CH331531A - Gaserzeugende Ladung - Google Patents

Description

  Gaserzeugende Ladung    Vorliegende     Erfindung    bezieht sich auf    eine gaserzeugende Ladung und auf ihre Ver  wendung zur Erzeugung von Gasdrücken zur  Betätigung von mechanischen Einrichtungen  mit sich bewegenden Teilen, z. B. von An  lassern, insbesondere solchen mit hin und  her gehenden Kolben.  



  Bei der Herstellung von rauchlosen Pul  vern auf     Nitrocellulose-Nitroglycerinbasis     zum Verfeuern von Geschossen ist es erfor  derlich, in der Mischung Stabilisatoren vor  zusehen, um eine Verschlechterung der Mi  schung zu verhindern, und je nach der Feuer  waffe, in der sie     verwendet    werden sollen,  kann eine grössere oder     geringere    Menge einer  Hemmsubstanz zugegen sein, worunter man  eine nicht     explodierende,    organische brenn  bare Verbindung versteht, die auf die bei  der sich selbst unterhaltenden Verbrennung  der Mischung entstehenden Gase eine Kühl  wirkung ausübt. Diese Hemmsubstanzen  brauchen an sich keine Stabilisatoren zu sein,  können es jedoch sein und sind gewöhnlich  aromatische organische Verbindungen.

   Die  gewählten Hemmsubstanzen und Stabilisa  toren wirken oft     plastifizierend    auf die     Nitro-          cellulose,    wodurch die     Gelatinierung    der       Nitrocellulose    durch das Nitroglycerin er  leichtert und die Herstellung von rauchlosem  Pulver ohne     Mitverwendung    flüchtiger Lö  sungsmittel unterstützt wird.

      Die Bezeichnung  rauchloses Pulver   wurde geprägt, als die ersten auf     gelatini-          sierter        Nitrocellulose    basierenden Pulver an  Stelle von Schwarzpulver eingeführt wurden,  da sie viel weniger Rauch entwickelten, doch  entsteht auch beim Abfeuern eines Schusses  mit rauchlosem Pulver stets eine gewisse  Menge Rauch. Je nach der verwendeten       Feuerwaffe    kann der Maximaldruck beim  Abschuss eines Geschosses zwischen etwa 750  und 3000 Atmosphären     liegen,    und die Ver  brennung des Pulvers erfolgt nahezu augen  blicklich.

   Die Korngrösse und der Kalorien  wert des Pulvers müssen derart sein, dass die  geforderte     ballistische    Leistung erreicht     wird,     und man hat dementsprechend einen Bedarf  an Pulvern mit den verschiedensten Kalorien  werten. Bei der     Herstellung    von rauchlosen  Pulvern mit niedrigen Kalorienwerten, z. B.

    etwa 750 Kalorien pro Gramm     (flüssiges     Wasser), wie sie in gewissen Geschützen  Verwendung     finden,    wurde vorgeschlagen,  einen Teil der üblichen aromatischen Hemm  substanzen durch     aliphatische    Verbindungen  wie     Dialkyltartrat,        Triacetin,        Pentaerythrit-          tetraacetat    und dergleichen zu ersetzen, und  es wurde ferner auch vorgeschlagen, an Stelle  eines Teils der     Nitrocellulose        Celluloseacetat       zu verwenden.

      Beim Betrieb von pneumatisch betätigten  mechanischen     Einrichtungen        mit    relativ zu-      einander     beweglichen    Teilen mittels bei der  sich selbst unterhaltenden Verbrennung von  rauchlosen     Pulvermischungen    entstehender  Gase ist die Zeit, während welcher die sich  bewegenden Teile der Einwirkung der heissen  Gase ausgesetzt sind, im Vergleich zu der  jenigen beim Abfeuern eines Geschosses,  stets lang.

   Demzufolge sind die bewegten  Teile während beträchtlichen Zeitperioden  den Verbrennungsgasen ausgesetzt, und es  ist deshalb zur Vermeidung einer Beschädi  gung     dieser    Teile durch Erosion oder Über  hitzung     notwendig,    entweder die Gase vor  ihrer Verwendung durch äussere Mittel zu  kühlen, was     gewöhnlich    unzweckmässig     ist,     oder eine gasentwickelnde Mischung mit ver  hältnismässig niedrigem Kalorienwert zu ver  wenden.

