DE2756670A1

DE2756670A1 - Verfahren und vorrichtung zur heissformung von bloecken aus zweibasigen propergolen

Info

Publication number: DE2756670A1
Application number: DE19772756670
Authority: DE
Inventors: Pierre Cougoul; Bernard Jean Felix Victor Doin; Andre Hubert Hiss
Original assignee: Societe Nationale des Poudres et Explosifs
Current assignee: Societe Nationale des Poudres et Explosifs
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-12-19
Publication date: 1978-07-13
Also published as: GB1580948A; DE2756670C2; FR2376094B1; FR2376094A1; YU293777A; IT1091375B; YU39625B

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Heißformung von Blöcken aus zweibasigen Propergolen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Heißformung von Blöcken aus zweibasigen Propergolen, die Nitrocellulose, Nitroglycerin und verschiedene Additive enthalten.

Bisher wird die Formgebung von Propergolblöcken des angegebenen Typs durch Heißextrusion mit Strangpressen oder Schneckenpressen vorgenommen. Nach derartigen Verfahren lassen sich Jedoch nur Vollblöcke oder Blöcke mit zentralen Kanälen herstellen, die an beiden Enden münden. Die Herstellung solcher Blöcke erfordert oft zahlreiche Bearbeitungsvorgänge, um bestimmt dimensionierte Außen- oder Innenkonturen zu erzeugen, die sich nicht direkt durch das Extrusionsverfahren selbst herstellen lassen.

In den FR-PSen 1 402 J>k2 und 1 6o4 957 ist ein Verfahren zur Heißformung von zweibasigen Propergolblöcken angegeben. Nach diesem Verfahren wird versucht, den thermoplastischen Zustand des Propergols dadurch zu erzielen, daß dieses in einer beheizten Form, in der sich ein Preßstempel hydraulisch verschieben läßt, gehalten wird, bis das Propergol die Form durch Fließen völlig ausfüllt. Der Temperaturbereich für derartige Formvorgänge, innerhalb dessen die entsprechenden Verfahrensschritte mit ausreichender Sicherheit durchgeführt werden können, ist bei zweibasigen Propergolen auf einen Wert unter 35 ⁰C begrenzt, da oberhalb dieser Temperatur Selbstentzündungsrisiken vorliegen.

Innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs befinden

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sich die zweibasigen Propergole allerdings nicht in einem ausreichend thermoplastischen Zustand, um eine gute Durchführung von Heißverformungsschritten zuzulassen, weshalb allgemein die Temperaturgrenze von 85 ⁰C zur Erzielung eines geeigneten thermoplastischen Zustands erheblich überschritten werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Heißfornung von Blöcken und anderen Antriebsladungen aus zweibasigen Propergolen anzugeben, die bei Temperaturen oberhalb 85 ⁰C ein sicheres Arbeiten ermöglichen.

Das Verfahren umfaßt folgende Schritte:

(a) Einsetzen eines Propergol-Rohlings in eine Form mit einem Formhohlraum, der einem Teil des zu erzeugenden Außenprofils entspricht, und in die ein Stempel mit dem komplementären Teil des zu erzeugenden Außenprofils bewegt werden kann,

(b) Schließen der Form und Aufheizen auf die Formungstemperatur,

(c) Verschieben des Stempels in den Formhohlraum hinein zur Kompression und Verformung des erweichten Rohlings zur endgültigen Form des zu erzeugenden Formkörpers

sowie

(d) Entnahme des so geformten Propergol-Formkörpers.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine dicht verschlossene Form verwendet und in dem Formhohlraum Vakuum erzeugt wird.

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Nach dem dichten Schließen der Form und vor dem Verschieben des Stempels wird entsprechend die zwischen Form und Rohling verbliebene Luft abgepumpt, wobei ein kräftiges Vakuum, vorteilhaft unterhalb J5O mbar und insbesondere ^ 10 mbar erzeugt wird, wobei der vom Stempel auf den Rohling ausgeübte Druck oberhalb 150 bar liegt. Das hohe Vakuum wird bevorzugterweise während der gesamten Verschiebung des Stempels aufrechterhalten.

