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Verfahren zur Herstellung von lenkerfreien Gusskörpern oder gegossenen Füllungen aus Sprengstoffen oder Treibmitteln Beim Erstarren von geschmolzenen Sprengstoffen bilden sich im Innern der Gusskörper häufig Hohlräume, Lenker genannt, die ihre Ursache in der Volumkontraktion beim übergang vom flüssigen in den festen Zustand haben.
Diese Lenker erstrek- ken sich von der Oberfläche der Schmelze in der Nähe der Eingussöffnung entweder trichterförmig in das Innere oder stellen auch häufig abgeschlossene Hohlräume dar, wenn die Schmelze an der Oberfläche oder in darunterliegenden Schichten eine feste Kruste bildet, bevor der Erstarrungsvorgang im Innern abgeschlossen ist. Insbesondere beim Giessen von Geschoss-, z. B. Granat- oder Sprengkörperfül- lungen macht sich die Lenkerbildung störend bemerkbar, da dadurch die Abschusssicherheit, die Schwerpunktlage des Geschosses und die Wirkung im Ziel beeinträchtigt werden.
Nicht minder nachteilig erwiesen sich Lenker in gegossenen Treibladungen, beispielsweise für Raketen, da sich hierdurch die brennende Oberfläche plötzlich vergrö- ssert, die Ladungskörper möglicherweise sogar zerbrechen, und gefährliche Drucksteigerungen entstehen.
Man hat schon verschiedene Massnahmen angewandt, um diesen Schwierigkeiten zu begegnen. So ist es z. B. bekannt, durch Rühren und Stochern die oberflächlich sich bildenden Krusten und Barunterliegende Brücken zu zerstören, so dass die noch flüssigen Anteile der Schmelze in das Innere ablaufen können. Die dabei entstehende trichterförmige Vertiefung wird dann durch Nachgiessen von Schmelze ausgefüllt. Ein anderes Verfahren besteht in der Einführung eines Heizstabes durch die Eingussöffnung, der in seiner Umgebung die Schmelze flüssig hält und im Zuge des Erstarrungsvorganges langsam nach oben herausgezogen wird, so dass die Volumkontraktion im Inneren durch Nachfliessen von oben ausgeglichen werden kann.
Alle diese Massnahmen sind jedoch bei einer Massenherstellung schwierig durchzuführen und erfordern einen erheblichen manuellen und apparativen zusätzlichen Aufwand. Ausserdem ist bei diesen Verfahren eine gleichmässige Kristallbildung nicht gegeben.
Es wurde nun gefunden, dass man in technisch besonders einfacher Weise die Lenkerbildung bei der Herstellung von Gusskörpern oder gegossenen Füllungen aus Sprengstoffen oder Treibmitteln vermeiden kann, wenn man erfindungsgemäss während des Erstarrungsvorganges auf die Oberfläche der eingegossenen Schmelze oder Schmelzmischung eine Wärmestrah- lung, z. B. eine Infrarot- oder Lichtstrahlung, einwirken lässt. Zweckmässig stellt man die Stärke und Zeitdauer dieser Bestrahlung in der Weise ein, dass die Erstarrung von unten und den Seiten nach dem Inneren fortschreitet, die Schmelze in der Nähe der Oberfläche jedoch flüssig bleibt und unter Absinken des Niveaus in das Innere nachfliessen kann.
Durch eine den jeweiligen Verhältnissen angepasste Temperaturführung kann man erreichen, dass die Schmelze lenkerfrei und ohne nennenswerte Einbuchtung der Oberfläche erstairt. Bei richtiger Dosierung der Menge der Schmelze unter Berücksichtigung der Kontraktion kann man so einwandfreie Gusskörper in den gewünschten Dimensionen herstellen.
Besonders günstig gestaltet sich das erfindungsgemässe Verfahren beim Füllen von Geschossen, auf die in üblicher Weise ein Einfiilltrichter, die sogenannte Füllschraube, aufgesetzt wird. Durch Wärmebestrahlung kann man die Schmelze in der Füll-
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schraube so lange flüssig halten, bis die Erstarrung im Geschoss, z. B. einer Granate, so weit fortgeschritten ist, dass sich im Innern keine Lunker mehr bilden. Da die Füllschraube nach der Abkühlung entfernt wird, ist es ohne Belang, ob innerhalb der Füllschraube ein Lunker entsteht oder nicht, so dass die Bestrahlung abgekürzt werden kann.
