DE4440208A1

DE4440208A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Zerschneiden eines Körpers aus festen Explosivstoffen, insbesondere Composite-Raketentreibstoffen

Info

Publication number: DE4440208A1
Application number: DE4440208A
Authority: DE
Inventors: Helmut Alba; Juergen Wilhelm
Original assignee: Alba Ind & Umweltschutzservice
Current assignee: ALBA INDUSTRIES GMBH, 23611 BAD SCHWARTAU, DE
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 1996-05-15
Also published as: DE59506547D1; IL115926A0; WO1996014961A1; EP0794848B1; IL115926A; EP0794848A1; US5941466A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer Vorrichtung zum Zer schneiden eines Körpers aus festen Explosivstoffen.

Feste Explosivstoffe werden in relativ großen Mengen bzw. Stückzahlen in Feststoffraketen und Triebwerken aller Art, wie z. B. Boden-Luft-, Boden-Boden- und Luft-Luft-Raketen eingesetzt. In großen Stückzahlen befinden sich derartige Raketen und Triebwerke in Lagern zur Aufbe wahrung und sind einer Delaborierung bzw. einem Recycling bzw. einer Vernichtung zuzuführen. Dazu sind gefahrlose, ökologisch saubere und effiziente Technologien erforderlich. Die für Feststoffraketen eingesetzten Composite-Treibstoffe besitzen einen hohen Anteil von 60 bis 80% eines Sauerstoffträgers sowie von Aluminium in Pulverform in einem Bereich von 5 bis 10%. Als Sauerstoffträger werden in der Regel Ammonium perchlorat, Kaliumperchlorat oder Ammoniumnitrat verwendet. Dabei ist zu beachten, daß z. B. Ammoniumperchlorat (NH₄ClO₄) bei 240°C Chlor als starkes Atemgift und Sauerstoff zur Unterstützung einer Verbrennung freisetzt. Darüber hinaus besteht bei festen Treibstoffen das Problem, daß sie die Fähigkeit aufweisen, sich bei ihrer Bearbeitung statisch aufzuladen. Die statischen Aufladungen können zu Spannungen von bis zu 1000 V führen. Die dabei zwangsläufig auftretenden elektrischen Entladungen können zwar wegen ihrer kurzen Lebensdauer den festen Treibstoff nicht entzünden, können jedoch den bei einer z. B. trockenen Bearbeitung, wie Sägen, Schleifen usw., entstehenden Pulverstaub entzün den, welcher seinerseits wiederum zu einer Entzündung des festen Treib stoffes führen kann. Des weiteren weisen feste Raketentreibstoffe eine hohe Schlag- und Reibempfindlichkeit auf.

Für die Entsorgung von Munition und festen Treibstoffen von Raketen kleiner Reichweite sind bisher eine zeitliche begrenzte "open air"-Ver brennung kleiner Treibstoffmengen im Rahmen von erteilten Ausnahme genehmigungen zuständiger Behörden eingesetzt worden. Wegen der relativ großen Stückzahlen an Feststoffraketen und Triebwerken sowie wegen der großen Masse von monolithisch gegossenen Festbrennstoff körpern scheidet deshalb, auch aus ökologischen Gesichtspunkten, eine "open air"-Verbrennung aus. Es muß deshalb eine Bearbeitung der festen Treibstoffe gewährleistet werden, bei welcher Reaktionen ausge schlossen werden können, die eine Gefährdung für Mensch und Umwelt darstellen.

Eine Verbrennung der festen Raketentreibstoffe ohne vorherige Portionie rung ist vor allem bei Raketentriebwerken von Raketen großer Reichwei te wegen des hohen Anteils an Brennstoffmasse an der Gesamtmasse der Rakete nicht realisierbar.

Gegenwärtig sind keine Technologien zur Delaborierung bzw. Portionie rung von Composite-Raketentreibstoffen bekannt. Das kann unter ande rem damit begründet werden, daß die Delaborierung/Vernichtung von Raketen bzw. von deren Triebwerken in der jüngeren Vergangenheit nicht notwendig war.

Es ist deshalb das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Zerschneiden von festen Explosivstoffen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welchem bzw. mit welcher größere monolithi sche Körper aus festen Explosivstoffen, insbesondere aus Composite- Raketentreibstoffen, in kleinere Teile delaboriert bzw. portioniert werden können.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen nach An spruch 1 bzw. mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 10 erreicht.

