DE3539310A1 - Verfahren zum aufbringen eines metallischen fuehrungsbandes auf eine geschosshuelle insbesondere geringer wandstaerke sowie nach diesem verfahren hergestellte geschosshuelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Führungsbandes auf eine Geschoßhülle sowie eine Geschoßhülle selbst.

Im Heckbereich eines Artilleriegeschosses sind ein oder mehrere umlaufende Führungsbänder angeordnet. Hierbei handelt es sich um Metallringe, die in einer korrespondieren­ den Ringnut auf der Oberfläche der Geschoßhülle einliegen. Die Dicke eines Führungsbandes ist größer als die Tiefe einer zugehörigen Ringnut, so daß das Führungsband die Oberfläche der Geschoßhülle nach außen überragt.

Das Geschoß wird zum Verschießen in ein mit sogenannten Zügen und Feldern versehenes Geschützrohr eingepreßt, wobei sich die Führungsbänder entsprechend der Form der Felder und Züge verformen müssen, um ihre Führungsfunktion beim Abschießen des Geschosses sicher erfüllen zu können.

Die Führungsbänder müssen demnach einerseits eine gewisse Duktilität aufweisen, andererseits eine ausreichende Sta­ bilität besitzen, um beim Ausbringen des Geschosses einen optimalen Drall auf das Geschoß zu übertragen. Dazu gehört auch eine sichere Verbindung gegenüber der Geschoßhülle, da auf diese erhebliche Querkräfte bei der Benutzung ein­ wirken. Dem wird durch ein Verpressen der Führungsbänder in die korrespondierenden Ringnuten Rechnung getragen, wo sie fest einsitzen.

Allerdings hat die Ausbildung der beschriebenen Ringnut den Nachteil einer mechanischen Schwächung des entsprechen­ den Teils der Geschoßhülle. Dieser Nachteil wird um so deutlicher, je geringer die Wandstärke der Geschoßhülle ist, wodurch sich entsprechende Limitierungen ergeben. In der Regel müssen Geschoßhüllen heute noch mehr als zehn Millimeter dick ausgeführt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Geschoßhülle mit umlaufendem Führungsband anzubieten, bei der die be­ schriebenen Festigkeitsverluste minimiert werden, ohne auf eine absolut sichere Verbindung zwischen Hülle und Führungsband verzichten zu müssen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es nicht notwendig ist, eine Ringnut auf der Oberfläche der Geschoß­ hülle vorzusehen, in die das Führungsband eingepreßt wird, sondern daß es auch Verfahren gibt, mit denen das Führungs­ band sicher unmittelbar auf die geschlossene Oberfläche der Geschoßhülle aufgebracht werden kann, so daß auch die Wahl der Dicke ( zur Erzielung einer Mindestfestigkeit ) der Geschoßhülle nicht mehr durch die Führungsbänder be­ dingt ist, sondern ausschließlich durch die Material-/ Werkstoffeigenschaften der Geschoßhülle selbst. Damit bietet die Erfindung eine Möglichkeit an, bei gleichen Werkstoffen für die Geschoßhülle sehr viel geringere Wand­ stärken vorzusehen, da auf querschnittsmindernde und festig­ keitserniedrigende Ringnuten verzichtet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen eines me­ tallischen Führungsbandes ist damit insbesondere auch auf gegenüber dem Stand der Technik dünnere Geschoßhüllen abgestellt und besteht darin, zum Aufbringen des metal­ lischen Führungsbandes feinste, durch vorheriges Erhitzen plastisch verformbare Teilchen mit hoher Geschwin­ digkeit solange auf die entsprechenden Oberflächenabschnitte der Geschoßhülle aufzuspritzen, bis die gewünschte Schicht­ dicke des Führungsbandes erreicht ist. Es wird also eine unmittelbare Auflage eines Führungsbandes auf der Oberfläche der Geschoßhülle vorgesehen, wobei das Führungsband nicht mehr in Form eines vorgeformten Metallbandes aufgebracht, sondern durch Verspritzen feinster verformbarer Metallteilchen nach und nach aufgetragen und gebildet wird. Die Teilchen­ größe ist unter anderem in Abhängigkeit von der Temperatur, der Aufspritzgeschwindigkeit, der Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes und dessen Schmelzpunkt individuell einzustel­ len, wird jedoch in der Regel im µm-Bereich liegen. Es kommt darauf an, Teilchen von der zweckmäßigsten Größe mit einer solchen Geschwindigkeit in erwärmtem Zustand auf die Hüllenoberfläche zu schleudern, daß die Teilchen mit ihren plastisch verformbaren Bereichen sich beim Auf­ treffen unter Einstellung eines kompakten Gesamtgefüges verformen können.