Die Temperaturführung beim Erstarren der schmelze kann durch Kühlung der Giessform unterstützt werden. Man kann je nach den Gegebenheiten dafür eine Luft- oder Wasserkühlung verwenden. doch ist bei langgestreckten Formen darauf zu achten, dass nicht durch zu starke Kühlung eine Brückenbildung unter der flüssiggehaltenen Oberfläche eintritt. Es können auch noch zusätzliche Massnahmen, wie Impfen der Schmelze, Giessen von halberstarrten Schmelzen, Rütteln und dergleichen mehr zur Anwendung kommen.
Als Wärmestrahlungsquellen kommen rein physikalisch alle Wärmestrahler, wie z. B. Infrarotlampen in Betracht, welche einerseits die nötige Wärmeenergie zu liefern in der Lage sind und anderseits die Sprengstoffe nicht überhitzen. Für die technische Praxis können jedoch nur Strahlungsquellen verwendet werden, welche den gewerbepolizeilichen Sicherheitsvorschriften entsprechen, das heisst solche, an denen sich Sprengstoffe nicht zersetzen oder gar entzünden können.
Es wurde nun gefunden, dass man das angestrebte Ziel unter Berücksichtigung der gewerbepolizeilichen Vorschriften erreichen kann, wenn man auf die Oberfläche der eingegossenen Schmelze oder Schmelzmischung während des Erstarrungsvorgangs die Wärmestrahlung von Heiz- hauben oder -kanälen einwirken lässt, die durch Dampf oder eine umlaufende Flüssigkeit geheizt werden. Auf diese Weise wird es möglich, mit den notwendig niedrigen Temperaturen zu arbeiten.
Die Heizhauben bildet man zweckmässig als oben geschlossene Zylinder aus, die die Füllschrauben und eventuell auch die Oberteile der zu füllenden Körper umschliessen. Es empfiehlt sich, mehrere Heiz- hauben zu einer Einheit zusammenzufassen, die dann gleichzeitig eine grössere Anzahl von Füllschrauben aufnehmen kann. In ähnlicher Weise wie mit Heizhauben kann man die Bestrahlung der Füllschrauben auch in Heizkanälen vornehmen. Auch diese fasst man zweckmässig mehrfach zu einer Einheit zusammen. Zur Beschleunigung des Erstarrens kann man auch bei Verwendung von Heizkanälen die Geschosse kühlen.
Von besonderer Bedeutung ist das Verfahren bei der Herstellung von Gussfüllungen von Tri- nitrotoluol und Gemischen desselben mit anderen Stoffen, z. B. Trinitrocyclotrimethylentriamin, Ammoniumnitrat, Metallpulvern, z. B. Aluminiumpulver.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Fig. 1 zeigt im Grundriss eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens bei abgenommenem Deckel.
Fig.2 zeigt einen Schnitt nach der Linie I1-11 in Fig. 1 mit aufgesetztem Deckel.
Fig.3 zeigt im Vertikalquerschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
Fig.4 zeigt einen Längsschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3. Beispiel 1 (Fig. 1 und 2): In einen Wasserkasten 1, der mit einem Zwischenboden 2 versehen ist, werden 25 Granaten 3 vom Kaliber 8,8 cm mittels eines nicht dargestellten Rahmens in gleichmässigen gegenseitigen Abständen so eingesetzt, dass sie noch mit etwa 11e bis 1/;; ihrer Länge über den oberen Kastenrand 1 reichen (Fig. 2). Der Kasten 1 wird dann mit einer aus Blechstreifen 4 bestehenden Abdeckung versehen, die kreisrunde Ausschnitte für die Granaten 3 aufweist.
In die Granaten 3 schraubt man zylindrische Füllschrauben 6 von etwa 1 cm Wandstärke ein, die zweckmässig vorgewärmt worden sind, und giesst unmittelbar anschliessend eine Schmelze von Trinitrotoluol, die schon eine gewisse Menge an kristallisiertem Produkt enthält, in solchem überschuss ein, dass ihr Niveau im oberen, erweiterten zylindrischen Teil 7 der Füllschrauben 6 liegt. Nun wird ein zum Wasserkasten 1 passender Hohldeckel 8 aufgesetzt. Dieser besteht aus einem allseitig geschlossenen kasten- förmigen Behälter, in dessen Boden 9 nach unten offene, im Behälterinnere befindliche Hauben 10 eingesetzt sind. Diese sind im Unterteil schwach konisch, im Oberteil zylindrisch gestaltet und koaxial zu je einer Füllschraube 6 angeordnet.