Danach wird bei einem Verfahren zum Zerschneiden eines Körpers aus festen Explosivstoffen, insbesondere Composite-Raketentreibstoffen, ein aus einer Düse austretender Hochdruckwasserstrahl auf den Körper aus festem Explosivstoff gerichtet, wobei gleichzeitig die Düse und der Kör per aus festem Explosivstoff während des Zerschneidens eine Relativbe wegung zueinander ausführen. Die Verwendung eines Hochdruckwasser strahls als Schneidwerkzeug vermeidet in effektiver Weise die bei ande ren mechanischen Trennverfahren auftretenden gefährlichen thermischen Effekte, indem z. B. die beim Zerschneiden erzeugte Wärmeenergie mit dem als Kühlmittel wirkenden Wasser abgeführt wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß das Verfahren unter Umgebungs druckbedingungen ausgeführt werden und gleichzeitig eine unbeabsichtigte Entzündung des festen Treibstoffes unterbunden werden kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Verfahren zum Zerschneiden aus festen Explosivstoffen bestehenden Körpers auf einen Körper aus Composite-Raketentreibstoff angewendet. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit beim Zerschneiden des aus festen Composite-Raketen treibstoff bestehenden Körpers werden dem Hochdruckwasserstrahl Schleifpartikel zugegeben.

Die Schneidvorschubbewegung kann entweder durch Fixieren der Lage der Düse und Bewegen des Körpers aus Composite-Raketentreibstoff, durch Bewegen der Düse und Fixieren des Körpers oder durch Bewegen von sowohl dem Körper als auch der Düse realisiert werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Schneid vorschubbewegung um mindestens zwei Achsen, um gekrümmte oder geneigte Schneidflächen erzielen zu können. Je nach Beschaffenheit des Composite-Raketentreibstoffes tritt der Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck im Bereich von 30 bis 120 MPa aus der Düse aus.

Wenn der Composite-Raketentreibstoff sich in einer Ummantelung befin det, so kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel diese durch Hoch druckwasserstrahlschneiden im Inneren der Ummantelung zwischen der inneren Oberfläche der Ummantelung und der äußeren Oberfläche des Composite-Raketentreibstoffes erfolgen, um den Körper aus Composite- Raketentreibstoff aus der Ummantelung herauszuschälen. Das Heraus schälen ist ohne Zertrennen des Treibstoffkörpers und der Ummantelung möglich, weil sich zwischen Körper und Ummantelung ein Bindemittel befindet.

Da das Portionieren von Composite-Raketentreibstoffen zu den Technolo gien mit potentiellen Gefährdungen gehören, können bei noch einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schneidvorschubbewegungen von Düse und/oder Körper aus Composite-Raketentreibstoff sowie ausge wählte Parameter des Hochdruckwasserstrahls, wie z. B. Austrittsdruck, Strahldurchmesser, Strahlfokussierung, Anteil an Schleifpartikeln im Hochdruckwasserstrahl usw. ferngesteuert werden.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens zum Schneiden eines aus Explosivstoffen bestehenden Körpers weist einen Schneidtisch zum Befestigen eines Körpers aus Composite-Raketentreib stoff, wobei die Befestigungseinrichtungen je nach Größe des zu Portio nierenden Körpers aus Composite-Raketentreibstoff variabel gestaltet sein können, ein an einem Düsenhalter befestigte Düse für einen Hochdruck wasserstrahl und mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung einer als Schneidvorschubbewegung dienenden Relativbewegung zwischen der Düse und dem Körper aus Composite-Raketentreibstoff auf. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß mit dem Hochdruckwasserstrahl in verschiedenen senkrechten, waagerechten, geneigten oder gekrümmten Flächen eine Portionierung des Körpers aus Composite-Raketentreibstoff in kleinere Teile vorgenommen werden kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Körper lagefixiert auf dem Schneidtisch, d. h. entweder mit einer Befestigungsvorrichtung ver spannt, wenn es sich um einen kleineren Körper handelt, oder auf dem Schneidtisch ruhend angeordnet, wenn es sich um einen größeren Körper handelt, und der Düsenhalter beweglich angeordnet, wobei der Düsen halter verschiebbar oder schwenkbar oder verschiebbar und schwenkbar ist.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die die Schneid vorschubbewegungen ausführenden Komponenten der Vorrichtung sowie die die Parameter des Hochdruckwasserstrahls beeinflussenden Größen fernsteuerbar.

