DE102007037741B4

DE102007037741B4 - Verfahren zum Verbinden eines rohrförmigen Hülsenmantels und eines Hülsendeckels einer Patrone

Info

Publication number: DE102007037741B4
Application number: DE200710037741
Authority: DE
Inventors: Christian Baumann; Holger Brase; Thomas Heitmann
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: WO2009018899A1; DE102007037741A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung von Lignin enthaltenden, rohrförmigen aus verbrennbaren Material bestehenden Hülsenmantels (3) und eines aus einem inerten Material bestehenden rohrförmigen Hülsendeckels (4) einer Patrone (1), dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verbindenden, rohrförmigen Teile (3, 4) mit ihren einander zugewandten Endbereichen (7, 8) gegeneinander gedrückt und relativ zueinander gedreht werden, derart, dass die dadurch erzeugte Reibungswärme zu einem Schmelzen des Lignins führt, dass nach dem Schmelzen des Lignins die Drehbewegung der rohrförmigen Teile (3, 4) relativ zueinander beendet wird und dass die Teile (3, 4) während einer vorgegebenen Haltezeit, bei welcher das Lignin wieder erstarrt, gegeneinander gedrückt bleiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kraftschlüssigen Verbinden von Lignin enthaltenden, rohrförmigen Teilen, wie aus Holz oder Pappe bestehenden Hülsen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Verwendung des Verfahrens zur Verbindung des aus einem verbrennbaren Material bestehenden Hülsenmantels und des aus einem inerten Material bestehenden Hülsendeckels einer Patrone.
Bei großkalibriger Panzermunition mit verbrennbarem Hülsenmantel wird üblicherweise der in der Regel vorwiegend aus Nitrocellulose und Zellstofffasern bestehende Hülsenmantel mit einem an dem Geschoß befestigten und aus einem inerten Material bestehenden Hülsendeckel verklebt.
Als nachteilig hat es sich erwiesen, dass es bei Verwendung eines Klebers aufgrund der unterschiedlichen Schichtdicken zu relativ großen Schwankungen hinsichtlich der Länge der fertigen Patronen kommt. Dieses kann dann unter anderem zu Problemen beim Laden und Entladen der Patrone führen sowie die Reproduzierbarkeit der Treffgenauigkeiten der Geschosse negativ beeinflussen. Außerdem hat sich gezeigt, dass die Festigkeiten der Klebverbindungen relativ stark schwanken, so dass es insbesondere bei Umwelttests zu Brüchen im Verbindungsbereich zwischen Hülsenmantel und Hülsendeckel kommen kann.
Die DE 197 46 782 A1 offenbart ein Verfahren zum reibschweißartigen Verbinden, d. h. eine thermomechanische Verbindung vom Holz, das auf dem Inkohlungsverfahren unter hohem Druck und Temperatur basiert. Das Inkohlungsverfahren ist dabei in etwa vergleichbar mit den Vorgängen beim Verkohlen von Holz unter Luftabschluss, jedoch beschleunigt durch den hohen Druck und der Temperatur. Dabei werden verkohlungstypische Stoffkomponenten freigesetzt, die die Schweißnaht stabilisieren. Als weiteres Anwendungsgebiet wird das klebefreie Dübeln in der Möbelindustrie angegeben.
Die DE 42 01 862 A1 betrifft ein Verfahren zur Delaborierung großkalibriger Gefechtspatronen mit einem verbrennbaren, sich konisch aufweitenden Hülsenmantel, einem Hülsenboden und einem Hülsendeckel, an dem ein Unterkalibergeschoss mit treibkäfig befestigt ist. Um einen Großteil der ursprünglichen Gefechtspatrone verwenden zu können, ist vorgesehen, sowohl den Hülsenmantel als auch den Hülsendeckel vom äußeren Umfang her jeweils in Bereichen mit etwa gleichem Durchmesser zu durchtrennen und den zwischen diesen Bereichen befindlichen Teil zu entsorgen. Bei der Herstellung der neuen Patrone wird dieses durch ein zylindrisches Hülsenmantelteil ersetzt. Die Verbindung wird durch Kleben geschaffen.
Die DE 20 2005 012 097 U1 beschreibt ein Bauteil aus zwei miteinander verbundenen Einzelteilen, wobei die beiden Einzelteile in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden sind. Das erste und das zweite Einzelteil aus einem Verbundwerkstoff mit einem hohen Anteil von Holz oder Cellulose sind im Verbindungsbereich durch ein Schweißverfahren miteinander verbunden. In den Verbindungsstellen ist ein Kunststoff vorgesehen, sodass eine geschlossene Kunststoffschicht vorhanden ist, die beim Schweißvorgang aufgeschmolzen und mit der geschossenen Kunststoffschicht des ersten Einzelteils verbunden wird. Als ein mögliches Schweißverfahren wird das Reibschweißen genannt.
Die DE 297 10 826 U1 betrifft ihrerseits einen Verschleißartikel in der Wehr- bzw. Pyrotechnik. Dieser besteht aus einem biologisch abbaubaren Polymer bzw. die Mischung unter anderem aus einem Lignin etc. Damit soll erreicht werden, dass diese Artikel an Ort und Stelle wieder abgebaut werden. Als Verschleißartikel werden auch Übungspatronen gesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Lignin enthaltende, rohrförmige Teile auf einfache Weise miteinander verbindbar sind und bei dem sichergestellt ist, dass die miteinander verbundenen Teile nur geringe Längentoleranzen aufweisen. Ferner soll die Verwendung des Verfahrens zur Verbindung des aus einem verbrennbaren Material bestehenden Hülsenmantels und des aus einem inerten Material bestehenden Hülsendeckels einer Patrone offenbart werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, die zu verbindenden Teile nicht miteinander zu verkleben, sondern durch ein Rotations-Reibschweißverfahren miteinander zu verbinden. Dabei wird nicht, wie sonst üblich, ein thermoplastischer Kunststoff in die zu verbindenden Teile eingebracht, sondern das in den Zellfasern zusätzlich zu der Cellulose noch vorhandene Lignin verwendet.
