Geschützrohr und <B>Verfahren zur</B> Herstellung desselben. Es ist bekannt, dass die heute üblichen Feuerwaffen und die Schiessverfahren, die mittels derartiger Feuerwaffen abgewickelt werden, vom energetischen Standpunkt aus höchst mangelhaft sind. Nur ein Bruchteil der von den Treibgasen entwickelten Energie wird auf das eigentliche Geschoss als Bewe gungsenergie übertragen, während der grö ssere Teil der Energie in Form von Wärme-, Licht- und Schallerzeugungen, Reibung so wie vor allem durch wirkungslose Abgase in. Verlust. gerät.
Diese Verluste haben den be sonderen Nachteil, da.ss sie sich ihrerseits wie der zu einem grossen Teil in Werkstoff zerstörungen und Werkstoffschädigtingen Lun- setzen, indem sie die Temperatur der Ge- sehützrohrwandungen auf Werte steigern, bei denen das Gefüge der diese Wandungen bil denden Werkstoffe weitgehend verschlechtert wird. Dazu kommt, dass die Drücke mehrere tausend Atmosphären Überdruck betragen, dass die Treibgase den Werkstoff chemisch an greifen und dass in thermischer Beziehung die heissen Explosionsgase Korrosionen und Ero sionen des Werkstoffes hervorrufen. Schliess lich sind die Einwirkungen des Geschosses selbst zu beachten.
Die Führungsringe des Geschosses müssen deformiert werden; es tre ten dadurch an den Kanten der Züge und Felder hohe Kantenpressungen auf, die in Verbindung mit der entstehenden Reibung und den erwähnten Drücken und Geschwin digkeiten zunächst zu Zermürbungen, Aus- bröckehingen und schliesslich zu Ausbrüchen des Werkstoffes führen.
Die mit den letzten Entwicklungen der Waffentechnik verbundene, springhafte Er höhung der Schusszahl je Zeiteinheit, die vor allem durch die wachsende Geschwindigkeit der Ziele bedingt ist, ohne däss Beschränkun gen durch je Zeiteinheit durchführbare Lade- und Verschlussvorgänge eintraten, weil man diese mechanisch abzuwickeln verstand,
brachte eine potenzierte Steigerung der genannten Be anspruchungen mit sich, so dass bei den heute gebräuchlichen Kadenzen Lauf und Rohr nach einer Schusszahl ausgewechselt werden müs sen, die überraschend geringfügig ist und Werte erreicht, bei denen die Anwendbarkeit der Waffe selbst in Frage gestellt wird, weil gerade bei Geschützen die Anzahl der mit zuführenden Rohre zu selbst im Rahmen eines modernen Krieges problematischen Kosten und Transportschwierigkeiten führen würde, abgesehen von den Feuerpausen, .die durch einen Rohrwechsel entstehen und die aus tak tischen Gegebenheiten heraus unter einem be stimmten Minimum bleiben müssen.
Es trat daher das natürliche Bestreben auf, durch geeignete Ausbildung des Laufes oder des Rohres diese erhöhten Beanspruchun gen auszugleichen. Das geschah zunächst, indem man zu immer höherwertigen Werk stoffen, legierten und hochlegierten Stählen bei der Herstellung derartiger Feuerwaffen überging, wobei auch metallurgische, thermi sche und chemische Vergütungsverfahren neben einem besonderen, mechanischen Auf bau der Läufe und Rohre Anwendung landen.
Später versuchte man, durch Überzüge, -wie Hartverchromung der Läufe und Rohre, die Lebensdauer während der Zeitspanne zu ver grössern, in der die Feuerwaffe zielgenau ar beitet. Da jedoch, dabefi kein einheitlich metallischer, homogener Verband zwischen Schicht und Werkstoff zu verwirklichen war, konnten derartige Vorschläge keinen Erfolg bringen und damit Eingang in die praktische Waffentechnik finden.
Eine weitere Entwiek- lung kennzeichnet sich dadurch, dass Büchsen aus hochwarmfesten Stoffen, aus sogenann- ten Gasturbinenstählen, eingezogen werden. Jedoch entspricht auch hier das Ergebnis nicht dem Aufwand, abgesehen .davon, dass erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich der erforderlichen Herstellungsgenauigkeiten zu überwinden sind.
Unter den Vergütungsverfahren könnte bei der ersten Betrachtung auch die Nitrie- rung, das heisst eine Stickstoffanreicherung in den beanspruchten Werkstoffstücken, in Frage kommen, da man nitrierte Teile -wegen ihrer gesteigerten Gleit- und Führungseigen- schaften in der Maschinentechnik bereits an wendet. Jedoch musste jede weitere Über legung dazu Anlass geben, diese Möglichkeit als ungeeignet zu verwerfen.
Es ist bekannt, dass sich Eisennitrid bereits bei Temperaturen von 300 zersetzt. Da die Beanspruchungs temperaturen bei Feuerwaffen ein Mehrfaches dieses Wertes betragen, ist somit nicht zu er warten, dass die durch eine Nitrieriung zu er zeugenden Eisennitridschichten die Lebens dauer eines einzigen Abschusses überdauern.
i Dazu kommt, dass die in der Maschinentechnik erwünschte Härtesteigerung der Werkstoff oberfläche die Gefahr der Versprödung mit sich bringt, so dass derartig harte und spröde Schichten a priori als ungeeignet auszuschei den haben. Schliesslich ist in der Ballistik die Meinung vertreten, dass die im Lauf bzw.
im Rohr in. Wärme umgesetzte Reibungsenergie noch nicht eins vom Hundert der in den Treibgasen enthaltenen Gesamtenergie be trägt, so dass es offensichtlich zwecklos zu sein scheint, durch eine Verbesserung der Gleit- und Führungseigenschaften des Werk stoffes in bezug auf das Geschoss nennens werte Fortschritte erzielen zu können.