Vorzugsweise wird, wenn dem Hochdruckwasserstrahl zur Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit Abrasivstoffe zugesetzt werden, wobei das Wasser dann als Trägermittel der Abrasivstoffe dient, eine Düse zur Erhöhung ihrer Standzeit aus verschleißfestem Material eingesetzt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nun anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1a eine Seitenansicht mit auf dem Schneidtisch aufgespanntem zu zerschneidendem Körper mit einem an einem Rahmen verschiebbar angeordneten Düsenhalter;

Fig. 1b eine Draufsicht der Anordnung von Fig. 1a;

Fig. 2a eine Stirnseitenansicht eines auf Antriebsrollen gelagerten Körpers aus Composite-Raketentreibstoff bei feststehend angeordneter Düse;

Fig. 2b eine Seitenlängsansicht der Anordnung von Fig. 2a.

In Fig. 1a ist eine Seitenansicht eines Schneidtisches 5 mit mittels Spannbändern 3 aufgespanntem Körper 1 aus Composite-Raketentreibstoff gezeigt, wobei es sich um einen Körper 1 relativ kleiner Treibstoffmasse handelt. An dem Schneidtisch 5 ist an jeder Längsseite jeweils ein Führungsrahmen 13 angeordnet, der durch einen Träger 15, an welchem der Düsenhalter 6 mit der Düse 7 für den Hochdruckwasserstrahl 2 ver schiebbar angeordnet ist, überspannt wird, wobei der Träger 15 in Längs richtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff verschiebbar ist. Der Träger 15 zur Befestigung des verschiebbaren Düsenhalters 6 für die Düse 7 ist in Fig. 1b dargestellt. Dadurch, daß der Düsenhalter 6 durch eine erste Antriebsvorrichtung, die z. B. ein über eine zugeordnete Steuereinrichtung gesteuerter Schrittmotor ist, sowohl auf dem Träger in Querrichtung zu dem Führungsrahmen 13 als auch mit dem Träger in Längsrichtung auf dem Führungsrahmen 13 durch eine zweite Antriebs vorrichtung verschiebbar angeordnet ist, können sowohl Schnitte in Quer richtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff als auch in dessen Längsrichtung parallel zur Längsachse oder durch gleichzeitige Bewegung des Düsenhalters 6 auf dem Träger 15 und auf dem Füh rungsrahmen 13 in schrägen Flächen erzeugt werden. Dadurch kann eine Portionierung des monolithischen Körpers 1 aus Composite-Raketen treibstoff in beliebige Größeneinheiten realisiert werden.

Bei einem vereinfachten Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, auf separate Antriebe für den Träger in Längsrichtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff zu verzichten und lediglich Schnitte recht winklig zur Längsachse des Treibstoffes mit dem Hochdruckwasserstrahl 2 auszuführen.

Wenn es sich um relativ lange zylindrische Körper 1 aus Composite- Raketentreibstoff handelt, ist es notwendig, mehrere Spannbänder 3 beabstandet voneinander in Längsrichtung des Körpers 1 vorzusehen und mit dem Schneidtisch 5 zu verspannen.

In Fig. 2a ist eine Seitenstirnansicht eines Körpers 8 aus einem Compo site-Raketentreibstoff größerer Masse gezeigt, welcher auf zwei in Längs richtung sich erstreckenden, durch eine zweite Antriebsvorrichtung 9 angetriebene Rollen an dessen unteren Bereich gelagert ist, wobei der Körper 8 sich in einer Umhüllung befindet, die vorzugsweise aus Metall ist und sich über die Längsausdehnung des Körpers 8 erstreckt. Durch die zweite Antriebsvorrichtung 9 wird der Körper 8 mit der metallischen Umhüllung 10 in eine Rotation um seine Längsachse gebracht. An einem an dem Schneidtisch 5 befestigten Rahmen 14 ist der Düsenhalter 6 mit der Düse 7 für den Hochdruckwasserstrahl 2 derart angeordnet, daß der Wasserstrahl in einem Bereich der Stirnseite 11 des Körpers 8 gemäß Fig. 2b auftrifft, der ringförmig sich zwischen der Innenseite der metallischen Umhüllung 10 und der Außenseite des Körpers 8 aus Composite-Raketentreibstoff befindet. Durch die Fixierung der festste henden Düse 6 an dem Rahmen 14 des Schneidtisches 5 kann mit dem Hochdruckwasserstrahl der Körper 8 aus der metallischen Umhüllung 10 herausgeschält werden und somit einer späteren Portionierung in ge eigneter Weise zugeführt werden. Im Bereich zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche des Körpers 8 und der inneren Oberfläche der metallischen Umhüllung 10 ist ein Bindemittel vorgesehen, so daß bei Richten des Hochdruckwasserstrahls 2 in den durch das Bindemittel gebildeten Zwischenbereich 12 weder die Metallummantelung 10 noch der Composite-Raketentreibstoff 1 zerschnitten werden.