Der Durchmesser des zylindrischen Teils 11 der Hauben 10 ist so bemessen, dass der Oberteil 7 der Füllschrauben 6 einen Abstand von der Haubenwand von etwa 1 bis 5 mm hat. Die Hauben 10 werden auf der Aussenseite mittels Dampf oder Umlauföl bzw. einem anderen Wärmeträger auf eine Temperatur von etwa 110 geheizt. An den Deckel 3 sind Rohrleitungen 12 und 13 zum Ein- und Auslass des Wärmeträgers angeschlossen. Durch die Wärmestrahlung der erhitzten Hauben 10 wird die Schmelze im Bereich der Füllschrauben 6 so lange flüssig gehalten, bis das Innere der Granaten 3 lunkerfrei erstarrt ist. Die Erstarrung des Trinitrotoluols in den Granaten 3 wird durch Kühlung mit Wasser beschleunigt.
Zu diesem Zwecke füllt man nach Aufsetzung des Deckels 8 in den Wasserkasten 1 so hoch Wasser ein, dass die Granaten 3 etwa 15 bis 20 cm eintauchen. Unter diesen Bedingungen ist die Erstarrung nach etwa 30 bis 40 Minuten so weit fortgeschritten, dass man den Deckel 8 abnehmen und alsdann auch die Füllschrauben 6 abkühlen lassen kann. Nach dem Erkalten werden die Füllschrauben 6 von den Granaten 3 entfernt.
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Mit derselben Apparatur kann man auch Geschosse grösseren Kalibers, z. B. 15-cm-Granaten, lenkerfrei füllen. Dabei ragen dann die Granaten mit ihren Füllschrauben weiter in die Heizhauben hinein.
Bei den grösseren Kalibern kann man jedoch wegen des grösseren Platzbedarfs nicht mehr 25, sondern nur 9 Granaten in einen Kasten einsetzen, da man zwischen benachbarten Granaten eine Lücke lassen muss. Die Erstarrungszeiten verlängern sich entsprechend dem steigenden Kaliber.
Beispiel 2 (Fig. 3 und 4): Es werden wieder 25 in einem Wasserkasten 1 eingesetzte Granaten 3 vom Kaliber 8,8 cm mit Füllschrauben 6 versehen und mit einer teilweise erstarrten Schmelze von Trinitrotoluol gefüllt. Anstelle des Aufsetzens eines Heizhauben aufweisenden Deckels wird der Kasten 1 gemäss den Fig.3 und 4 auf einer Rollbahn 14 unter einen etwa 8 m langen kastenförmigen Hohlträger 15 gefahren, dessen Unterseite fünf nach unten offene, in der Längsrichtung verlaufende Kanäle 16 aufweist. Diese sind durch je einen in den Träger 15 hineinragenden U-Profilteil 17 gebildet, dessen Seitenwände im oberen Teil parallel, dagegen im unteren Teil nach unten schwach divergent verlaufen.
Die Profilteile 17 sind derart bemessen und angeordnet, dass beim oben erwähnten Verfahren des Kastens 1 die aus diesem nach oben herausragenden Füllschrauben 6 und Oberteile der Granaten 3 in je einen der fünf Heizkanäle 16 hineinragen. Die Heizkanäle 16 sind nach unten durch die Abdeckung 4 des Kastens 1 abgeschlossen. Es sind stets so viele dicht hinterein- anderliegende Kästen 1 vorgesehen, dass die Kanäle 16 auf der ganzen Länge nach unten abgedeckt sind, damit keine Wärmeverluste eintreten. Aus dem gleichen Grunde sind die Kästen mit seitlichen Dichtungsleisten 18 versehen, welche die Fugen zwischen Kasten 1 und Träger 15 abdecken.
An den Frontseiten werden die Heizkanäle 16 mit beweglichen, nicht dargestellten Dichtungsklappen versehen, die beim Ein- und Ausfahren der Kästen 1 durch die Füllschrauben 6 hochgeklappt werden und hinter diesen wieder in ihre Ruhelage zurückfallen. Durch den Hohlraum 19 des Trägers 15 wird Dampf oder heisses Öl hindurchgeführt, wodurch die Seitenwände des Profilteils 17 auf etwa 1200 geheizt werden. Die Wärmestrahlung dieser Wände wirkt auf die in die Kanäle 16 hineinragenden Füllschrauben 6 ein. Zur Beschleunigung des Erstarrens werden die Granaten mit Wasser gekühlt.
Wenn die Erstarrung im Inneren der Granaten des vordersten Kastens genügend weit fortgeschritten ist, was bei 8,8-cm-Granaten nach etwa 40 Minuten der Fall ist, wird er ausgefahren, die Kastenreihe um eine Kastenlänge vorgeschoben und hinten ein Kasten mit frischgegossenen Granaten angeschlossen. Zweckmässig wird das Tempo des Giessens auf die erforderliche Verweilzeit der Kästen im Heizkanal 16 von etwa 40 Minuten abgestimmt.