   Deshalb sollte im Falle von rauch  losen Pulvermischungen auf     Nitrocellulose-          Nitroglycerinbasis    der Kalorienwert in der  Regel etwa 750 Kalorien pro Gramm (flüssi  ges Wasser) nicht übersteigen, was etwa  der untern Grenze des für Schiesszwecke  erwünschten Bereiches entspricht. Um diese  niedrigen Kalorienwerte zu erreichen, ist es       erforderlich,    dass die Mischung eine wesent  liche Menge Hemmsubstanzen enthält.  



  Die Notwendigkeit einer Vermeidung der  Beschädigung der beweglichen Teile begrenzt  den Arbeitsdruck auf einen Wert, der be  trächtlich unter demjenigen liegt, bei dem  eine gelatinierte     Nitrocellulose    befriedigend  von selbst abbrennt, und man muss deshalb  oft     Druckreduzierdüsen    zwischen der Ladung  und dem Arbeitsraum anordnen.     Ehi    Ver  stopfen der Düsen ist zu vermeiden und  dieselben sollten deshalb nicht zu eng sein.

    Selbst bei Anwendung einer     Druckreduzier-          düse    sind die Drücke, welche in der Ver  brennungskammer bei der Verbrennung von  rauchlosem Pulver zwecks Betätigung me  chanischer Einrichtungen zulässig sind, viel       niedriger    als die     Drücke    beim Abschuss von  Geschossen. Tatsächlich überschreiten die  Drücke in den Verbrennungskammern selten  150 Atmosphären, obschon sie ausnahms  weise das Doppelte dieses Wertes erreichen  können.

   Bei solchen im Vergleich zu Schuss-    Waffen     niedrigen    Drücken verbrennen rauch  lose Pulver mit passend niedrigem Kalorien  wert, in denen die     Hemmstoffe    aus aroma  tischen Verbindungen bestehen, jedoch we  niger vollständig und entwickeln insbeson  dere eine viel grössere Menge Kohlenstoff  rauch, als dies bei den in Feuerwaffen und  Geschützen auftretenden Drücken der Fall  wäre, und dieser     Kohlenstoffrauch    kann sich  an Stellen absetzen, wo er die Funktion der  mechanischen Einrichtung nachteilig beein  flussen kann, z. B. auf den Kolben, Ventil  sitzen und engen Gasdurchlässen. Ferner  kann er etwa verwendete Schmiermittel  verschmutzen und die Atmosphäre verun  reinigen.  



  Zweck der vorliegenden     Erfindung    ist die  Beschaffung einer gaserzeugenden Ladung,  die     Nitrocellulose    und Nitroglycerin mitein  ander gemischt in gelatinierter Form und  mindestens eine Hemmsubstanz enthält und  befähigt ist, bei einem Druck von weniger  als 300 Atmosphären, vorzugsweise weniger  als 150 Atmosphären, eine sich selbst unter  haltende thermische Zersetzung ohne wesent  liche     Abscheidung    von kohlenstoffhaltigem  Material zu erleiden.  



  Gemäss der Erfindung ist diese Ladung  dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kalo  rienwert von nicht mehr als 750 Kalorien  pro Gramm (flüssiges Wasser) und nicht  mehr als     2,50/,    aromatische Bestandteile auf  weist, und dass die Hemmsubstanz ein ge  sättigtes     aliphatisches        Carbonsäurederivat    ist,  in dem die Zahl der     Sauerstoffatome    zu der  Zahl der     Kohlenstoffatome    im Molekül min  destens<B>2:3</B> ist.  



       Gewünschtenfalls    kann die Ladung ge  mäss der     Erfindung    bis zu 2,5% eines     Stabili-          sators    aromatischer Natur und gegebenen  falls auch bis zu     0,25%    eines Schmier  mittels fett- oder wachsartigen Charakters  enthalten.  



  Die Natur des gesättigten     aliphatischen          CarbonsäLirederivates    kann solcher     Art    sein,  dass dasselbe einen     Teil    der gelatinierten       Nitrocellulosephase    der Mischung darstellt,  und kann in diesem Falle entweder eine Ver-      Bindung mit gelatinierender Wirkung auf  die     'L\Iitrocellulose    sein, wie z. B.     Glvcerin-          triacetat    oder eine Verbindung,     wie        Cellulose-          diacetat,    die durch     Nitroglycerin    gelatiniert  wird.

