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Sprenggeschoß Die Erfindung bezieht sich auf ein Sprenggeschoß mit
einem Gehäusemantel aus hochpolymerem Kunststoff.
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Die Vorteile der Verwendung von hochpolymeren Kunststoffen für den
Gehäusemantel von Sprenggeschossen liegen vor allem im geringeren spezifischen Gewicht
dieser Kunststoffe, wodurch größere Schußweiten ermöglicht werden, ferner in den
praktisch in unbeschränktem Ausmaß zur Verfügung stehenden Rohstoffquellen und in
der günstigen Verarbeitbarkeit, was die Grundlage für eine im Kriegsfalle stets
ausreichende Beschaffung bildet, und schließlich im geringen Energieaufwand, der
zur Zerlegung des Gehäusemantels bei der Detonation erforderlich ist, wodurch eine
optimale Ausnutzung der Energie des Sprengstoffes erzielt wird.
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Im Hinblick auf den geringen Energieaufwand für die Zerlegung des
Gehäusemantels ist es zweckmäßig, den Gehäusemantel möglichst dünnwandig und aus
einem schlagfesten hochpolymeren Kunststoff herzustellen. Die gute Schlagfestigkeit
wirkt sich auch günstig auf die Resistenz gegen die vorwiegend dynamischen Beanspruchungen
beim Transport sowie beim Abschuß und Aufprall aus.
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Die erwähnten Vorteile sind vor allem bei isotropen hochpolymeren
Kunststoffen gegeben, also bei hochpolymeren Kunststoffen, welche keine gerichteten
Faserverstärkungen aufweisen.
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Infolge der starken Beschleunigung des Sprenggeschosses beim Abschuß
oder der starken Verzögerung beim Aufprall wirken sehr große Trägheitskräfte auf
das Geschoß ein, die hohe Druckspannungen im Kunststoff des Gehäusemantels verursachen.
Nun weisen aber gerade isotrope hochpolymere Kunststoffe - insbesondere die schlagfesten
Typen - eine relativ geringe Druckfestigkeit auf, weshalb die Gefahr besteht, daß
ein Gehäusemantel aus einem isotropen hochpolymeren Kunststoff schon beim Abschuß
oder beim Aufprall - vor der Detonation des Sprengstoffes - bricht. Ein Bruch beim
Abschuß muß aber allein schon wegen der Gefährlichkeit - es können dadurch Rohrdetonationen
auftreten - mit Sicherheit vermieden werden. Ferner vermindern Brüche des Gehäusemantels
- sei es, daß sie beim Abschuß oder erst beim Aufprall entstehen - die Wirksamkeit
des Sprengstoffes, weil infolge der geringen Verdämmung des gebrochenen Gehäusemantels
mindestens teilweise ein praktisch wirkungsloses Verpuffen des Sprengstoffes an
Stelle einer kräftigen Detonation eintritt.
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Die bei hochpolymeren Kunststoffen übliche Maßnahme zur Verbesserung
der Festigkeitseigenschaften ist die Verstärkung durch gerichtete Fasereinlagen.
Anisotrope glasfaserverstärkte Kunststoffe - also Kunststoffe mit gerichteten Glasfasereinlagen
-sind wesentlich zugfester, aber auch druckfester als die entsprechenden unverstärkten,
isotropen Kunststoffe. Die Verwendung von glasfaserverstärkten Kunststoffen für
den Gehäusemantel von Sprenggeschossen wurde daher auch bereits vorgeschlagen.
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Glasfaserverstärkte Kunststoffe weisen aber in der speziellen Anwendung
einen erheblichen Nachteil gegenüber isotropen hochpolymeren Kunststoffen auf, welcher
darin besteht, daß ein Gehäusemantel aus glasfaserverstärkten Kunststoffen keinesfalls
bei der Detonation ohne nennenswerten Energieaufwand zerlegt wird. Auch die Verarbeitung
und Formgebung von anisotropen glasfaserverstärkten Kunststoffen ist infolge der
speziellen Gestalt eines Geschosses schwieriger als bei isotropen hochpolymeren
Kunststoffen.