Durch die Arbeitsweise im Vakuum unter Verwendung einer dichten Form wird einerseits jegliche gefährliche adiabatische Kompression der in des Formhohlraum verbliebenen Luft während des KompressionsVorgangs, also der Verschiebung des Stempels, vermieden, die zu einer Selbstentzündung des Propergols führen könnte, andererseits wird auch die Einführung von Luftblasen in die Propergolmasse hierdurch vermieden; hinzu kommt ferner, daß auch Zersetzungsgase in gleicher Weise entfernt werden können, die während des Heißfließens des Propergols auftreten könnten, da die eingeschlossene Luft und die Zersetzungsgase ebenfalls zur Selbstentzündung führen können.

Der Rohling wird vorteilhaft mit einem Extruder durch Heißextrusion eines PropergolStrangs und dessen Zerschneiden zu Rohlingen mit/aem Gewicht und dem Volumen des zu erzeugenden Formkörpers hergestellt.

Das Volumen des Rohlings kann gleich dem durch die maximale Eindringtiefe des Kolbens der hydraulischen Presse festgelegten verbleibenden Volumen des Formhohlraums sein oder leicht darüber liegen.

Die Rohlinge werden vorzugsweise vor ihrem Einsetzen in den Formhohlraum auf die Heißformungstemperatur gebracht; dieses Aufheizen kann durch Einbringen der Rohlinge in einen auf

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die entsprechende Temperatur aufgeheizten Behälter geschehen, wenn die Rohlinge die Strangpresse verlassen.

Der Formhohlraum und der Stempel werden auf eine Temperatur zwischen 50 und 120 ^,vorteilhaft auf eine Temperatur über 87 ⁰C und insbesondere auf eine Temperatur von 90 bis 110 ⁰C während des HeißformungsVorgangs gebracht.

Der über den Stempel auf den Rohling ausgeübte Druck liegt vorteilhaft zwischen 150 und 1200 bar und vorzugsweise zwischen 250 und 1000 bar.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Propergol ist vorteilhaft ein zweibasiges Propergol (Nitrocellulose-Nitroglycerin), das durch Extrusion oder Laminieren nach ohne Lösungsmittel arbeitenden Verfahren hergestellt ist.

Zweibasige Propergole dieses Typs haben beispielsweise folgende Zusammensetzung:

Zusammensetzung 1; Gew.-Teile

Nitrocellulose 58

Nitroglycerin 42

Centralit 1

Zusammensetzung 2; Gew.-Teile

Nitrocellulose 59

Nitroglycerin 31

Diäthylphthalat 8

Äthylcentralit 3

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Zusammensetzung J>: Gew.-Teile

Nitrocellulose 56

Nitroglycerin 37

Kaliumkryolith 3

Centralit 2

Die Angaben sind jedoch lediglich beispielhaft.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. l:eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Heißformungsverfahrenj die mit durchgezogenen Linien ausgeführte Zeichnung zeigt im linken Teil der Fig. 1 den Stempel in der mittleren Position B, der an dem Propergol-Rohling zu Beginn der Heißformung anliegt; die gestrichelten Linien im unteren rechten Teil der Fig. 1 zeigen den Stempel in vollständig abgesenkter Position C bei Kompression des Rohlings; die strichpunktierten Linien im oberen rechten Teil der Fig. 1 entsprechen der zurückgezogenen Position A des Stempels bei der Entnahme des Formkörpers am Ende der Formgebung;

Fig. 2, J) und 4: Querschnittsansichten von erfindungsgemäß hergestellten Propergolblöcken;

Fig. 5:eine schematische Ansicht, aus der das Einsetzen eines Einsatzes hervorgeht,

sowie

Fig. 6:eine Querschnittsansicht eines mit einem Einsatz versehenen Propergolblocks.