Um eine zu große Erwärmung der Oberfläche der Geschoß­ hülle und damit (unerwünschte) Gefügeveränderungen zu vermeiden, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Er­ findung vor, die Erwärmung der Teilchen nur soweit durch­ zuführen, daß diese ausschließlich in ihrem Oberflächen­ bereich angeschmolzen werden. Diese oberflächliche Plasti­ fizierung reicht aus, um die Teilchen beim Aufprallen auf die Geschoßhülle oder die zuvor dort aufgetroffenen Teilchen zu verformen und so nach und nach eine dichte Packung aufzubauen, die vorzugsweise unter Drehen der Geschoßhülle bei feststehender Spritzeinrichtung nach und nach zu dem gewünschten Führungsband führt.

Derartige Verfahren sind unter der Bezeichnung Flamm­ beziehungsweise Lichtbogenspritzen auf anderen technischen Gebieten bekannt, beispielsweise zur Reparatur beschädigter Silos etc. Die Anwendung des Prinzips dieser Verfahren zum Aufbringen eines Führungsbandes auf eine Geschoßhülle stellt dagegen eine neue Verwendung dar. Auf dem Gebiet der Wehrtechnik und hier speziell der Herstellung von Artilleriegeschossen haben diese Verfahren bisher keinen Eingang gefunden, da alle bekannt gewordenen Weiterent­ wicklungen, die zum Beispiel den Ersatz von metallischen Führungsbändern durch Kunststoff-Führungsbänder vorsehen, stets die Ausbildung einer Ringnut auf der Oberfläche der Geschoßhülle vorschlagen ( US-PS 39 10 194).

Insoweit ist es überraschend, daß durch einen derartigen Spritzauftrag Führungsbänder ausgebildet werden können, die einerseits eine ausreichende Haftung auf der Geschoß­ hülle aufweisen, andererseits aber auch die notwendige Verformbarkeit zeigen, um in die Züge des Geschützrohres eingepreßt werden zu können.

In der Regel bestehen die Geschoßhüllen aus hochfestem Stahl, beispielsweise einer Legierung des Typs 30CrNiMb8, während als Material für die Führungsbänder vorzugsweise Kupfer-Zinklegierungen vorgesehen werden. Da Kupfer und Eisen jedoch schwer miteinander verbindbar sind, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß vor dem Verdüsen der Teilchen zur Bildung des Führungs­ bandes eine Haftschicht auf die Geschoßhüllenoberfläche aufgebracht wird, vorzugsweise gleichfalls durch einen Spritzauftrag. Dabei kann es vorteilhaft sein, insbesondere bei mit einer Oxidhaut überzogenen Geschoßhüllen, diese zunächst zu aktivieren, das heißt von der Oxidhaut zu befreien und aufzurauhen, um mehr Angriffs-/Verbindungs­ flächen für die Haftschicht vorzusehen. Als Material für die Haftschicht bieten sich bei den vorstehend genannten Werkstoffen für die Geschoßhülle und das Führungsband Molybdän, aber auch Nickel-Aluminid oder Cermets auf der Basis Aluminium-Nickeloxid an. Da eine Molybdängespritzte Bindeschicht eine relativ geringe Zugfestigkeit aufweist, wird in der Regel Nickel-Aluminid (80 Gewichtsprozent Nickel, 20 Gewichtsprozent Aluminium) bevorzugt, deren Zugfestigkeit etwa doppelt so groß wie die einer Molybdän­ schicht ist.

