DE10323531B3

DE10323531B3 - Treibladungssatz, insbesondere für Bolzensetzgeräte

Info

Publication number: DE10323531B3
Application number: DE10323531A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ehmig
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-05-24
Filing date: 2003-05-24
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-05-25
Also published as: CN100448621C; ZA200403924B; FR2855088A1; US20040244626A1; CN1572431A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Treibladungssatz, wie eine Kartusche für brennkraftbetriebene Setzgeräte, mit einem Hülsenkörper (10) und mit einer in dem Innenraum des Hülsenkörpers (10) befindlichen Treibladung sowie mit wenigstens einem Anzündmittel (15) für die Treibladung. DOLLAR A Zur Verbesserung derartiger Treibladungssätze sieht die Erfindung in dem Innenraum des Hülsenkörpers (10) eine erste (11) und eine zweite Kammer (12) vor, von denen wenigstens die zweite Kammer (12) mediendicht abgeschlossen ist. In der ersten Kammer (11) ist dabei Nitrocellulosetreibmittel (13) und in der zweiten Kammer (12) Ammoniumnitratpulver (14) der Treibladung angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Treibladungssatz der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Derartige Treibladungssätze sind z. B. mit pulverförmigen Treibladungen bestückte Kartuschen oder Blister.
Treibladungssätze gemäss der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art kommen z. B. bei Bolzensetzgeräten zum Einsatz, wo sie als Antriebsmittel für einen Treibkolben eingesetzt werden.

Ein derartiger Treibladungssatz ist aus der DE 39 10 392 A1 bekannt. Dort ist eine Treibladung im Hohlraum einer kartuschenartigen Aufnahme angeordnet und ein Anzündsatz seitlich in einer Aussparung der Aufnahme angeordnet.

Bei den Treibladungssätzen ist es wünschenswert möglichst schadstofffreie Treibladungspulver zu verwenden. Die derzeit erhältlichen Pulver sind jedoch relativ teuer und sie erzeugen Schlacke, die in allen Fällen in heutigen Bolzensetzgeräten unerwünscht und untragbar ist.

Ein aus Umweltaspekten sehr günstiger Treibmittelbestandteil ist Ammoniumnitrat (AN), welches vor und nach der chemischen Umsetzung im Setzgerät keine Toxine freisetzt und nur gasförmige Reaktionsprodukte freisetzt. Von Nachteil hierbei ist jedoch, das AN stark hygroskopisch ist.

Aus der US 3,753,810 A ist ein umhülltes Treibmittelpulver auf der Basis von Nitrocellulose (NC) und AN bekannt. Bei diesem Treibmittelpulver sind die Körner oder Granalien zum Schutz gegen Feuchtigkeit mit zumindest einer Aluminium in gepulverter Form enthaltenden Nitrocellulose-Mantelschicht versehen. Das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Treibmittelpulvers ist jedoch sehr aufwendig und das Pulver somit verhältnismässig teuer.

Ferner kann bei stärkeren Temperaturschwankungen z. B. während der Lagerung durch Phasenumwandlungen beim AN der Aluminiumüberzug verloren gehen.

Aus der FR 861 158 ist ein Treibladungssatz bekannt, bei dem der Innenraum für die Treibladung zwei Kammern aufweist, die über eine Scheidewand voneinander getrennt sind. Eine Nadel ist dabei durch die Scheidewand von einer Kammer zur anderen hindurchgeführt.

Aus der CH 537 784 ist ferner ein Treibladungssatz bekannt, bei dem der Innenraum für die Treibladung eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufweist die über einen Verschluss von einander getrennt sind. Dieser Verschluss kann dabei z. B. aus Paraffin bestehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Treibladungssatz der vorgenannten Art, wie eine Kartusche, zu entwickeln, der die vorgenannten Nachteile vermeidet. Dieses wird erfindungsgemäss durch die in Anspruch 1 genannten Massnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung liegt darin, in dem Innenraum des Hülsenkörpers eine erste Kammer und eine zweite Kammer anzuordnen, von denen wenigstens die zweite Kammer mediendicht abgeschlossen ist. In der ersten Kammer wird dabei Nitrocellulosetreibmittel und in der zweiten Kammer Ammoniumnitratpulver angeordnet. Nitrocellulosetreibmittel im Sinne der Erfindung ist dabei Nitrocellulose in teigiger, körniger, pulvriger oder faseriger Form mit und ohne Beimengungen wie z. B. von Nitroglycerin.