   Die     Verwendung    solcher Verbindungen  bietet Vorteile; da sie die Bildung thermo  plastisch     bearbeitbarer    Mischungen ohne  Anwendung flüchtiger Lösungsmittel be  günstigt. Die Verwendung flüchtiger Lösungs  mittel ist im allgemeinen bei Ladungen mit  praktisch kleinsten Dimensionen, wie sie  zweckmässig im vorliegenden Fall verwendet  werden, nicht zulässig, da der fortlaufende  Verlust an     Lösungsmitteldampf    eine     Kon-          stanthaltung    der ballistischen Eigenschaften  bei der Lagerung verunmöglicht.  



  Es ist jedoch auch möglich, Verbindungen  zu verwenden, die in der gelatinierten Nitro  zellulose unlöslich sind.  



  Es sind     keine        befriedigenden    Stabilisa  toren     aliphatischer    Natur verfügbar, und es  ist deshalb nur schwer möglich, ganz von der  Verwendung aromatischer Verbindungen ab  zusehen, und obschon es in der Praxis er  wünscht ist, einen Stabilisator zu verwenden,  wurde gefunden, dass, wenn die Menge des  aromatischen     Stabilisators    2,5% nicht über  steigt, die Mischung ohne übermässige Rauch  abseheidung abbrennt, selbst wenn der Ka  lorienwert derselben wesentlich unter 750  Kalorien pro Gramm, z. B. 480 Kalorien pro  Gramm (flüssiges Wasser), liegt.  



  Zweckmässig hat die Ladung die Form  eines zylindrischen Stabes oder Ringes oder  eines vielfach durchbrochenen Zylinders,  wobei, je nach den Erfordernissen, in be  kannter Weise seine ganze gekrümmte Ober  fläche den Flammengasen ausgesetzt oder  teilweise gegen diese abgeschirmt sein kann,  und auch eine oder beide seiner ebenen  Oberflächen vor den Flammengasen geschützt  sein können. Die Dicke der obenerwähnten  geformten Ladung ist vorzugsweise im Be  reich von 4,76 mm     (3/"").    Ihre Länge ist  im Verhältnis zur Dicke gross.  



  Im folgenden Beispiel     sind    die     Teile    Ge  wichtsteile.    <I>Beispiel:</I>  Aus     Baumwöllinters    hergestellte wasser  feuchte     Nitrocellulose    mit 12,2% Stickstoff  gehalt wird mit etwa der 11 fachen Gewichts  menge Wasser aufgeschlämmt und dieser  Aufschlämmung unter     ständiger    Bewegung  auf je 55 Teile     Nitrocellulose    17,5 Teile  Nitroglycerin und 2 Teile     Diäthyldiphenyl-          harnstoff    zugesetzt. Die Aufschlämmung ge  langt auf ein     Saugfilter    mit endlosem Band  und geht zwischen zwei mit Gummi über  zogenen Walzen hindurch, um die Haupt  menge des Wassers zu entfernen.

   In diesem  Zustand enthält die blattförmige Paste etwa  40 % Wasser und     wird    3 Tage reifen gelassen.  Dann bringt man sie in einen     Werner-Pflei-          derer-Mischapparat    und mischt     gründlich     mit folgenden Bestandteilen:     Triacetin    25,5  Teile und Mineralgelee     (mineral        jelly)    0,25  Teile für je 74,6     Teile    der Paste, auf wasser  freier Grundlage berechnet, sowie 1 Teil       Kaliumnitrat    pro Teil Wasser in der     blatt-          förmigen    Paste.

   Der grössere Teil des Kalium  nitrats geht in einer späteren Stufe als     wäss-          rige    Lösung verloren, und die zugesetzte  Menge genügt, dass in der fertigen gelatinier  ten Mischung die gewünschte Menge von  etwa 2 % zurückbleibt.  



  Die aus der     Mischstufe    kommende Paste  wird dann zwischen heissen rauhen Walzen  hindurchgeführt, um teilweise gelatinierte  Blätter mit einem Wassergehalt von etwa  9 % herzustellen, die im Ofen bis auf einen  Feuchtigkeitsgehalt unter 0,6% getrocknet  werden. Die teilweise gelatinierten Blätter  werden dann wiederholt zwischen heissen  glatten Walzen     hindurchgeführt,    bis die Mi  schung     durchgelatiniert    ist, wobei sie durch  scheinend wird. Sie wird noch heiss mittels  einer Presse durch eine Düse ausgepresst, die.  eine lichte Weite von 21,59 mm und einen  axial angeordneten Dorn von 3,3 mm Durch  messer besitzt. Beim Austritt aus der Düse  dehnt sich die Mischung um ein Geringes aus,  so dass der äussere und innere Durchmesser  22,09 bzw. 3,2 mm beträgt.  