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Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß der
aus einem isotropen, vorzugsweise schlagfesten hochpolymeren Kunststoff bestehende
Gehäusemantel Armierungen aufweist, die im wesentlichen in der Längserstreckung
des Geschosses verlaufen, wobei der Werkstoff der Armierungen eine größere Druckfestigkeit
8D, einen größeren Elastizitätsmodul E, jedoch einen kleineren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
a aufweist als der isotrope hochpolymere Kunststoff des Gehäusemantels.
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Wegen des größeren Elastizitätsmoduls der Armierungen werden die beim
Abschuß bzw. beim Aufprall infolge der Trägheitskräfte auftretenden Druckspannungen
zum Teil auf die Armierungen
übertragen. Die restlichen Druckspannungen
können im isotropen hochpolymeren Kunststoff unter dessen Druckfestigkeit gehalten
werden. Die größere Druckfestigkeit des Werkstoffes der Armierungen gibt ferner
die Gewähr dafür, daß auch in diesen die - zwar höheren - Druckspannungen unter
der Druckfestigkeit gehalten werden können.
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Damit ist aber die Gefahr von Brüchen noch nicht gänzlich ausgeschaltet.
Es können nämlich die als Druckkräfte in der Richtung der Geschoßachse wirkenden
Trägheitskräfte auch Verbeulungen des Gehäusemantels infolge von Knickungen der
Armierungen verursachen, was bereits vor dem Erreichen der normalen Druckfestigkeit
Anlaß zu Brüchen gibt.
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Derartige Instabilitätsfälle können an sich durch die Geschoßfüllung
vermieden werden, aber nur dann, wenn der Gehäusemantel und damit auch die Armierungen
durch die Geschoßfüllung eine Stützwirkung erfährt. Änderungen in den äußeren Einflüssen
können aber unter Umständen diese Stützwirkung durch die Geschoßfüllung aufheben.
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Insbesondere sind dabei die Temperatureinflüsse zu nennen, da der
Wärmeausdehnungskoeffizient der Geschoßfüllung meist sehr verschieden ist von dem
des Gehäusemantels und nach den geltenden Abnahmebedingungen für Geschosse die relativ
große Temperaturschwankung von -40 bis +60° C keinen nachteiligen Einfluß auf die
Funktionsfähigkeit des Geschosses haben darf.
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Fast durchweg ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Geschoßfüllung
wesentlich kleiner als der des hochpolymeren Kunststoffes des Gehäusemantels. Bei
höheren Temperaturen - wie sie z. B. beim Abschuß infolge der Reibung des Geschosses
im Rohr und der hohen Wärmeentwicklung bei der Verbrennung der Treibladung auftreten
- wird daher der Gehäusemantel eine stärkere Dehnung als die Geschoßfüllung erfahren,
wodurch die Stützwirkung der Geschoßfüllung verlorengeht.
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Wenn aber gemäß der Erfindung die Armierungen einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen als der isotrope hochpolymere Kunststoff des Gehäusemantels, dann kann
man erreichen, daß der Gehäusemantel gegenüber der Geschoßfüllung höchstens nur
noch eine geringfügige Dehnung erfährt, bei welcher keine Knickgefahr für die Armierungen
besteht.
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Wählt man für die Armierungen einen Werkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten,
der sogar noch kleiner ist als der der Geschoßfüllung, dann verschwinden die Dehnungen
des Gehäusemantels gegenüber der Geschoßfüllung vollständig.