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Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Heißformungsverfahrens gemäß der Erfindung umfaßt folgende Bestandteile:

Eine Form mit senkrechter Achse 1 aus einer im allgemeinen zylindrischen Büchse 2, die am unteren Ende mit einem Stopfen 3, der einen Dichtring 3a aufweist, verschlossen und von einem Heizmantel 4 mit ölzirkulation umgeben ist, der eine Thermostatisierung der Form auf der erwünschten Temperatur erlaubt.

einer

Der Boden der Form 5 besteht aus/Bundmutter mit Innenanschlag, die auf das Ende der Büchse 2 aufgeschraubt ist, wobei ein abscherbarer Sicherheitsdeckel 6 zwischen der Mutter und dem Hülsenende vorgesehen ist (Berstscheibe), um ein Ausstoßen /Stopfens 3 und ein öffnen der Form im Falle einer unbeabsichtigten Entzündung des Propergols zu ermöglichen.

Die Innenwand der Büchse 2 und der Stopfen 3 definieren einen Formhohlraum 7» der das Außenprofil des zu erzeugenden Formkörpers aufweist.

Das zum zu erzeugenden Formkörper komplementäre Profil wird durch einen axial auf einem Stempelträger 9 montierten Stempel 8 vorgegeben, der mit einer beweglichen Einrichtung verbunden ist,die einen beweglichen Trägerschlitten 10 aufweist, der auf zwei senkrechten Stäben 11, 11' gleitbar gelagert ist, die ihrerseits mit einem Träger 12 am Rahmenunterteil 13 befestigt sind, der die Form 1 trägt. Die senkrechte Verschiebung der beweglichen Einrichtung wird durch eine Druckstange 14 bewirkt. Der Stempelträger 9 ist ferner im Inneren einer beweglichen Büchse 15 gleitend gelagert, die über Federn 16 an der beweglichen Einrichtung befestigt ist. Im oberen Teil der Büchse 15 ist ein Dichtring 17 zwi-

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sehen Büchse und Stempelträger 9 vorgesehen; der untere Teil der Büchse 15 ist ausgebohrt und bildet zusammen mit dem Stempelträger 9 einen Ringraum 18, in den ein auf der Büchse 15 vorgesehener Vakuumanschluß 19 einmündet, der mit einer Vakuumpumpe verbunden ist.

Um den Stempelträger herum ist im Ringraum 18 eine Entnahmevorrichtung 20 in Form eines zylindrischen Rohrs von an den Stempelträger angepaßtem Durchmesser vorgesehen, die mit ihrem oberen Bund 20a am Boden der beweglichen Büchse 15 oder einem Bund 9a des Stempelträgers 9 unter der Wirkung einer Rückholfeder 21 anliegt, die auf einem Haltering 22 aufliegt, der sich im Inneren des unteren Teils der beweglichen Büchse 15 befindet; der untere Teil der Büchse weist ferner einen Außenwulst 15a auf, der im Verlauf des Hebens der beweglichen Einrichtung durch einen Endanschlag 23 im Weg begrenzt werden kann, wodurch die Entnahme des Propergol-Formkörpers ermöglicht wird, der an die Entnahmevorrichtung 20 anstößt, während der Stempelträger 9 seinen Hubweg fortsetzt.

Die untere Fläche des Außenwulstes 15a ist ebenfalls mit einem Dichtring 2k versehen, der die Dichtheit des Formverschlusses gewährleistet, wenn die bewegliche Büchse 15 auf ihren Weg nach unten auf dem oberen Rand der Büchse 2 der Form anliegt, wodurch die Evakuierung des Formhohlraums 7 ermöglicht wird.