  Die     ausgepresste        Mischung    wird noch heiss  in Stücke von 9,65 cm Länge geschnitten,      die j e etwa     55    g wiegen. Der Kalorienwert  jeder Ladung, in einer     Kalorimeterbombe          bestimmt,    ist 480 Kalorien pro Gramm (flüs  siges Wasser).

   Jede Ladung hat folgende  Zusammensetzung         Nitrocellulose    (trocken) 55     Teile          Nitroglycerin    17,5         Diäthyl-diphenylharnstoff    2,0         Triacetin        25,5            Kaliumnitrat    2,0      Mineralgelee 0,25      Jede Ladung wird zusammen mit einer  Zündladung, bestehend aus zwei mit Schwarz  pulver beladenen     Battistscheiben    in eine       zylindrische    Patronenhülse aus     Karton    ge  bracht; diese besitzt einen Messingboden, der  ein     Perkussionszündhütchen    trägt.

   Die Ein  führung erfolgt in der Weise, dass     Battist-          scheiben        zwischen    das Zündhütchen und  das Ende der rohrförmigen Ladung kommen.  Die Hülse wird dann mit einem Zelluloid  hütchen verschlossen und das Kartonrohr,  wie üblich, umgebördelt.  



  170 solcher Patronen, die die erfindungs  gemässe gasentwickelnde Ladung enthielten,  wurden nacheinander in einer Dauerprüfung  in einem     Vierzylinderkolbenanlasser,    der neu  und     unabgenützt    war und zum Anlassen  eines     Sechszylinderdieselmotors    diente, ab  gefeuert. Die Patronen wurden in einer mit  zum     Anlassermotor    führenden Düse     ver-          sehenen    Brennkammer abgebrannt. Die Pa  tronen entwickelten einen konstanten Druck  von etwa 49     kg/cm2    während einer Sekunde  in der Kammer.

   Durch die Düse wurde der  Druck am Eintritt zu den Zylindern des  Starters auf     21-24,5        kg/cm2    reduziert. Mit  jeder der 170 Patronen sprang der Diesel  motor an. Die Inspektion des     Anlassmotors     nach dem Versuch zeigte keine übermässige       Abscheidung    von kohlenstoffhaltigem Mate  rial in     irgendeinem    Teil desselben.

   Die       Zylinderwände    und Kolbenköpfe waren voll  kommen frei von     Abscheidungen,    und folgende    geringe     Abscheidungen    wurden in andern  Teilen des Anlassers festgestellt: 1,1 g an  den Wänden der     Verteilerkammer,        weniger     als 1 g in der     Auspuffsammelleitung    und  etwa 1 g im Auspuffrohr.

   Das verwendete  Schmieröl enthielt praktisch keine suspen  dierten     Feststoffe.    Die Schmierung des An  lassmotors, die durch     Verspritzung    von Öl  durch die Kurbelwelle aus dem Sumpf an  die arbeitenden Teile erfolgt, war immer noch  ganz befriedigend, und das Öl hatte prak  tisch die gleiche niedrige Viskosität wie zu  Beginn des Versuchs.    Bei einem Vergleichsversuch wurde der  gleiche Anlasser gründlich gereinigt und der  Sumpf mit frischem Öl beschickt.

   Patronen  mit Ladungen folgender Zusammensetzung,  die nicht der     erfindungsgemässen    entspricht:         Nitrocellulose    (trocken)     55    Teile       Nitroglycerin        2.1,5            Dibutylphthalat    11,5         Diäthyl-diphenylharnstoff    9         Kaliumnitrat    2           Mineralgelee    0,

  25      (in welcher die gesättigte     aliphatische    Hemm  substanz     Triacetin    durch das aromatische       Dibutylphthalat    ersetzt ist und die 9 Teile       Diäthyldiphenylharnstoff    an Stelle von 2,0  Teilen pro 102,25 Teile der     Mischung    enthält)  in genau der gleichen Weise abgefeuert. Die       Abbrenngeschwindigkeit    dieser Mischung ist  etwas kleiner als die der erfindungsgemässen  Ladungen, weshalb eine grössere Anfangs  fläche und kleinere Enddimensionen erfor  derlich sind, um den gleichen Druck und die  gleiche     Abbrennzeit    zu erhalten. Diese wurde  erreicht, indem man den Durchmesser des  axialen Kanals auf 5,08 mm vergrösserte.