Zur Vorbehandlung der Geschoßhüllen-Oberfläche vor dem Haftauftrag schlägt die Erfindung in einer vorteilhaften Ausgestaltung den Einsatz von Korund oder Hartgußkies in feinster Körnung als Strahlungsmittel vor.

Die Erwärmung der Metallteilchen beim Spritzauftrag des Führungsbandes kann sowohl durch eine Gasflamme, vorzugs­ weise ein Acetylen/Sauerstoff-Gemisch, wie auch elektrisch erfolgen. Gegebenenfalls kann ein Schutzgas zugemischt werden, um Aufoxidationen zu minimieren. Es ist erfindungs­ gemäß auch vorgesehen, das gesamte Verfahren in einer abgeschlossenen Kammer durchzuführen, in der eine Schutzgas­ atmosphäre, beispielsweise Argon, eingestellt wird.

Im Gegensatz zum Flammspritzen sind die beim Lichtbogen­ spritzen erzielbaren Abschmelzleistungen theoretisch nach oben hin unbegrenzt. Sie steigen fast linear mit der von einer Stromquelle abgegebenen Stromstärke. Begrenzungen der Spritzleistung ergeben sich aber insoweit, als zum einen nur innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls eine bestimmte Menge aufgetragen werden soll, zum anderen auch eine Überhitzung der Spritzschicht und damit der Geschoß­ hüllen-Oberfläche vermieden werden soll, was zu Festigkeits­ verlusten führen würde.

Die Erfindung sieht in einer weiteren vorteilhaften Aus­ gestaltung vor, daß zur Vermeidung von Überhitzungen die Geschoßhülle während des Spritzauftrages von innen gekühlt wird.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Spritzauftrages kommt es insbesondere in Abhängigkeit von der Teilchengröße, Tempe­ ratur und kinetischen Energie, mit der die Teilchen auf der Oberfläche auftreffen, zu einer mehr oder minder dichten Schicht. Diese kann - durch Einstellung der vorstehend genannten Parameter - nahezu beliebig variiert werden, was zusammen mit der Auswahl des Werkstoffes der Geschoß­ hülle ermöglicht, unterschiedliche Festigkeiten/Duktilitäten und/oder Porositäten der Führungsbänder einzustellen. Es hat sich gezeigt, daß Porositäten bis zu fünf Prozent vorteilhaft sind, da hierdurch die Verformbarkeit günstig beeinflußt wird.

Die vorstehend genannten Verfahrensparameter haben aber auch einen Einfluß darauf, wie stark die aufgespritzten Teilchen die Oberfläche der Geschoßhülle verformen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu vor, daß bei einer Materialstärke der Geschoßhülle von nur 2 bis 4 mm der verformte Bereich der Geschoßhülle unter 0,1 mm liegt. Diese Schicht bildet dann eine Art Diffusionsschicht zwischen Geschoßhülle und Haft-/Binde­ schicht. Das Beispiel zeigt, daß die Geschoßhüllendicke erfindungsgemäß unter Aufrechterhaltung der Festigkeit gegenüber herkömmlichen Hüllendicken deutlich vermindert und damit der Nutzraum des Geschosses bei gleichem Kaliber erheblich vergrößert werden kann, worin ein weiterer erheb­ licher Vorteil einer erfindungsgemäßen Hülle liegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche beschrieben. So kann anstelle einer Erwärmung der Feststoffteilchen mittels einer Gas­ flamme auch eine elektrische Erwärmung vorgesehen werden. Neben den genannten Werkstoffen für die Geschoßhülle und das Führungsband können selbstverständlich auch andere Werkstoffe Verwendung finden. Dabei wird der Geschoßmantel vorzugsweise stets aus vergüteten Stahlqualitäten bestehen. Für das Führungsband haben sich Legierungen gegenüber physikalischen Stoffgemischen als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Zur schnelleren und gezielten Bearbeitung schlägt eine Ausführungsform der Erfindung vor, eine mit einer der Breite des Führungsbandes entsprechenden Ausnehmung verse­ hene Schablone beim Spritzen auf die Hülle aufzulegen. So kann der belegte Bereich begrenzt werden. Soweit not­ wendig kann sich an die beschriebene Herstellung noch eine spanende Nachbearbeitung des aufgebrachten Führungs­ bandes anschließen, um diesem eine definierte Form zu geben.