Durch im Internet abrufbare Entwicklungsarbeiten der Hochschule für Architektur, Bau und Holz HSB, Burgdorf, Biel, CH-2504 Biel, ist es bekannt, Holzteile durch lineares Reibschweißen miteinander zu verbinden. Dabei wird das im Holz vorhandene Lignin geschmolzen und benetzt die angrenzenden nicht erhitzten Holzteile. Nach dem Reibungsvorgang erstarrt dann das Lignin und es ergibt sich eine feste Verbindung zwischen den zu verbindenden Holzteilen.
Die miteinander zu verbindenden, rohrförmigen Teile werden daher mit ihren einander zugewandten Endbereichen gegeneinander gedrückt und relativ zueinander gedreht, derart, dass die dadurch erzeugte Reibungswärme zu einem Schmelzen des Lignins führt. Nach dem Schmelzen des Lignins wird dann die Drehbewegung der rohrförmigen Teile beendet, wobei die Teile während einer vorgegebenen Haltezeit, bei welcher das Lignin wieder erstarrt, gegeneinander gedrückt bleiben.
Der gesamte Schweißvorgang ist in wenigen Sekunden beendet. Außerdem sind die Längenschwankungen der fertigen Patronen durch den jeweils auf die zu verbindenden Teile bei dem Schweißvorgang ausgeübten konstanten Anpressdruck gering.
Da bei dem Reibschweißvorgang in den Verbindungsbereichen Temperaturen bis etwa 200°C auftreten können, ist darauf zu achten, dass der Zeitraum während der das Schmelzen des Lignins erfolgt und das Material der rohrförmigen Teile derart aufeinander abgestimmt werden, dass ein Entzünden des Materials der rohrförmigen Teile sicher vermieden wird. Es kann daher vorteilhaft sein, wenn die zu verbindenden Teile im Verbindungsbereich spezielle Zonen aufweisen, in denen die Entzündbarkeit herabgesetzt ist.
Dieses kann beispielsweise bei einem Verbinden einer verbrennbaren Hülse mit einem inerten Hülsendeckel einer Patrone dadurch erfolgen, dass der Verbindungsbereich der verbrennbaren Hülse ebenfalls inert ausgebildet ist.
Um einen größeren Verbindungsbereich zu erhalten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die miteinander zu verbindenden Endbereiche der rohrförmigen Teile keilförmig ausgebildet sind. Selbstverständlich kann aber die Form der Schweißverbindung auch als Stumpfstoß ausgeführt sein.
Als zweckmäßig hat es sich ferner erwiesen, wenn die miteinander zu verbindenden Endbereiche der rohrförmigen Teile aus dem gleichen Material bestehen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 schematisch eine Patrone vor der Verbindung des Hülsenmantels mit dem an einem Geschoß befestigten Hülsendeckel und
2 eine vergrößerte Ansicht der Verbindungsbereiche von Hülsendeckel und Hülsenmantel.
In 1 ist mit 1 eine großkalibrige Patrons bezeichnet. Die Patrone 1 umfasst eine aus einem Hülsenboden 2, einem Hülsenmantel 3 sowie einem Hülsendeckel 4 bestehende Treibladungshülse 5 und ein Treibkäfiggeschoß 6. Dabei ist der Hülsendeckel 4 bereits vor der Montage der Patrone 1 mit dem Treibkäfiggeschoß 6 verbunden worden. Sowohl der Hülsenmantel 3 als auch der Hülsendeckel 4 sind auf ihren einander zugewandten Endbereichen 7, 8 keilförmig ausgebildet, so dass sie eine größere Verbindungsfläche aufweisen.
Außerdem enthalten sowohl der aus einem verbrennbaren Material bestehende Hülsenmantel 3 als auch der aus einem inerten Material bestehende Hülsendeckel 4 neben Cellulose euch Lignin.
Der mit dem Hülsenmantel 3 verbundene Hülsenboden 2 ist fest in einer nicht dargestellten ersten Haltevorrichtung eingespannt, während der geschoßseitige Teil der Patrone 1 mit einer in axialer Richtung verschiebbaren und um die Längsachse 9 der Patrone 1 drehbaren zweiten Halteeinrichtung verbunden ist (diese Halteeinrichtung wird in 1 schematisch durch die Pfeile 10 und 11 angedeutet).
Zur Verbindung des Hülsendeckels 4 mit dem Hülsenmantel 3 wird zunächst die zweite Halteeinrichtung so lange in Richtung des Pfeils 10 axial verschoben, bis die beiden zu verbindenden Endbereiche 7, 8 des Hülsenmantels 3 und des Hülsendeckels 4 mit einem vorgegebenen Anpressdruck gegeneinander drücken.
Anschließend wird dann die zweite Halteeinrichtung in Richtung des Pfeils 11 gedreht, so dass in den miteinander zu verbindenden Endbereichen 7, 8 Reibungswärme erzeugt wird, welche zu einem Schmelzen des Lignins führt. Nach dem Reibungsvorgang erstarrt das geschmolzene Lignin während einer Haltezeit wieder und die beiden zu verbindenden Teile 3, 4 sind kraftschlüssig miteinander verbunden. Dabei wird während einiger Sekunden der Anpressdruck der zu verbindenden Teile 3 und 4 gegeneinander aufrechterhalten.
2 zeigt noch einmal die miteinander verbundenen Endbereiche 7, 8 des Hülsenmantels 3 und des Hülsendeckels 4, wobei der Endbereich 7 des Hülsenmantels 3 in diesem Fall ebenfalls aus einem inerten Material besteht, um sicherzustellen, dass bei dem Reibschweißvorgang keine Entzündung des ansonsten verbrennbaren Hülsenmantels 3 erfolgt.
Beim Hülsendeckel handelt es sich um ein inertes Material, analog zum Hülsenmantel. Vorgesehen ist, dass in dem Hülsenmantel wenigstens 40% Kraftzellstofffasern eingesetzt bzw. verarbeitet sind. Diese gebleichten Zellstofffasern haben dabei einen Ligninanteil, bezogen auf den Gesamtanteil von ca. 6%, ungebleichte von ca. 8%, was ausreichend sein soll, dass das Verfahren durchführen zu können.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So können außer Munitionsteile auch andere, Lignin enthaltende, rohrförmige Teile auf einfache Weise miteinander verbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: Patrone
2: Hülsenboden
3: Hülsenmantel, Teil
4: Hülsendeckel, Teil
5: Treibladungshülse
6: Treibkäfiggeschoß
7: Endbereich (Hülsenmantel)
8: Endbereich (Hülsendeckel
9: Längsachse
10, 11: Pfeile