Wenn sich im Betrieb der Stempel 8 sowie die bewegliche Einrichtung vollständig in der mit A bezeichneten oberen Position befinden, wird in den Formhohlraum 7 ein voller, zylindrischer Rohling 25 aus dem beispielsweise der obigen Zusammensetzung J) entsprechenden zweibasigen Propergol eingesetzt.

Danach werden der Stempel 8 und die bewegliche Einrich-809828/0587

tung gegen die mit B bezeichnete mittlere Position hin abgesenkt, bis die bewegliche BUchse 15 dicht am oberen Rand der BUchse 2 der Form anliegt. Darauf werden der Heizmantel 4 und die Vakuumpumpe in Betrieb genommen, bis Form und Stempel eine Temperatur von 95 ± 5 °C angenommen haben und der Restdruck im Formhohlraum 7 10 mbar beträgt.

Darauf wird die Druckstange 14 in Bewegung gesetzt, um den Stempel 8 völlig in die mit C bezeichnete untere Position abzusenken und das erweichte Propergol unter einem Druck von 250 bis 300 bar zu verpressen. Die Absenkung des Stempels erfolgt wegen der auf den Bund 20a der Entnahmevorrichtung wirkenden Rückholfeder 21, die ihrerseits am Bund 9a des Stempelträgers 9 angreift, allmählich und ohne Stoß. Die Vakuumpumpe wird während der gesamten Dauer des Heißformens in Betrieb gehalten.

Danach wird das Vakuum aufgehoben, die Form abgekühlt und der Stempel und der ausgeformte Block aus der Matrize in die mit A bezeichnete obere Position zurückgezogen. Der erzeugte Formkörper wird mit Hilfe der Entnahmevorrichtung 20 vom Stempel getrennt.

Die Dauer des Heißformens des zweibasigen Propergolblocks beträgt 2/100 s ohne Berücksichtigung der zum Aufheizen von Form und Rohling erforderlichen Zeit.

Mit dem mit einem zylindrischen Ende verlängerten konischen Stempel lassen sich, wie aus der Zeichnung hervorgeht, zweibasige Propergolblöcke von beispielsweise 30 mm Außendurchmesser und 50 mm Länge herstellen; Fig. 2 zeigt eine entsprechende Querschnittsansicht.

Durch Veränderung der Stempelform, beispielsweise durch Verwendung eines zylindrischen Stempels, der einen kleineren

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Durchmesser als der Formhohlraum besitzt, lassen sich selbstverbrennende Hülsen von beispielsweise IO mm Außendurchmesser und 15 mm Länge herstellen, wobei bei einer Heißformungstemperatur von 95 ⁰C und unter einem Druck von 65O bar beispielsweise unter Verwendung der oben angegebenen Propergol-Zusammensetzung 3 oder bei 80 ⁰C unter einem Druck von 95O bar unter Verwendung der obigen Zusammensetzungen 1 oder 2 verfahren wird; eine entsprechende Querschnittsansicht geht aus Fig. 3 hervor.

Durch gleichzeitige Änderung der Form von Stempel und Formhohlraum lassen sich ferner in gleicher Weise radial gerippte Scheiben von beispielsweise 30 mm Außendurchmesser und 5 mm Dicke herstellen, wobei bei einer Temperatur von 95 ± 5 ⁰C und unter einem Druck von 25O bis 300 bar gearbeitet wird; eine entsprechende Querschnittsansicht geht aus Fig. 4 hervor.

Eine interessante Anwendung der Erfindung besteht im Einbringen* ^nes Einsatzes in Propergolblöcke j wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird hierzu der Einsatz 26, im dargestellten Falle eine Schraube, zunächst fest in die Achse des Stempels eingeschraubt, der vorzugsweise die Form eines Kolbens aufweist, und dann unter Druck in einen Propergolblock 25 eingepreßt, der zuvor in den Hohlraum 7 der Form eingesetzt wurde, die auf die erwünschte Temperatur gebracht und evakuiert gehalten wurde.

Der auf diese Weise erhaltene, mit einem Einsatz versehene Propergolblock ist im Querschnitt in Fig. 6 dargestellt.

