versuchsergebnis:
Es wurde eine sichere Anzündung der 8 000 g schweren Treibladung erzielt.
Übertragung der Ergebnisse des Vorversuches auf den Erfindungsgegenstand: Um eine nennenswerte Verminderung der Rohrerosion zu erzielen, muss der zu verdampfende Zünddraht eine Masse aufweisen, die in den Treibladungsgasen einen Anteil an Titanverbindungen erzeugt, der gewichtsbezogen mehr als 1 Promille beträgt. Dies bedeutet, dass die Höhe der im Vorversuch eingesetzten Masse an Titan in Bezug zu der Masse der Treibladung viel zu niedrig ist.
Um die vorgenannte 1 Promille-Grenze zu überschreiten, ist beispielsweise ein Drahtgewicht von 8 g für eine Treibladung von 8000 g ausreichend. Hierbei ist man auf der sicheren Seite, da eine bestimmte Masse an Titan eine höhere Masse an den sich bildenden Titanverbindungen (Stöchiometrie) ergibt.
Geht man von dem vorgenannten Drahtgewicht von 8 g aus und gibt einen Drahtdurchmesser von 0,5 mm (bzw. 1 mm) vor, erhält man rechnerisch eine Drahtlänge von 9 m (bzw. 2,2 m).
Mögliche Alternativen der Anordnung des oder der Titandrähte:

– Zunächst besteht die Möglichkeit, den vorgenannten Draht unzerteilt zu lassen. In diesem Fall bietet sich eine spiralförmige Anordnung an.
– Zerteilt man den Draht in eine Vielzahl von Einzeldrähten, ist ebenso eine spiralförmige Anordnung nach Art eines mehrgängigen Gewindes oder nach Art von hintereinander liegenden Spiralen möglich.
– Es kann auch eine Anordnung ähnlich wie in der Fig. gewählt werden. Wegen der großen Drahtlänge im vorliegenden Beispiel und um eine gute Übertragung auf die umliegende Treibladung zu erzielen, ist es von Vorteil, soweit wie möglich die Länge des Treibladungsanzünders im Bereich, der von der Treibladung umgeben ist, zur Verteilung der Einzeldrähte auszunutzen.
– Durch die Drahtexplosion werden die Titanverbindungen (TiO₂, ...), die durch das heiße Plasma entstehen, in radialer Richtung zur Rohrwand hin beschleunigt.

1: Munition
10: Treibladungsanzünder
11a: Zünddraht
11b: Zünddraht
12: Außengewindeteil
120: zweiter Stromanschluss
13: Innenbolzen
130: erster Stromanschluss
14: Mutter
15: lange Isolierhüse
16a: kurze Isolierhülse
16b: kurze Isolierhülse
17: Hülse
18: Hülse
20: Stummelhülse
30: verbrennbare Treibladungshülse
40: Treibladung
41: Anzündhohlraum

Claims

Treibladungsanzünder (10) mit folgenden Merkmalen: • der Treibladungsanzünder (10) ist als elektrischer Anzünder für eine Munition (1) mit einem Kaliber von größer als 50 mm ausgebildet, • der Treibladungsanzünder (10) ist länglich und zum Einbringen in einen Anzündhohlraum (41) einer Treibladung (40) oder zum Umhüllen mit der Treibladung ausgebildet, • der Treibladungsanzünder (10) umfasst mindestens einen Zünddraht (11a, 11b), • der oder die Zünddrähte (11a, 11b) sind an ihren Enden an eine Stromquelle anschließbar, • der Treibladungsanzünder (10) ist so ausgebildet, dass eine Zündenergie in der Größe dem oder den Zünddrähten (11a, 11b) zuführbar ist, die sie zur Explosion und zur Verdampfung in feine Partikel bringt, dadurch gekennzeichnet, • dass der Zünddraht (11a, 11b) zu mehr als 80 Gewichtsprozent aus Titan besteht und • dass der oder die zu verdampfenden Zünddrähte (11a, 11b) eine Masse aufweisen, die in den Treibladungsgasen einen Anteil an Titanverbindungen erzeugen, der gewichtsbezogen mehr als 1 Promille beträgt.
Treibladungsanzünder (10) nach Anspruch 1, der mindestens 3 Zünddrähte (11a, 11b) aufweist, die in Einbaulage des Treibladungsanzünders (10) bezogen auf die Treibladung (40) verteilt angeordnet sind.