Das in dem Treibladungssatz bzw. der Kartusche befindliche Nitrocellulosetreibmittel ist leicht anzuzünden und mengenmässig so auf das Ammoniumnitratpulver abgestimmt, dass vorzugsweise eine neutrale Sauerstoffbilanz erreicht wird. Dies ist energetisch günstig und vermeidet eine eventuelle Korrosion des Gerätes durch Sauerstoffüberschuss. Da das Ammoniumnitratpulver getrennt vom Nitrocellulosetreibmittel untergebracht ist, wird die Anzündung des Nitrozellulosepulvers nicht durch eine undefinierte Verteilung des Ammoniumnitratpulvers im Nitrocellulosetreibmittel gestört. Durch die Trennung von Ammoniumnitratpulver und Nitrocellulosetreibmittel ist auch eine definierte Füllung des Treibladungssatzes bzw. der Kartusche bei der Fertigung möglich. Ferner werden die Volumensänderungen des Ammoniumnitrates durch Phasenumwandlung weitgehend bedeutungslos, da die Nitrocellulosekörner aufgrund der getrennten Unterbringung von Ammoniumnitrat- und Nitrocellulosetreibmittel nicht betroffen sind. Ferner gestattet die getrennte Unterbringung von Ammoniumnitrat- und Nitrocellulosetreibmittel auch die vollkommen wasserdichte Verpackung des Ammoniumnitrates. Damit ist die sonst sehr störende Hygroskopizität des Ammoniumnitrates bedeutungslos geworden. Es wird demnach ein Treibladungssatz zur Verfügung gestellt, der umweltfreundlich ist und der eine hohe Treibleistung aufweist.

In einer günstigen Fortbildung der Erfindung sind beide Kammern in axialer Richtung des Hülsenkörpers hintereinander liegend angeordnet. Vorzugsweise ist dabei das Anzündmittel zunächst im Bereich des Bodens des Treibladungssatzes angeordnet, das Nitrocellulosetreibmittel in der, dem oder den Anzündmitteln zugewandten Kammer und das Amonium nitratpulver in der vordersten, dem Anzündmittel abgewandten Kammer angeordnet. Durch diese Masssnahme bilden Anzünder, Nitrocellulosetreibmittel und Ammoniumnitrat eine Anzündkette. Die Anzündbedingungen für das Ammoniumnitrat sind gemäss der vorliegenden Erfindung sehr gut, da etwa 200 J Anzündenergie, ca. 2500 Grad Celsius, ca. 1000 Bar und hohe Strömungsgeschwindigkeiten zur Verfügung stehen. Nach der Zündung z. B. in einem Setzgerät wird das Gemisch aus brennendem Nitrocellulosetreibmittel und Ammoniumnitratpulver während der Verbrennung, z. B. in der Wirbelkammer eines Setzgerätes, dauernd gemischt. Diese dauernde Durchmischung ist sehr günstig für eine gute Verbrennung. Weiterhin vorteilhaft ist, dass das Verbrennungsvolumen während des Verbrennungsvorganges nahezu konstant gehalten wird. Diese Verbrennung bei konstantem Volumen und hoher Ladungsdichte ist sehr günstig für eine gute Umsetzung der gesamten Treibladung.

In einer günstigen Fortbildung der Erfindung sind die beiden Kammern innerhalb des Hülsenkörpers durch ein Trennelement voneinander getrennt. Diese Massnahme ist herstellungstechnisch sehr günstig und ermöglicht eine einfache Produktion des erfindungemässen Treibladungssatzes.

In einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist das Trennelement scheibenförmig ausgebildet und besteht aus Nitrocellulosekarton. Dies hat den Vorteil, dass der Nitrocellulosekarton verbrennbar ist und somit keine Probleme mit etwaigen Resten des Trennelementes auftreten können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Treibladungssatz als Blister bzw. Blisterkartusche ausgebildet, d. h. dass der Hülsenkörper aus einer Blisterfolie gebildet wird. Diese Massnahme ermöglicht eine preiswerte Herstellung und hat ferner den Vorteil, dass die Blisterfolie von der Treibladung beim Verbrennungsvorgang leicht zu öffnen ist.

Weiterhin günstig ist es, wenn das Trennelement napfförmig ausgebildet ist und aus einem Folienmaterial, wie z. B. aus einer Blisterfolie besteht. Dieses Trennelement ist insbesondere für die Verwendung in einer Blisterkartusche geeignet, da der Hülsenkörper als wie auch das Trennelement an ihren Endbereichen z. B. mit einander verschweisst oder miteinander verklebt werden können und so eine hervorragende Dichtigkeit beider Kammern gegeneinander erzeugt werden kann.

Weitere Vorteile und Massnahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Treibladungssatzes im Längsschnitt,
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Treibladungssatzes im Längsschnitt.
Der in 1 dargestellte Treibladungssatz ist als Kartusche ausgebildet und beinhaltet einen Hülsenkörper 10 dessen Innenraum in zwei Kammern 11, 12 unterteilt ist. Eine in dem Treibladungssatz befindliche Treibladung besteht aus einem Nitrocellulosetreibmittel 13, wie z. B. Nitrocellulosepulver, in der Kammer 11 und aus einem Ammoniumnitratpulver 14 in der Kammer 12, die in axialer Richtung 20 hintereinander liegend angeordnet sind, wobei die Kammer 11 direkt am Boden 17 des Treibladungssatzes anliegt. Am Boden 17 des Treibladungssatzes ist der Hülsenkörper 10 über eine Hülsenabdeckung 18 vorzugsweise mediendicht/flüssigkeitsdicht verschlossen. Der Hülsenkörper 11 und die Hülsenabdeckung 18 sind in dem vorliegenden Beispiel aus einem Kunststoff gefertigt. Sie können aber auch aus einem Metall oder einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt sein. Es versteht sich das die Körnigkeit des Ammoniumnitrats von sehr feinkörnig bis relativ grobkörnig sein kann.
Im Bereich des Bodens 17 ist an dem Hülsenkörper 11 noch ein auskragender Randbereich 19 angeordnet, über den sich der Treibladungssatz an den Flanken eines Kartuschenlagers eines Setzgerätes (hier nicht zeichnerisch wiedergegeben) abstützen kann. In Hohlräumen in dem Randbereich 19 ist ein Anzündmittel 15 angeordnet.
Die beiden Kammern 11, 12 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein, als Nitrocellulosekarton-Platte ausgebildetes Trennelement 16.1 voneinander mediendicht getrennt.
Bei einer Zündung des Treibladungssatzes über den Anzündsatz 15 durch eine Zündeinrichtung eines Setzgerätes o. ä. wird zunächst das Nitrocellulosetreibmittel 13 entzündet, wodurch das Trennelement 16.1 aufgerissen oder weggedrückt wird. Dieses Trennelement 16.1 bzw. die Nitrocellulose-Platte nimmt bei der Zündung des Treibladungssatzes an der Verbrennung teil und wird vollständig umgesetzt, so dass keine Rückstände übrig bleiben. Durch den Verbrennungsdruck wird der Treibladungssatz bzw. die Kartusche im vorderen Bereich geöffnet und das Ammoniumnitratpulver 14 mit dem verbliebenen Nitrocellulose treibmittel 13 vermischt, wodurch eine optimale Verbrennung erreicht wird. Geräteseitig kann diese Vermischung z. B. über eine, dem Kartuschenlager nachgeschaltete Wirbelkammer unterstützt werden. Die Verbrennung verläuft ohne Freisetzung toxischer Substanzen und ohne Bildung von Schlacken.
Während einer Lagerung hingegen ist das Ammoniumnitratpulver 14 durch die abgeschlossene Aufbewahrung in der Kammer 12 gut vor Feuchtigkeitszutritt geschützt.
Der in 2 dargestellte Treibladungssatz unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten zunächst dadurch, dass der Hülsenkörper 10 aus einer steifen Kunststofffolie (Blisterfolie) gefertigt ist. Die Hülsenabdeckung 18 ist hingegen aus einer dünnen, optional metallisierten, Folie gefertigt. Das Trennelement 16.2 zwischen der Kammer 11 mit dem Nitrocellulosetreibmittel 13 und der Kammer 12 mit dem Ammoniumnitratpulver 14 ist als napfförmige Blisterfolie ausgebildet, die im Randbereich 19 mit der Folie des Hülsenkörpers überlappt und zumindest dort mit dieser verschweisst oder verklebt ist. Das Anzündmittel 15 ist separat angeordnet. Bei einer Zündung des Treibladungssatzes werden durch die zunächst zündende Nitrocellulose die Folien des Trennelementes 16.2 und des Hülsenkörpers 10 im vorderen Bereich aufgesprengt. Nitrocellulosetreibmittel 13 und Ammoniumnitratpulver 14 werden im weiteren Verlauf, wie bereits beschrieben, miteinander vermischt und vollständig und frei von toxischen Reaktionsprodukten verbrannt.
Bei magazinierten Treibladungssätzen können die Randbereiche 19 zwischen benachbarten Treibladungssätzen miteinander verbunden sein, so dass Magazinstreifen gebildet werden. Eine erfindungsgemässe Kartusche kann auch einen einteilig mit dem Boden ausgebildeten Hülsenkörper aufweisen, wobei die vordere Hülsenöffnung der Kartusche zum Verschliessen der Kartusche zugefaltet und abgedichtet ist.