Im gleichen Heizkanal können auch Geschosse grösseren Kalibers verarbeitet werden, die dann mit ihren Füllschrauben dem Längenunterschied entsprechend weiter in die Kanäle 16 hineinreichen. Die Verweilzeit der Kästen und das Giesstempo sind jeweils der längeren Erstarrungszeit anzupas- sen.
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Process for the production of handlebar-free cast bodies or cast fillings from explosives or propellants When molten explosives solidify, cavities, called handlebars, often form inside the cast body, which are caused by the volume contraction during the transition from the liquid to the solid state.
These links extend from the surface of the melt near the pouring opening either funnel-shaped into the interior or often represent closed cavities when the melt forms a solid crust on the surface or in the underlying layers before the solidification process inside is completed is. In particular when pouring bullet, z. For example, grenade or explosive device fillings make the handlebars noticeable, as this affects the firing safety, the center of gravity of the projectile and the effect on the target.
Controls in cast propellant charges, for example for rockets, have proven to be no less disadvantageous, since this suddenly increases the burning surface, the charge bodies may even break, and dangerous increases in pressure arise.
Various measures have been taken to counter these difficulties. So it is e.g. B. known to destroy the superficially forming crusts and bar underlying bridges by stirring and poking, so that the still liquid portions of the melt can drain into the interior. The resulting funnel-shaped depression is then filled by pouring in more melt. Another method consists in the introduction of a heating rod through the pouring opening, which keeps the melt liquid in its surroundings and is slowly pulled upwards during the solidification process, so that the volume contraction inside can be compensated for by further flow from above.
However, all of these measures are difficult to carry out in mass production and require considerable manual and additional expenditure on equipment. In addition, with this process there is no uniform crystal formation.
It has now been found that it is technically particularly simple to avoid the link formation in the production of cast bodies or cast fillings made of explosives or propellants if, according to the invention, heat radiation, eg during the solidification process, is applied to the surface of the poured melt or melt mixture. B. infrared or light radiation can act. The strength and duration of this irradiation are expediently set in such a way that the solidification proceeds from below and the sides towards the interior, but the melt near the surface remains liquid and can flow into the interior as the level drops.
By adjusting the temperature to the respective conditions, it can be achieved that the melt solidifies without a link and without any noticeable indentation in the surface. With the correct dosage of the amount of melt taking into account the contraction, perfect castings can be produced in the desired dimensions.
The method according to the invention is particularly advantageous when filling projectiles onto which a filling funnel, the so-called filling screw, is placed in the usual way. The melt in the filling
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Keep the screw liquid until it solidifies in the projectile, e.g. B. a grenade, has progressed so far that voids no longer form inside. Since the filling screw is removed after cooling, it is irrelevant whether a void is created within the filling screw or not, so that the irradiation can be shortened.
The temperature control when the melt solidifies can be supported by cooling the casting mold. Air or water cooling can be used for this, depending on the circumstances. however, in the case of elongated forms, care must be taken that excessive cooling does not cause bridging under the surface that is held in liquid form. Additional measures, such as inoculating the melt, pouring semi-solidified melts, vibrating and the like, can also be used.
As heat radiation sources come purely physically all heat radiators, such. B. infrared lamps into consideration, which on the one hand are able to deliver the necessary heat energy and on the other hand do not overheat the explosives. For technical practice, however, only radiation sources can be used which comply with the commercial police safety regulations, i.e. those on which explosives cannot decompose or even ignite.
It has now been found that the desired goal can be achieved, taking into account the commercial police regulations, if the heat radiation from heating hoods or channels, which is caused by steam or a circulating liquid, is allowed to act on the surface of the poured melt or melt mixture during the solidification process be heated. In this way it is possible to work with the necessary low temperatures.
The heating hoods are expediently designed as cylinders closed at the top, which enclose the filling screws and possibly also the upper parts of the bodies to be filled. It is advisable to combine several heating mantles into one unit, which can then accommodate a larger number of filling screws at the same time. In a similar way as with heating mantles, the filling screws can also be irradiated in heating channels. These are also conveniently combined several times into one unit. To accelerate the solidification, the projectiles can also be cooled when using heating channels.
The process is of particular importance in the manufacture of cast fillings of trinitrotoluene and mixtures of the same with other substances, e.g. B. trinitrocyclotrimethylene triamine, ammonium nitrate, metal powders, e.g. B. aluminum powder.
The method according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Fig. 1 shows in plan a device for performing the method with the cover removed.
