DE1169348B - Heizpatrone vom gasfreien Typ - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C06d

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 78 d -1/01

A 36314 VIb/78 d
17. Dezember 1960
30. April 1964

Die Erfindung betrifft Heizpatronen, welche vor allem für den Unterwasserantrieb von Fahrzeugen und Geschossen brauchbar sind und bei denen Wasserdampf als Antriebsmittel dient.

Gegenstand der Erfindung ist eine Heizpatrone, die während der Reaktion keine erheblichen Mengen gasförmiger Produkte liefert.

Gaslos abbrennende Zündmassen sind bekannt. Die bekannten Thermitsätze enthalten jedoch verhältnismäßig grobkörnige Gemische aus Eisen- und Aluminiumoxyd, die nur langsam abbrennen und auch nur relativ niedrige Wärmeenergien freisetzen. Bei den bekannten Verzögerungszündmassen wird Titan zugesetzt, welches den Abbrand des eigentlichen Oxydationsmittels verzögert. Außerdem wird dabei in den meisten Fällen ein Bindemittel, wie Nitrocellulose, mitverwendet, welches die Bildung von Granulaten aus dem pulverigen Gemisch der Komponenten begünstigen soll. Dieses Bindemittel erzeugt aber relativ wenig Energie beim Abbrand und vermindert damit die Gesamtwärmeleistung eines Verzögerungselementes vorgegebener Größe.

Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Heizpatrone, die sehr schnell und gleichzeitig sehr viel Wärme erzeugt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Heizpatrone vom gasfreien Typ, die aus einer einen einzigen Körper bildenden, fest aneinanderhaftenden, unter einem Druck zwischen etwa 2000 und 7000 kg/cm² zusammengepreßten innigen Mischung eines feinzerteilten Metalls mit einem Atomgewicht unter 27 und stöchiometrischen Mengen eines feinzerteilten Oxydationsmittels besteht. Als Oxydationsmittel wird ein Alkali- oder Erdalkali-Chlorat, -Perchlorat, -Chromat, -Dichromat oder -Permanganat verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Metall Aluminium und als Oxydationsmittel Kaliumperchlorat eingesetzt.

Die verbundene Metall- und Oxydationsmittelladung kann zur besseren Kontrolle der Verbrennungsgeschwindigkeit umhüllt werden. Als Hülle wird ein Gewebe vorgeschlagen, das mit einem in der Wärme härtenden Polyesterharz getränkt ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Gemisch in eine Metallhülse, vorzugsweise aus Kupfer, eingefüllt und mit dieser unter dem auf Gemisch und Hülse wirkenden Preßdruck zu einer Einheit verdichtet. Auf die in und mit der Hülse verdichtete Mischung kann noch eine mit einem wärmehärtbaren Polyesterharz imprägnierte Stofflage aufgebracht und ausgehärtet werden.

Es ist erforderlich, daß die Heizpatronenladung Heizpatrone vom gasfreien Typ

Anmelder:

Aerojet-General Corporation, Azusa, Calif.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen 1, Feldstr. 24

Als Erfinder benannt:

Calvin Andrew Gongwer, Glendora, Calif.

(V. St. A.)

während der Reaktion keine unkondensierbaren gasförmigen Produkte erzeugt. Es lcönnen daher nur solche Brennstoffe oder Oxydationsmittel verwendet werden, welche im wesentlichen feste oder flüssige Verbrennungsprodukte liefern. Während alle Metalle brauchbar sind, die mit einem Oxydationsmittel reagieren und feste oder flüssige Reaktionsprodukte liefern, ist jedoch die Verwendung solcher Metalle vorzuziehen, die ein geringes Molekulargewicht aufweisen und gleichzeitig fähig sind, eine große Wärmemenge, bezogen auf ein Gramm Brennstoff, freizusetzen. Für diese Zwecke ist Aluminium mit einem Molekulargewicht von 27 der idealste Brennstoff, das, nachdem es mit Kaliumperchlorat zur Reaktion gebracht und zu Al₂O₃ oxydiert worden ist, 2,97 kcal/g Treibmittel abgeben kann.

Aluminium reagiert mit Kaliumperchlorat nach der folgenden Gleichung:

8 Al + 3 KClO₄ -* 4 Al₂O₃ + 3 KCl

+ 2,49 kcal/g Treibmittel.

Die Heizpatronenladung wird hergestellt, indem gepulvertes Oxydationsmittel und gepulvertes Metall so lange gemischt werden, bis die Mischung im wesentlichen homogen ist. Die Metall- und Oxydationsmittelmischung wird dann in eine vorzugsweise zylindrische Form gebracht und einem Druck von insbesondere 3500 bis 7000 kcal/cm² unterworfen, obgleich in einigen Fällen beobachtet wurde, daß ein Druck von 2000 kg/cm² ausreichte, um die Mischung zu einer festen Masse zu verbinden. Der Druck verdichtet den Brennstoff und das Oxydations-

