VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ZERSCHNEIDEN EINES KÖRPERS AUS FESTEN EXPLOSIVSTOFFEN, INSBESONDERE COMPOSITE-RAKETENTREIBSTOFFEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer Vorrichtung zum Zerschneiden eines Körpers aus festen Explosivstoffen.

Feste Explosivstoffe werden in relativ großen Mengen bzw. Stückzahlen in Feststoffraketen und Triebwerken aller Art, wie z.B. Boden-Luft-, Boden-Boden- und Luft-Luft-Raketen eingesetzt. In großen Stückzahlen befinden sich derartige Raketen und Triebwerke in Lagern zur Aufbewahrung und sind einer Delaborierung bzw. einem Recycling bzw. einer Vernichtung zuzuführen. Dazu sind gefahrlose, ökologisch saubere und effiziente Technologien erforderlich. Die für Feststoffraketen eingesetzten Composite-Treibstoffe besitzen einen hoben Ansteil von 60 bis 80% eines Sauerstoffträgers sowie von Aluminium in Pulverform in einem Bereich von 5 bis 10%. Als Sauerstoffträger werden in der Regel Ammoniumperchlorat, Kaliumperchlorat oder Ammoniumnitrat verwendet. Dabei ist zu beachten, daß z.B. Ammoniumperchlorat (NH₄ClO₄) bei 240°C Chlor als starkes Atemgift und Sauerstoff zur Unterstützung einer Verbrennung freisetzt. Darüber hinaus besteht bei festen Treibstoffen das Problem, daß sie die Fähigkeit aufweisen, sich bei ihrer Bearbeitung statisch aufzuladen. Die statischen Aufladungen können zu Spannungen von bis zu 1000 V führen Die dabei zwangsläufig auftretenden elektrischen Entladungen können zwar wegen ihrer kurzen Lebensdauer den festen Treibstoff nicht entzünden, können jedoch den bei einer z.B. trockenen Bearbeitung, wie Sägen, Schleifen usw., entstehenden Pulverstaub entzünden, welcher seinerseits wiederum zu einer Entzündung des festen Treibstoffes führen kann. Des weiteren weisen feste Raketentreibstoffe eine hohe Schlag- und Reibempfindlichkeit auf.

Für die Entsorgung von Munition und festen Treibstoffen von Raketen kleiner Reichweite sind bisher eine zeitliche begrenzte "open air"-Verbrennung kleiner Treibstoffmengen im Rahmen von erteilten Ausnahmegenehmigungen zuständiger Behörden eingesetzt worden. Wegen der relativ großen Stückzahlen an Feststoffraketen und Triebwerken sowie wegen der großen Masse von monolithisch gegossenen Festbrennstoffkörpern scheidet deshalb, auch aus ökologischen Gesichtspunkten, eine "open air"-Verbrennung aus. Es muß deshalb eine Bearbeitung der festen Treibstoffe gewährleistet werden. bei welcher Reaktionen ausgeschlossen werden können, die eine Gefährdung für Mensch und Umwelt darstellen.

In WO-A-94 00275 sind ein Wasserstrahl-Schneidverfahren sowie die Zusammensetzung eines Wasserstrahls dafür unter Verwendung von abrasiven Teilchen beschrieben. Bei diesem Schneidverfahren werden auch reaktive Materialien, wie z.B. Explosivstoffe, Treibstoffe, entflammbare Stoffe, verbrennbare Stoff und ähnliches angewendet. Das Verfahren ist so ausgebildet, daß der bei dem Schneidverfahren verwendete Wasserstrahl eine auf der Oberfläche eines zu schneidenden Substrats vorhandene Lösung durchdringen muß. Bei dem beschriebenen Wasserstrahl-Schneidverfahren wird dem Wasserstrahl ein abrasives Fluid sowie gegebenenfalls eine oberflächenaktive Substanz beigefügt. Dieser derart zusammengesetzte Strahl wird auf das zu zertrennende Substrat gerichtet.

Eine Verbrennung der festen Raketentreibstoffe ohne vorherige Portionierung ist vor allem bei Raketentriebwerken von Raketen großer Reichweite wegen des hohen Anteils an Brennstoffmasse an der Gesamtmasse der Rakete nicht realisierbar.

Gegenwärtig sind keine Technologien zur Delaborierung bzw. Portionierung von Composite-Raketentreibstoffen bekannt. Das kann unter anderem damit begründet werden, daß die Delaborierung/Vernichtung von Raketen bzw. von deren Triebwerken in der jüngeren Vergangenheit nicht notwendig war.