      Der in einem Bombenkalorimeter be  stimmte Kalorienwert der     Mischung    war  530 Kalorien pro Gramm (flüssiges Wasser)  und das Gewicht jeder Ladung ungefähr  50 g.      Man verfeuerte 55 Patronen mit dieser  Ladung bei einem Kammerdruck von 49       kg;em2    während einer Sekunde, und dieser  Druck wurde durch die Düse auf     einen     Arbeitsdruck von 21-24,5     kg/ein'    reduziert.  Die 55. Patrone bewirkte ein Anfressen des  Motors.

      Die Inspektion desselben ergab folgendes:    1 g feste     kohlenstoffhaltige        Abscheidung    an  den Wänden der     Verteilerkammer,     g auf den Kolbenköpfen,  4 g auf den Zylinderbüchsen,  4 g in der Biegung des Auspuffrohres,  43 g in der     Auspuffsammelleitung.     



  Im verwendeten Schmieröl fanden sich  etwa 25% suspendiertes, kohlenstoffhaltiges  festes Material.  



  Nach der Demontage des     Anlassmotors     waren die Zylinderwände trocken und die  Schmierung der Zylinder demnach unter  brochen. Infolge der Ansammlung der kohlen  stoffhaltigen Produkte im Schmieröl hatte  die Viskosität desselben dermassen zugenom  men, dass es von der Kurbelwelle nicht mehr  an die Zylinderwände gespritzt werden  konnte. Die dadurch bedingte fehlende  Schmierung der Zylinderwände hatte das  Anfressen der Kolben zur Folge.  



  Die grossen Mengen kohlenstoffhaltiger       Abscheidungen    in der     Auspuffsammelleitung     verschloss teilweise die Gasauslässe der Zy  linder, und es ist klar, dass, wenn man     mit     frischem Schmiermittel weitergefahren wäre,  die Verwendung gleicher Patronen bald zu  neuen Störungen geführt hätte,     weil    diese       Abscheidungen    ständig zugenommen hätten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Gaserzeugende Ladung, die Nitrocellu- lose und Nitroglycerin miteinander gemischt in gelatinierter Form und mindestens eine Hemmsubstanz enthält und befähigt ist, bei einem Druck von weniger als 300 Atmosphä- ren eine von selbst unterhaltene thermische Zersetzung zu erleiden, dadurch gekenn zeichnet, dass sie einen Kalorienwert von nicht mehr als 750 Kalorien pro Gramm (flüssiges Wasser) besitzt und nicht mehr als 2,

   5% aromatische Bestandteile aufweist und dass die Hemmsubstanz ein gesättigtes ali- phatisches Carbonsäurederivat ist, in dem die Zahl der Sauerstoffatome zur Zahl der Kohlenstoffatome im Molekül mindestens 2:3 ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Ladung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie befähigt ist, bei einem Druck von weniger als 150 Atmo sphären eine von selbst unterhaltene ther mische Zersetzung zu erleiden. 2. Ladung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie bis 2,5% eines aromatischen Stabilisators enthält. 3.

   Ladung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie bis 0,25% eines Schmiermittels fett- oder wachsartiger Natur enthält. 4. Ladung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das gesättigte aliphatische Carbonsäurederivat einen Teil der gelatinierten Nitrocellulose-Nitroglycerin- mischung bildet. 5. Ladung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass das gesättigte aliphatische Carbonsäurederivat auf die Ni- trocellulose gelatinierend wirkt. 6.

   Ladung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die auf die Nitro- cellulose gelatinierend wirkende Verbindung Glycerintriacetat ist. 7. Ladung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die auf die Nitro- cellulose gelatinierend wirkende Verbindung eine durch Nitroglycerin gelatinierbare Ver bindung ist. B.

   Ladung nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass die durch Nitro- glycerin gelatinierbare Verbindung Cellulose- diacetat ist. 9. Ladung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie einen Kalo rienwert von 480 Kalorien pro Gramm (flüs siges Wasser) besitzt. 10. Ladung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der kürzeste Ab stand von zwei gegenüberliegenden Flächen der geformten Ladung 4,76 mm beträgt.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung der gaserzeugenden Ladung nach Patentanspruch I, zur Erzeugung von Gasdrücken bei der Betätigung von mecha nischen Einrichtungen mit sich bewegenden Teilen.