10: Hülsenkörper
11: erste Kammer
12: zweite Kammer
13: Nitrocellulosetreibmittel
14: Ammoniumnitratpulver
15: Anzündmittel
16.1: Trennelement
16.2: Trennelement
17: Boden
18: Hülsenabdeckung
19: Randbereich
20: axiale Richtung

Claims

Treibladungssatz, wie eine Kartusche für brennkraftbetriebene Setzgeräte, mit einem Hülsenkörper (10) und mit einer in den Innenraum des Hülsenkörpers (10) eingebrachten Treibladung sowie mit wenigstens einem Anzündmittel (15) für die Treibladung, wobei in dem Innenraum des Hülsenkörpers (10) eine erste Kammer (11) und eine zweite Kammer (12) angeordnet sind, von denen wenigstens die zweite Kammer (12) mediendicht abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kammer (11) Nitrocellulosetreibmittel (13) und in der zweiten Kammer (12) Ammoniumnitratpulver (14) der Treibladung angeordnet sind.
Treibladungssatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kammern (11, 12) in axialer Richtung (20) des Hülsenkörpers (10) hintereinander liegend angeordnet sind.
Treibladungssatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Anzündmittel (15) im Bereich des Bodens (17) des Treibladungssatzes angeordnet sind, und dass das Ammoniumnitratpulver (14) in der, dem oder den Anzündmitteln (15) abgewandten Kammer (12) und das Nitrocellulosetreibmittel (13) in der, dem oder den Anzündmitteln (15) zugewandten Kammer (11) angeordnet ist.
Treibladungssatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibladungssatz als Kartusche ausgebildet ist.
Treibladungssatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kammern (11, 12) durch ein Trennelement (16.1, 16.2) voneinander getrennt sind.
Treibladungssatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (16.1) scheibenförmig ausgebildet ist und aus Nitrocellulosekarton besteht.
Treibladungssatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibladungssatz als Blister ausgebildet ist.
Treibladungssatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (16.2) napfförmig ausgebildet ist und aus einem optional steifen Folienmaterial besteht.