Es ist deshalb das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Zerschneiden von festen Explosivstoffen zu schaffen, mit welchem größere monolithische Körper aus festen Explosivstoffen, insbesondere aus Composite-Raketentreibstoffen, in kleinere Teile delaboriert bzw. portioniert werden können.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 erreicht. Die abhangigen Patentansprüche 2-5 betreffen Weiterbildungen der Erfindung.

Danach wird bei einem Verfahren zum Zerschneiden eines Körpers aus festen Explosivstoffen, insbesondere Composite-Raketentreibstoffen. ein aus einer Düse austretender Hochdruckwasserstrahl auf den Körper aus festem Exlosivstoff gerichtet, wobei gleichzeitig die Düse und der Körper aus festem Explosivstoff während des Zerschneidens eine Relativbewegung zueinander ausführen. Die Verwendung eines Hochdruckwasser strahls als Schneidwerkzeug vermeidet in effektiver Weise die bei anderen mechanischen Trennverfahren auftretenden gefährlichen thermischen Effekte, indem z.B. die beim Zerschneiden erzeugte Wärmeenergie mit dem als Kühlmittel wirkenden Wasser abgeführt wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß das Verfahren unter Umgebungsdruckbedingungen ausgeführt werden und gleichzeitig eine unbeabsichtigte Entzündung des festen Treibstoffes unterbunden werden kann.

Bei einem bevorzugten Ansführungsbeispiel wird das Verfahren zum Zerschneiden aus festen Explosivstoffen bestehenden Körpers auf einen Körper aus Composite-Raketentreibstoff angewendet. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit beim Zerschneiden des aus festen Composite-Raketentreibstoff bestehenden Körpers werden dem Hochdruckwasserstrahl Schleifpartikel zugegeben.

Die Schneidvorschubbewegung kann entweder durch Fixieren der Lage der Düse und Bewegen des Körpers aus Composite-Raketentreibstoff, durch Bewegen der Düse und Fixieren des Körpers oder durch Bewegen von sowohl dem Körper als auch der Düse realisiert werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Schneidvorschubbewegung um mindestens zwei Achsen, um gekrümmte oder geneigte Schneidflächen erzielen zu können. Je nach Beschaffenheit des Composite-Raketentreibstoffes tritt der Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck im Bereich von 30 bis 120 MPa aus der Düse aus.

Wenn der Composite-Raketentreibstoff sich in einer Ummantelung befindet, so kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel diese durch Hochdruckwasserstrahlschneiden im Inneren der Ummantelung zwischen der inneren Oberfläche der Ummantelung und der äußeren Oberfläche des Composite-Raketentreibstoffes erfolgen, um den Körper aus Composite-Raketentreibstoff aus der Ummantelung herauszuschälen. Das Herausschalen ist ohne Zertrennen des Treibstoffkörpers und der Ummantelung möglich, weil sich zwischen Körper und Ummantelung ein Bindermittel befindet.

Da das Portionieren von Composite-Raketentreibstoffen zu den Technologien mit potentiellen Gefährdungen gehören, können bei noch einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schneidvorschubbewegungen von Düse und/oder Körper aus Composite-Raketentreibstoff sowie ausgewählte Parameter des Hochdruckwasserstrahls, wie z.B. Austrittsdruck, Strahldurchmesser, Strahlfokussierung, Anteil an Schleifpartikeln im Hochdruckwasserstrahl usw. ferngesteuert werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nun anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1a)

eine Seitenansicht mit auf dem Schneidtisch aufgespanntem zu zerschneidendem Körper mit einem an einem Rahmen verschiebbar angeordneten Düsenhalter;

Fig. 1b)

eine Draufsicht der Anordnung von Fig. 1a);

Fig. 2a)

eine Stirnseitenansicht eines auf Antriebsrollen gelagerten Körpers aus Composite-Raketentreibstoff bei feststehend angeordneter Düse;

Fig. 2b)

eine Seitenlängsansicht der Anordnung von Fig. 2a).