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Die erfindungsgemäße Forderung hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Armierungen weicht von der herrschenden Auffassung, wonach der Werkstoff der
Armierungen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen soll wie der zu armierende
Werkstoff (s. zum Beispiel Stahlbeton), grundsätzlich ab. Der Zweck der Forderung
nach Gleichheit der Wärmeausdehnungskoeffizienten war es, die Ausbildung von Wärmespannungen
zu verhindern. Auch im Geschoßbau wurde eine solche Art der Armierung bereits vorgeschlagen,
und zwar bei den sogenannten Eisenbetongeschossen, bei denen in einem Geschoßkörper
aus Beton Stahlarmierungen angeordnet sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird nun - abgesehen davon,
daß der Gehäusemantel des Geschosses nicht aus Beton, sondern aus einem hochpolymeren
Kunststoff besteht - die traditionelle Forderung nach Gleichheit der Wärmeausdehnungskoeffizienten
fallengelassen. Zwar treten dann in den Armierungen und im hochpolymeren Kunststoff
gewisse Wärmespannungen auf. Im isotropen hochpolymeren Kunststoff des Gehäusemantels
werden jedoch wegen des sehr geringen Elastizitätsmoduls dieser Werkstoffe nur geringe,
praktisch unschädliche Wärmespannungen entstehen. Die Armierungen wiederum weisen
höhere Festigkeiten auf, so daß ohne zusätzliche starke Belastung auch hier die
Wärmespannungen unschädlich sind.
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Die einzigen zusätzlichen starken Belastungen der Armierungen treten
beim Abschuß bzw. Aufprall des Geschosses in Form von Druckbelastungen auf. Da aber
gerade in diesen Fällen auch erhöhte Temperaturen zu verzeichnen sind, werden sich
die Wärmespannungen in den Armierungen als Zugspannungen äußern. Die infolge der
Trägheitskräfte auftretenden Druckbelastungen müssen daher zunächst diese Zugspannungen
abbauen, bevor die Armierungen auf Druck beansprucht werden. Dies ist aber ein Vorteil,
da auf diese Weise eine noch höhere Druckbelastung der Armierungen möglich wird.
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Die durch die erfindungsgemäßen Armierungen erzielten Vorteile müssen
aber keineswegs durch irgendwelche Nachteile kompensiert werden. So wird z. B. eine
wesentliche Erhöhung des Gewichtes der Sprenggranate nicht eintreten, insbesondere
dann nicht, wenn man die Zahl und den Querschnitt der Armierungen nicht unnötigerweise
überdimensioniert.
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Auch hinsichtlich der Verarbeitung treten keine Schwierigkeiten auf;
denn man kann die Armierungen gleichzeitig mit der Formgebung des isotropen hochpolymeren
Kunststoffes einarbeiten, z. B. einspritzen, wenn der Gehäusemantel im Spritzgußverfahren
hergestellt wird.
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Schließlich bleibt durch die erfindungsgemäße Maßnahme auch noch der
Vorteil eines Gehäusemantels aus isotropen hochpolymeren Kunststoffen, bei der Detonation
ohne nennenswerten Energieaufwand zu zerbrechen, erhalten, denn zwischen den Armierungen
liegen Zonen. welche ausschließlich aus isotropem hochpolymerem Kunststoff bestehen.
An diesen Zonen wird bei der Detonation des Sprengstoffes die Zerlegung des Gehäusemantels
- unter geringem Energieaufwand - einsetzen.
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Es wird daher durch die erfindungsgemäße Maßnahme keinesfalls eine
wesentliche Einbuße der Wirkung des Sprenggeschosses eintreten.
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Die Wirkung kann unter anderem eine Minenwirkung (Wirkung der von
der Detonationsstelle ausgehenden Druckwellen) sein - in diesem Fall wird man das
Innere des Sprenggeschosses möglichst zur Gänze mit Sprengstoff ausfüllen - oder
aber eine Splitterwirkung, wobei die wirksamen »Splitter« in Form von Kugeln oder
anderen Partikeln aus Metall in das Innere des Sprenggeschosses eingefüllt werden.
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Besonders für ein solches splitterwirksames Sprenggeschoß ist die
Erfindung von großer Bedeutung, da die Metallpartikeln das Gewicht des Sprenggeschosses
erheblich steigern, wodurch die beim Abschuß und Aufprall auftretenden Trägheitskräfte
besonders hoch ansteigen.
Auch dann, wenn für den Abschuß des Sprenggeschosses
starke Treibladungen zur Erzielung einer hohen Anfangsgeschwindigkeit Vo verwendet
werden, treten infolge der größeren Beschleunigung erhöhte Trägheitskräfte auf,
so daß der erfindungsgemäßen Maßnahme auch in diesem Falle besondere Wichtigkeit
zukommt.