Claims (22)

1. Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Führungs­ bandes auf eine Geschoßhülle insbesondere geringer Wandstärke, dadurch gekennzeichnet, daß feinste, durch vorherige Erwärmung plastisch verformbare Teilchen mit hoher Geschwindigkeit solange auf den ent­ sprechenden Oberflächenabschnitt der Geschoßhülle aufge­ spritzt werden, bis die gewünschte Schichtdicke des Führungsbandes erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erwärmung der Teilchen nur soweit erfolgt, daß lediglich eine Plastifizierung im Oberflächen­ bereich der Teilchen vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erwärmung durch eine Gasflamme, vorzugsweise ein Acetylen/Sauerstoff- oder Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisch erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erwärmung elektrisch erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verspritzen der Teil­ chen in einer Schutzgasatmosphäre erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Spritzvorgang die zu bespritzende Oberfläche der Geschoßhülle aufgerauht und/oder desoxidiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Behandlung der Geschoßhüllen­ oberfläche durch Bestrahlen mit einem feinkörnigen Material größerer Härte als der der Geschoßhülle erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Geschoßhülle aus einem Vergütungs­ stahl mit Korund oder Hartgußkies bestrahlt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Bestrahlen aber vor dem Spritzen eine Schicht zur Verbindung der Werk­ stoffe der Geschoßhülle und des Führungsbandes, vorzugs­ weise durch Aufspritzen zuvor erwärmter, feinster Fest­ stoffteilchen aufgetragen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Molybdän, Nickel-Aluminid oder Cermets auf der Basis Aluminium-Nickeloxid in Pulverform aufge­ tragen wird (werden).

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Führungs­ bandes ein Legierungspulver verspritzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Legierung des Typs CuZn 85/15 aufgespritzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschoßhülle vor dem Aufspritzen der das Führungsband anschließend bildenden Teilchen auf eine Temperatur über Raumtemperatur, aber deutlich unter der der aufgespritzten Teilchen erwärmt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur lokalen Begrenzung des aufgespritzten Führungsbandes eine entsprechende Schablone auf die Geschoßhülle aufgelegt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum kontinuierlichen und gleichmäßigen Auftragen des Führungsbandes die Geschoß­ hülle rotierend unter einer stehenden Spritzeinrichtung bzw. die Spritzeinrichtung rotierend um die feststehende Geschoßhülle geführt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsband nach dem Auftrag auf die Geschoßhülle einer spanenden Nachbe­ arbeitung unterzogen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschoßhülle beim Bespritzen von innen gekühlt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem mit einem Inertgas wie Argon oder Stickstoff gefüllten abgeschlos­ senen Raum durchgeführt wird.

19. Geschoßhülle mit umlaufendem Führungsband, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18.

20. Geschoßhülle nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine materialschlüssige Verbindung zwischen Geschoßhülle und Führungsband.

21. Geschoßhülle nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeich­ net durch eine Porosität des Führungsbandes von maximal 5 Volumenprozent.

22. Geschoßhülle nach einem der Ansprüche 19 bis 21, mit einer Wandstärke außerhalb des Führungsbandes zwischen zwei und vier Millimeter, bei der eine Zone von maximal 0,1 mm Dicke im Kontaktbereich zum Führungsband verformt aus­ gebildet ist.