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Claims

ENTANWÄLTE

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ PATENTANWÄLTE

80OO München 22 · Steinsdorfstr. 10 oipi.-ing. R. beetz sen.

TELEFON (O89) 22 72 OI - 22 7244 - 29BS1O DIpI.-Ing. K. LAMPRECHT

Telex 5 22 O48- Telegramm Allpatent München Dr.-lng. R. BEETZ Jr.

53o-27.6₇8P(27.679H) 19- Dez. 1977 ^-£££2™"™

Dr.-lng. W. TIMPE

DIpI.-Ing. J. SIEGFRIED

SOCIETE NATIONALE.DES POUDRES ET EXPLOSIPS, Paris

Frankreich

Ansprüche

' 1. Verfahren zur Heißformung zweibasiger Propergolblöcke durch:

(a) Einsetzen eines Propergol-Rohlings in eine Form mit einem Formhohlraum, der einem Teil des Außenprofils des zu erzeugenden Formkörpers entspricht, und in die ein Stempel mit dem komplementären Teil des Profils des zu erzielenden Formkörpers bewegt werden kann,

(b) Schließen der Form und Aufheizen von Form, Stempel und Rohling,

(c) Verschieben des Stempels in den Formhohlraum hinein zur Kompression und Verformung des Rohlings zur Form des zu erzeugenden Formkörpers

sowie

(d) Entnahme des so geformten Formkörpers,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Form nach dem Einsetzen des Rohlings dicht verschlossen wird,

daß im Formhohlraum ein Vakuum erzeugt wird, sowie, 550-(B627)-SFBk

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ORIGINAL INSPECTED

daß Formhohlraum und Stempel auf eine Heißformungstemperatur zwischen 50 und 120 ⁰C aufgeheizt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Heißformungstemperatur über 87 ⁰C gearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer He:
gearbeitet wird.

daß bei einer Heißformungstemperatur zwischen 90 und 110 ⁰C
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Restdruck im Formhohlraum unter 30 mbar beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum im Formhohlraum während der gesamten Dauer des Heißformens aufrechterhalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Stempel auf den Rohling ausgeübte Druck zwischen 150 und 1200 bar liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der angewandte Druck zwischen 25O und 1000 bar liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Restdruck im Formhohlraum ^ 10 mbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte Rohling ein dem herzustellenden Formkörper genau entsprechendes Volumen aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling ein genau dem Restvolumen des Formhohlraums ent-

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sprechendes Volumen aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling vor dem Einsetzen in die Form durch Lagerung in einem beheizten Behälter auf die Heiflformungstemperatür gebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich ein metallischer Einsatz in den Propergolblock eingepreSt wird.

IJ). Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

einer Form (1) mit einem Formhohlraum (7), der einem Teil des AuBenprofils des zu erzeugenden Fonnkörpers entspricht,

einem beweglichen Stempel (8) mit dem geometrisch komplementären Profil des zu erzeugenden Formkörpers,

Mitteln (9, 10, 11, 14) zur Verschiebung des Stempels in den Formhohlraum (7) zur Kompression und Verformung des in den Formhohlraum (7) eingesetzten Rohlings

und

Mitteln zur Entnahme des Formkörpers (20) aus der Form (1),

gekennzeichnet durch

(a) Mittel (9, 13, 17, 24) zum dichten Abschließen des Formhohlraums (7 )*

(b) Mittel (19) zum Evakuieren des Formhohlraums (7)

und

und

(c) Mittel (4) zum Aufheizen der Form (l)/des Stempels (8)

auf eine Temperatur zwischen 50 und 120 ⁰C und einen am Boden der Form (5) befestigten, als Berstscheibe dienen-

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den bzw. durch Abscheren öffnenden Deckel (6) zum öffnen des Formhohlraums (7) im Fall einer unbeabsichtigten Entzündung.

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