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Beispiele von besonders geeigneten isotropen hochpolymeren Kunststoffen
für den Gehäusemantel sind Polyäthylen (E < 100 kg/mm2, 6D < 10 kg/mm2, 200
- 10-s), Polyamid (E < 150 kg/mm22, bl) < 10 kg/mm2, a - 100 - 10-s). Diese
Kunststoffe weisen eine besonders hohe Schlagzähigkeit und einen sehr geringen Elastizitätsmodul
auf.
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Als Werkstoffe für die Armierungen eignen sich verschiedene Metalle,
wie z. B. Stahl (E = 21000 kg/ mm2, ÖD - 50 kg/mm2, a = 11 - 10-s),
aber auch glasfaserverstärkte Kunststoffe, z. B. glasfaserverstärktes Epoxydharz
(E > 2000 kg/mm2, 8D - 50 kg/ mm2, a - 10 . 10-s).
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Die Armierungen können an der Innenwandung des Gehäusemantels, jedoch
auch an der Außenwandung desselben liegen. Auch eine Einbettung der Armierungen
im Inneren des Gehäusemantels ist möglich.
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Die Armierungen können verschiedene Querschnittsformen aufweisen,
zweckmäßig sind bandförmige, flache Profile, eventuell mit einer längs verlaufenden
eingepreßten Rille.
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Es ist zweckmäßig, die Armierungen zumindest an ihren Endpartien durch
Verbundmittel im Gehäusemantel quer zur Längserstreckung des Geschosses zu verankern,
damit keine Längsverschiebungen zwischen den Armierungen und dem Gehäusemantel eintreten.
Es eignen sich dazu beispielsweise Nocken, welche von den Armierungen aus in den
Werkstoff des Gehäusemantels eindringen.
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Die längs verlaufenden Armierungen können durch zusätzliche ringförmige
Armierungen verbunden, z. B. verschweißt, sein, wobei man auch diese zusätzlichen
ringförmigen Armierungen als Verbundmittel für die Verankerung der längs verlaufenden
Armierungen im Gehäusemantel ausbilden kann.
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Es ist zweckmäßig, die Armierungen im wesentlichen über die ganze
Länge des Gehäusemantels anzuordnen, es kann aber auch unter Umständen genügen,
nur im vorderen Teil des Gehäusemantels Armierungen vorzusehen, da erfahrungsgemäß
der vordere Teil des Gehäusemantels in besonderer Weise durch die Belastungen infolge
der Trägheitskräfte bruchgefährdet ist.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen durch Ausführungsbeispiele näher
erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine Wurfgranate, F i g. 2 ein Artilleriegeschoß, F
i g. 3 ist wiederum eine Wurfgranate und F i g. 4 ebenfalls eine Wurfgranate. Sämtliche
Darstellungen sind Längsschnitte.
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Die Wurfgranate nach F i g. 1 besteht, soweit dargestellt, im wesentlichen
aus einem Kopfzünder 1 (nur strichliert angedeutet), einem Gehäusemantel 2 und Stabilisierungsflügeln
3. Nicht dargestellt ist das Treibladungsrohr, welches auf einem zapfenartigen Fortsatz
4 des Gehäusemantels 2 aufgesteckt wird, und die Füllung der Wurfgranate.
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Der Gehäusemantel 2 besteht aus einem Vorderteil und einem Hinterteil.
Beide Teile sind im Bereich des Zentnerwulstes 5 miteinander verschraubt. Der Gehäusemantel
und die Stabilisierungsflügel bestehen aus Niederdruckpolyäthylen.
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Sowohl der Vorderteil als auch der Hinterteil des Gehäusemantels 2
sind an der Innenwandung durch in den Gehäusemantel 2 eingelegte Armierungsbänder
6 aus Stahl verstärkt. Die Armierungsbänder 6 sind miteinander durch Ringbänder
7 verbunden (verschweißt).
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Die Verbindung der Armierungen (Armierungsbänder 6, Ringbänder 7)
mit dem Gehäusemantel kann auf verschiedene Weise erfolgen. Einfach und zweckmäßig
ist es, die Armierungen gleichzeitig mit der Formgebung des Gehäusemantels einzuarbeiten.