In Fig. 1a) ist eine Seitenansicht eines Schneidtisches 5 mit mittels Spannbändern 3 aufgespanntem Körper 1 aus Composite-Raketentreibstoff gezeigt, wobei es sich um einen Körper 1 relativ kleiner Treibstoffmasse handelt. An dem Schneidtisch 5 ist an jeder Längsseite jeweils ein Führungsrahmen 13 angeordnet, der durch einen Träger 15, an welchem der Düsenhalter 6 mit der Düse 7 für den Hochdruckwasserstrahl 2 verschiebbar angeordnet ist, überspannt wird, wobei der Träger 15 in Längsrichtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff verschiebbar ist. Der Träger 15 zur Befestigung des verschiebbaren Düsenhalters 6 für die Düse 7 ist in Fig. 1b) dargestellt. Dadurch, daß der Düsenhalter 6 durch eine erste Antriebsvorrichtung, die z.B. ein über eine zugeordnete Steuereinrichtung gesteuerter Schrittmotor ist, sowohl auf dem Träger in Querrichtung zu dem Führungsrahmen 13 als auch mit dem Träger in Längsrichtung auf dem Führungsrahmen 13 durch eine zweite Antriebsvorrichtung verschiebbar angeordnet ist, können sowohl Schnitte in Querrichtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff als auch in dessen Längsrichtung parallel zur Längsachse oder durch gleichzeitige Bewegung des Düsenhalters 6 auf dem Träger 15 und auf dem Führungsrahmen 13 in schrägen Flächen erzeugt werden. Dadurch kann eine Portionierung des monolithischen Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff in beliebige Größeneinheiten realisiert werden.

Bei einem vereinfachten Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, auf separate Antriebe für den Träger in Längsrichtung des Körpers 1 aus Composite-Raketentreibstoff zu verzichten und lediglich Schnitte rechtwinklig zur Längsachse des Treibstoffes mit dem Hochdruckwasserstrahl 2 auszuführen.

Wenn es sich um relativ lange zylindrische Körper 1 aus Composite-Raketentreibstoff handelt, ist es notwendig, mehrere Spannbänder 3 beabstandet voneinander in Längsrichtung des Körpers 1 vorzusehen und mit dem Schneidtisch 5 zu verspannen.

In Fig. 2a) ist eine Seitenstirnansicht eines Körpers 8 aus einem Composite-Raketentreibstoff größerer Masse gezeigt, welcher auf zwei in Längsrichtung sich erstreckenden, durch eine zweite Antriebsvorrichtung 9 angetriebene Rollen an dessen unteren Bereich gelagert ist, wobei der Körper 8 sich in einer Umhüllung befindet, die vorzugsweise aus Metall ist und sich über die Längsausdehnung des Körpers 8 erstreckt. Durch die zweite Antriebsvorrichtung 9 wird der Körper 8 mit der metallischen Umhüllung 10 in eine Rotation um seine Längsachse gebracht. An einem an dem Schneidtisch 5 befestigten Rahmen 14 ist der Düsenhalter 6 mit der Düse 7 für den Hochdruckwasserstrahl 2 derart angeordnet, daß der Wasserstrahl in einem Bereich der Stirnseite 11 des Körpers 8 gemäß Fig. 2b) auftrifft, der ringförmig sich zwischen der Innenseite der metallischen Umhüllung 10 und der Außenseite des Körpers 8 aus Composite-Raketentreibstoff befindet. Durch die Fixierung der feststehenden Düse 6 an dem Rahmen 14 des Schneidtisches 5 kann mit dem Hochdruckwasserstrahl der Körper 8 aus der metallischen Umhüllung 10 herausgeschält werden und somit einer späteren Portionierung in geeigneter Weise zugeführt werden. Im Bereich zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche des Körpers 8 und der inneren Oberfläche der metallischen Umhüllung 10 ist ein Bindemittel vorgesehen, so daß bei Richten des Hochdruckwasserstrahls 2 in den durch das Bindemittel gebildeten Zwischenbereich 12 weder die Metallummantelung 10 noch der Composite-Raketentreibstoff 1 zerschnitten werden.

Um, falls notwendig, eine Vermischung des Composite-Raketentreibstoffes mit Metallpartikeln der metallischen Umhüllung 10 beim Zerschneiden zu verhindern, ist durch einen tangential geführten Längsschnitt die Auftrennung der Umhüllung 10 möglich, ohne den Composite-Raketentreibstoff 1 zu schneiden.

Mit einem derartigen Verfahren bzw. einer derartigen Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, unterschiedliche Größen von Körpern 1 aus Composite-Raketentreibstoff mit oder ohne Metallumhüllung 10 zu delaborieren bzw. zu portionieren und einer weiteren Entsorgung, z.B. durch portionsweises Verbrennen, zuzuführen, wobei die mit dem Hochdruckwasserstrahl 2 eingebrachte Trennenergie abgeführt wird, so daß eine Gefährdung durch unbeabsichtigtes Entzünden des Raketentreibstoffes eliminiert bzw. stark reduziert werden kann. Des weiteren kann die Vorrichtung zur Ansführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ferngesteuert und das Verfahren selbst bei normalen Umgebungsdruckbedingungen zur Erzeugung beliebig großer Portionierungsstücke des Composite-Raketentreibstoffes angewendet werden.