Um, falls notwendig, eine Vermischung des Composite-Raketentreibstoffes mit Metallpartikeln der metallischen Umhüllung 10 beim Zerschneiden zu verhindern, ist durch einen tangential geführten Längsschnitt die Auf trennung der Umhüllung 10 möglich, ohne den Composite-Raketentreib stoff 1 zu schneiden.

Mit einem derartigen Verfahren bzw. einer derartigen Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, unterschiedliche Größen von Körpern 1 aus Composite-Raketentreibstoff mit oder ohne Metallumhüllung 10 zu dela borieren bzw. zu portionieren und einer weiteren Entsorgung, z. B. durch portionsweises Verbrennen, zuzuführen, wobei die mit dem Hochdruck wasserstrahl 2 eingebrachte Trennenergie abgeführt wird, so daß eine Gefährdung durch unbeabsichtigtes Entzünden des Raketentreibstoffes eliminiert bzw. stark reduziert werden kann. Des weiteren kann die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens fernge steuert und das Verfahren selbst bei normalen Umgebungsdruckbedingun gen zur Erzeugung beliebig großer Portionierungsstücke des Composite- Raketentreibstoffes angewendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Zerschneiden eines Körpers, bestehend aus festen Explosivstoffen, insbesondere Composite-Raketentreibstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein aus einer Düse austretender Hochdruckwasserstrahl auf den Körper aus festem Explosivstoff gerichtet wird, und
b) die Düse und der Körper aus festem Explosivstoff während des Zerschneidens eine Relativbewegung zueinander ausführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Composite-Raketentreibstoff besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckwasserstrahl Schleifpartikel enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse fixiert ist und der Körper aus Composite-Raketentreibstoff eine Schneidvorschubbewegung ausführt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Composite-Raketentreibstoff fixiert ist und die Düse eine Schneidvorschubbewegung ausführt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorschubbewegung um mindestens zwei Achsen ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß der Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck im Bereich von 30 bis 120 MPa aus der Düse austritt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Composite-Raketentreibstoff in einer Metallummantelung um eine Längsachse rotiert wird und gleichzeitig der Hochdruckwasserstrahl in einen ein Bindemittel enthaltenden Zwischenraum zwischen der Metallummantelung und dem Körper aus Composite-Raketentreibstoff zum Herausschälen des Körpers aus der Metallummantelung gerichtet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Schneidvorschubbewegungen der Düse und/oder des Körpers aus Composite-Raketentreibstoff sowie die Parameter des Hochdruckwasserstrahls ferngesteuert werden.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch :

a) einen Schneidtisch (5), auf welchem ein Körper (1, 8) aus Composite-Raketentreibstoff befestigbar ist;
b) eine an einem Düsenhalter (6) befestigte Düse (7) für einen Hochdruckwasserstrahl (2); und
c) mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung einer als Schneidvor schubbewegung dienenden Relativbewegung zwischen der Düse (7) und dem Körper (1, 8) aus Composite-Raketentreibstoff.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus Composite-Raketentreibstoff mit mindestens einem Spannband (3) auf dem Schneidtisch (5) aufspannbar ist und der Düsenhalter (6) mit der Düse (7) eine erste Antriebsvorrichtung aufweist, mit welcher die Schneidvorschubbewegung des aus der Düse (7) austretenden Hochdruckwasserstrahles (2) erzeugbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenhalter (6) durch die erste Antriebsvorrichtung an einem Füh rungsrahmen (13) des Schneidtisches (5) verschiebbar geführt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebsvorrichtung so ausgebildet ist, daß der Düsenhalter (6) mit der Düse (7) schwenkbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (8) aus Composite-Raketentreibstoff in einer Metallummante lung (10) angeordnet ist und auf einer zweiten Antriebsvorrichtung, durch die der in der Metallummantelung (10) angeordnete Körper (8) um dessen Längsachse rotierbar ist, gelagert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenhalter (6) mit der Düse (7) fest an einem Rahmen (14) des Schneidtisches (5) derart angeordnet ist, daß der Hochdruckwasser strahl (2) in einen ringförmigen Zwischenraum (12) zwischen Metall ummantelung (10) und Körper (8) aus Composite-Raketentreibstoff so gerichtet ist, daß der Körper (8) aus der Metallummantelung (10) herausschälbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebs vorrichtung (9) fernsteuerbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Düse (7) aus einem verschleißfesten Material ist.