Dies kann beispielsweise - bei Herstellung des Gehäusemantels im Spritzgußverfahren
- in der Art erfolgen, daß man die Armierungen in die Spritzgußform für die beiden
Teile des Gehäusemantels vor dem Einspritzen des isotropen Werkstoffes einlegt.
Auf diese Weise erhält man in den Gehäusemantel eingespritzte Armierungen. Dabei
dienen die Ringbänder 7 als Verbundmittel für die Verankerung der Armierungsbänder
6 gegen Längsverschiebungen zwischen Gehäusemantel 2 und Armierungsbändern 6.
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Beim Artilleriegeschoß nach F i g. 2 schließt an einen Kopfzünder
1 (strichliert angedeutet) ein Gehäusemantel 2 aus Polyamid an. Am Boden
des Gehäusemantels ist eine Asbestplatte 8 angeordnet. Mit 9 ist ein Führungsring
aus Stahl bezeichnet, der zur besseren Führung des Geschosses im gezogenen Rohr
des Geschützes dient. Die Füllung des Geschosses ist nicht dargestellt.
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Im Gehäusemantel 2 sind Armierungsbänder 6 aus glasfaserverstärktem
Epoxydharz, die sich über die ganze Innenlänge des Gehäusemantels erstrecken, angeordnet.
Ringbänder 7, ebenfalls aus glasfaserverstärktem Epoxydharz, verbinden die einzelnen
Armierungsbänder 6 und dienen wiederum als Verbundmittel zur Verhinderung von Längsverschiebungen
zwischen Gehäusemantel 2 und Armierungsbändern 6.
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Die Wurfgranate nach F i g. 3 weist einen einteiligen Gehäusemantel
2 aus schlagfestem Polystyrol auf, welcher an seiner Außenwandung durch in den Gehäusemantel
2 eingelassene Armierungsbänder 6 aus Stahlblech in der Längserstreckung des Geschosses
verstärkt ist. Die Armierungsbänder 6 sind durch Ringbänder 7 aus Stahlblech verbunden,
welche wie bei den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 und 2 auch die Funktion von
Verbundmitteln für die Verankerung der Armierungsbänder 6 mit dem Gehäusemantel
2 ausüben.
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Für die Herstellung eines armierten Gehäusemantels nach F i g. 3 eignet
sich beispielsweise das Blasverfahren oder das Schleudergußverfahren. Die Armierungen
werden vor dem Einbringen des hochpolymeren Werkstoffes für den Gehäusemantel in
die Blas- bzw. Schleudergußform eingelegt.
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Die in F i g. 4 dargestellte Wurfgranate weist einen zweiteiligen
Gehäusemantel aus Hochdruckpolyäthylen auf. Beide Teile des Gehäusemantels enthalten
längs verlaufende Armierungsbänder 6 aus Aluminiumblech, die jedoch im Gegensatz
zu den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 bis 3 nicht in der inneren oder äußeren
Oberfläche des Gehäusemantels eingelassen, sondern direkt im Inneren des Gehäusemantels
eingebettet sind. Als Nocken 10
ausgebildete Verbundmittel sorgen für die
Verankerung
der Armierungsbänder 6 mit dem Gehäusemantel 2. Auch
die Ringbänder 7, welche mit den Armierungsbändern 6 vernietet sind, dienen unter
anderem auch diesem Zweck.
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Die Nocken 10 haben auch eine herstellungstechnische Bedeutung,
indem sie die Armierungen in der Herstellungsform (z. B. Spritzgußform) der Gehäusemantelteile
zwischen Außenform und Kern in Distanz halten.
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Zahl, Werkstoff, Querschnitt, Lage und Verbindung der Armierungen
können in verschiedenster Weise im Rahmen der Erfindung den Gegebenheiten entsprechend
variiert werden. Ebenso sind die Werkstoffe für den Gehäusemantel und dessen Herstellungsverfahren
nicht auf die aufgezählten Beispiele beschränkt.