FIG. 2 shows a section along the line I1-11 in FIG. 1 with the cover in place.
3 shows a further embodiment of the device in vertical cross section.
4 shows a longitudinal section along the line IV-IV in FIG. 3. Example 1 (FIGS. 1 and 2): 25 grenades 3 with a caliber of 8.8 cm are placed in a water tank 1 which is provided with an intermediate floor 2 by means of a frame, not shown, inserted at equal mutual distances so that they are still with about 11e to 1 / ;; extend their length over the upper edge of the box 1 (Fig. 2). The box 1 is then provided with a cover consisting of sheet metal strips 4 which has circular cutouts for the grenades 3.
Cylindrical filling screws 6 with a wall thickness of about 1 cm and which have been suitably preheated are screwed into the grenades 3, and a melt of trinitrotoluene, which already contains a certain amount of crystallized product, is then poured in such excess that its level is in upper, enlarged cylindrical part 7 of the filling screws 6 is located. Now a hollow cover 8 that matches the water tank 1 is put on. This consists of a box-shaped container closed on all sides, in the bottom 9 of which hoods 10, which are open downward and located in the interior of the container, are inserted. These are slightly conical in the lower part, cylindrical in the upper part and are arranged coaxially with a filling screw 6 each.
The diameter of the cylindrical part 11 of the hoods 10 is dimensioned such that the upper part 7 of the filling screws 6 is spaced from the hood wall of approximately 1 to 5 mm. The hoods 10 are heated on the outside by means of steam or circulating oil or another heat transfer medium to a temperature of approximately 110. Pipes 12 and 13 for the inlet and outlet of the heat transfer medium are connected to the cover 3. As a result of the thermal radiation of the heated hoods 10, the melt in the area of the filling screws 6 is kept liquid until the interior of the grenades 3 has solidified without voids. The solidification of the trinitrotoluene in the grenades 3 is accelerated by cooling with water.
For this purpose, after the cover 8 has been placed in the water tank 1, water is poured so high that the grenades 3 immerse about 15 to 20 cm. Under these conditions, the solidification has progressed so far after about 30 to 40 minutes that the cover 8 can be removed and then the filling screws 6 can also be allowed to cool. After cooling, the filling screws 6 are removed from the grenades 3.
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The same apparatus can also be used for larger-caliber projectiles, e.g. B. 15 cm grenades, fill handlebar free. The grenades with their filling screws then protrude further into the heating hoods.
With the larger calibers, however, you can no longer put 25, but only 9 grenades in a box because of the larger space requirement, as you have to leave a gap between adjacent grenades. The solidification times increase according to the increasing caliber.
Example 2 (FIGS. 3 and 4): 25 grenades 3 of caliber 8.8 cm inserted in a water tank 1 are again provided with filling screws 6 and filled with a partially solidified melt of trinitrotoluene. Instead of putting on a cover with heating mantles, the box 1 is moved on a runway 14 under an approximately 8 m long box-shaped hollow beam 15, the underside of which has five downwardly open channels 16 running in the longitudinal direction. These are each formed by a U-profile part 17 protruding into the carrier 15, the side walls of which run parallel in the upper part, but slightly divergent downward in the lower part.
The profile parts 17 are dimensioned and arranged in such a way that when the box 1 is moved upwards, the filling screws 6 and the upper parts of the grenades 3 protrude into one of the five heating channels 16 each. The heating channels 16 are closed at the bottom by the cover 4 of the box 1. There are always so many boxes 1 lying closely one behind the other that the channels 16 are covered down over their entire length so that no heat losses occur. For the same reason, the boxes are provided with lateral sealing strips 18 which cover the joints between box 1 and carrier 15.
On the front sides, the heating ducts 16 are provided with movable sealing flaps, not shown, which are folded up by the filling screws 6 when the boxes 1 are moved in and out and then fall back into their rest position behind them. Steam or hot oil is passed through the cavity 19 of the carrier 15, whereby the side walls of the profile part 17 are heated to about 1200. The thermal radiation of these walls acts on the filling screws 6 protruding into the channels 16. The grenades are cooled with water to accelerate the solidification.
When the solidification inside the grenades in the foremost box has progressed sufficiently, which is the case with 8.8 cm grenades after about 40 minutes, it is extended, the row of boxes is pushed forward a box length and a box with freshly cast grenades is attached at the rear . The rate of pouring is expediently matched to the required dwell time of the boxes in the heating channel 16 of about 40 minutes.
Bullets of larger caliber can also be processed in the same heating channel, which then extend further into the channels 16 with their filling screws according to the difference in length. The dwell time of the boxes and the pouring speed must be adapted to the longer setting time.