Claims

Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung von Lignin enthaltenden, rohrförmigen aus verbrennbaren Material bestehenden Hülsenmantels (3) und eines aus einem inerten Material bestehenden rohrförmigen Hülsendeckels (4) einer Patrone (1), dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verbindenden, rohrförmigen Teile (3, 4) mit ihren einander zugewandten Endbereichen (7, 8) gegeneinander gedrückt und relativ zueinander gedreht werden, derart, dass die dadurch erzeugte Reibungswärme zu einem Schmelzen des Lignins führt, dass nach dem Schmelzen des Lignins die Drehbewegung der rohrförmigen Teile (3, 4) relativ zueinander beendet wird und dass die Teile (3, 4) während einer vorgegebenen Haltezeit, bei welcher das Lignin wieder erstarrt, gegeneinander gedrückt bleiben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum während der das Schmelzen des Lignins erfolgt und das Material des Hülsenmantels (3) sowie des Hülsendeckels (4) derart aufeinander abgestimmt werden, dass ein Entzünden des Materials der rohrförmigen Teile (3, 4) sicher vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verbindenden Endbereiche (7, 8) des Hülsenmantels (3) und Hülsendeckels (4) jeweils einen keilförmigen Verbindungsbereich aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Schweißverbindung als Strumpfstoß ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verbindenden Endbereiche (7, 8) des Hülsenmantels (3) und Hülsendeckels (4) aus dem gleichen Material bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in das interte Material wenigstens 40% Kraftzellstofffasern eingesetzt bzw. verarbeitet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gebleichten Kraftzellstofffasern einen Ligninanteil bezogen auf den Gesamtanteil von ca. 6% haben.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ungebleichten Kraftzellstofffasern einen Ligninanteil bezogen auf den Gesamtanteil von ca. 8% haben.