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mittel innig miteinander, und das duktile Aluminium oder andere Metall verbindet sich unter diesem Druck in zufriedenstellender Weise mit dem Oxydationsmittel unter Bildung einer Ladung oder Kerns, der für alle praktischen Verwendungszwecke frei von Poren ist und zum Zusammenhalten kein anderes Bindemittel erfordert. Da von der Heizpatronenladung verlangt wird, daß sie in einer begrenzten und kontrollierten Weise abbrennt (darunter ist zu verstehen, daß die Abbrandgeschwindigkeit während des ganzen Vorganges konstant bleibt und die Verbrennung nur an der dafür vorgesehenen Oberfläche des Kerns erfolgt), ist es gewöhnlich wünschenswert, die äußere Umfangsfläche des Kerns vor dem Verbrennen zu schützen. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß der gepulverte Brennstoff und das Oxydationsmittel in eine mit Wasser nicht reagierende Metallhülse, z. B. eine dünne Kupferhülse gefüllt werden und die Hülse und die Mischung dem oben beschriebenen hohen Druck ausgesetzt werden. Dadurch wird bewirkt, daß die Ladung zu einem einheitlichen Ganzen zusammengepreßt wird, und sie sich gleichzeitig mit der Hülse und gegebenenfalls einem zentralen Rohr verbindet, falls ein solches vor dem Zusammenpressen in die Reaktionsmischung eingesetzt wurde. Damit dieses Rohr durch die Heizpatronenladung hindurchgeführt werden kann und damit gleichzeitig in der Heizpatronenladung eine ausreichend starke Wandung gebildet wird, kann die Ladung um ein kleines inneres Rohr von ausreichendem Durchmesser gegossen oder geformt werden.

Ein anderer Weg besteht darin, die gepulverte Mischung in die Reaktionskammer der vorgesehenen Apparatur zu füllen und die Kammer und die gepulverte Mischung dem erhöhten Druck auszusetzen. Diese oder jede andere Art des Umkleidens der Umfangsfläche und anderer Flächen kann angewandt werden, um dieselben vor dem Abbrennen zu schützen.

Für den Fall, daß es erforderlich ist, Ladungen herzustellen, die austauschbar sind und in die Verbrennungskammer eingesetzt werden können und dabei gleichzeitig nur an der begrenzten Oberfläche abbrennen, kann das Mahlgut in ein Rohr aus Plastik eingeschlossen werden, welches den Kern mit Ausnähme seiner Verbrennungsfläche allseitig umgibt. Die Umkleidung kann aus irgendeinem passenden Material bestehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kern mit Streifen aus Glas oder Glasfasern umwickelt und mit einem in der Hitze härtenden Polyesterharz getränkt, welches die Streifen um den Kern verbindet. Nach der Aushärtung wird der Kern von dem Streifen wie von einem Schutzmantel umschlossen. Der Boden des in dieser Weise umhüllten Kerns ist ebenfalls umkleidet, um ein Abbrennen zu verhindern.

Ein besonderes Merkmal besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Heizpatronen nur Hitze und feste Verbrennungsprodukte liefern. Durch die Hitze wird Wasser in Dampf verwandelt, und die festen Verbrennungsprodukte können durch eine Düse und eine Diffusoreinrichtung ausgestoßen werden. Die Heizladung brennt zigarettenartig, wobei eine konstante Verbrennungszone und Verbrennungsgeschwindigkeit der Ladung an ihrer hinteren frei liegenden Oberfläche gesichert wird.

Die erfindungsgemäße Heizpatrone ist gegen weite Temperaturschwankungen unempfindlich und kann ohne Rücksicht auf die Lagerungszeit sofort verwendet werden.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung, welche besonders in Kriegszeiten von Wichtigkeit ist, besteht darin, daß sie, für einen Unterwasserantrieb angewendet, ohne Erzeugung einer Blasenbahn arbeiten kann, so daß es sehr schwierig ist, ihre Anwesenheit zu entdecken.

Eine andere Besonderheit besteht darin, daß die Energiedichte der gepreßten Ladung 8 Al + 3 KClO₄ einen Betrag von 6 kcal/cm³ überschreitet und daß dies zusammen mit dem guten thermischen Antriebswirkungsgrad bei einem Geschoß von gegebener Größe eine ungewöhnlich hohe Antriebskraft erzeugt. Die Erfindung gestattet die Entwicklung von kleinen Geschossen von großer Reichweite und hoher Geschwindigkeit.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Heizpatrone vom gasfreien Typ, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer einen einzigen Körper bildenden, fest aneinanderhaftenden, unter einem Druck zwischen etwa 2000 und 7000 kg/cm² zusammengepreßten innigen Mischung eines feinzerteilten Metalls mit einem Atomgewicht unter 27 und stöchiometrischen Mengen eines feinzerteilten Oxydationsmittels, bestehend aus einem Alkali- oder Erdalkali-Chlorat, -Perchlorat, -Chromat, -Dichromat oder -Permanganat, besteht.

2. Heizpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gemisch aus Aluminium und Kaliumperchlorat enthält.

3. Heizpatrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Metall und Oxydationsmittel von einer Hülle umgeben ist, die aus einem Gewebe besteht, das mit einem in der Wärme härtenden Polyesterharz getränkt ist.

4. Heizpatrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einer Metallhülse, vorzugsweise aus Kupfer, angeordnet und mit dieser durch einen auf Gemisch und Hülse wirkenden Preßdruck zu einer Einheit verdichtet ist.

5. Heizpatrone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der in und mit der Hülse verdichteten Mischung eine mit einem wärmehärtbaren Polyesterharz imprägnierte Stofflage aufgebracht und ausgehärtet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 006 770; britische Patentschriften Nr. 767 238, 731 096.

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