Eine weitere Überlegung führt dabei zu einer Differenzierung zwischen den Läufen für leichte Infanteriewaffen, wie Maschinen gewehre, und Geschützrohren, wie sie etwa mit einem Kaliber von 16 mm, insbesondere 20 mm, ab aufwärts Anwendung finden. Diese Differenzierung findet ihre Ursache in den abweichenden Verhältnissen zwischen Durchmesser der Bohrungen (Seele) und den Wandstärken von Läufen und Rohren. Wäh rend dieses Verhältnis bei den erwähnten Waffen unter 16 mm Kaliber in der Grössen ordnung bis etwa 1 : 5 liegt, verändert es sich bei den höheren Kalibern auf 1: 3 und mehr. Als Folge tritt eine qualitative Änderung in der Art der Lauf- bzw. Rohrschäden auf.
Während diese bei den kleinkalibrigen Waffen hauptsächlich auf thermische Einflüsse zu rückzuführen sind, überwiegen bei den grösse ren Kalibern ab etwa 16 mm, vorzugsweise 20 mm, das heisst bei den Geschützrohren, die Schäden durch Korrosionen, Erosionen und chemische Angriffe.
Die auf vorwiegend ther mische Ursachen zurückgehenden Schäden werden damit weitgehend unabhängig von dem Mechanismus und Chemismus der Vor gänge, die sich zwischen geschossführenden Laufflächen und Geschoss selbst abwickeln, so dass sie für die Frage, ob durch Nitrierung von Läufen erhebliche technische Fortschritte zu erzielen sind oder nicht, zunächst ausschei den.
Dagegen konnte man die Nitrierung ge- schossführender Flächen von Geschützrohren aus diesem Grunde als in Betracht kommend ansehen, wenn die Nitrierung selbst nicht aus den vorher dargelegten Gründen als völlig aussichtslos hätte betrachtet werden müssen, ganz abgesehen von der Schwierigkeit, Werk stücke von den Dimensionen lind wechsehiden Wandstärken moderner Geschützrohre aller Kaliber im Verlauf der Behandlung auf hohe,
völlig gleichmässige und unter dem Umwand- lungspunkt bleibende Temperatur erhitzen zu müssen.
Entgegen den dargelegten fachmännischen Überlegungen und Vorurteilen angestellte, praktisch durchgeführte Versuche haben je doch ergeben, dass ein gänzlich unvorherseh barer und in seinen Ausmassen völlig über raschend grosser technischer Fortschritt durch Nitrierung des Werkstoffes von Geschütz rohren an geschossberührten Flächen zu er zielen ist.
Bekanntlich wird bei der Prüfung von (--#'eschützrohren von den taktischen Gegeben heiten ausgegangen, die u. a. auch darin be stehen, dass nach einer Anzahl von Schüssen nachgerichtet werden muss. Da die betrach teten Geschütze hoher Kadenz hauptsächlich zur Flieger- und Panzerabwehr Anwendung finden, ist z.
B. davon auszugehen, dass nach einer .Serie von Schüssen bei den in Betracht kommenden Kadenzen eine längere Pause da durch eintritt, dass das Geschütz das nächste Flugzeug oder den nächsten Panzer als Ziel annimmt. Unter Berücksichtigung dieser Ge sichtspunkte, die zur Festlegung bestimmter Prüfanforderungen führten, konnte die Zahl der Schüsse, bei denen infolge Auftretens von Querschlägen eine-Streuung in den Treffern eintritt, auf einen Wert gebracht werden, der mindestens um fünfzig vom Hundert ober halb der Werte liegt, die mit Geschützrohren zu erzielen waren,
bei denen sämtliche bis jetzt bekannten Hilfsmittel der metallurgi schen und ballistischen Techniken Aniven- dung gefunden haben. Durchwegs wurde die erwähnte Schusszahl sogar auf das Zwei- bis Dreifache der bisher normalerweise erreich baren Werte erhöht. Durch Anwendung be sonderer Arbeitsweise, die weiter unten im einzelnen erörtert werden, lassen sich die er wähnten Mundest- und Mittelwerte bis auf das Zehnfache der bisher erreichbaren Zahlen und darüber hinaus steigern.
Die Ursachen dieses entgegen jeder fach- n)ännischen Voraussicht eintretenden Er folges sind noch nicht völlig aufgeklärt. Es darf jedoch angenommen werden, .dass neben der gesteigerten Härte der Oberfläche der gleichmässige Verband der nitrierten SchiQh- ten mit dem Grundwerlvstoff zu einem vom Festigkeitsstandpunkt besonders guten Zu sammenhang führt, wobei der radiale Wärme fluss vor allem nicht durch Stossfugen, okklu- dierte Gashäute und sonstige, heterogene Schichten behindert ist.
Dazu kommt, dass Zersetzungstemperaturen für im Kornver band eines legierten Stahls eingelagerte Ni tride der verschiedensten Bildungsstufen we sentliche Unterschiede gegenüber bekannten Zersetzungstemperaturen gleicher, aber freier chemischer Verbindungen aufweisen, wobei ,die Zersetzungen nur in einem Ausmass auf treten, das auf dünne, möglicherweise sogar molekulare Schichten begrenzt bleibt.
Offen sichtlich bildet sich dabei. durch die auftre tenden Zersetzungen ein Gaspolster aus, auf dem das Geschoss im Rohr gleitet. -Dadurch werden die Reibungs-, .Gleit- und Führungs verhältnisse zwischen Rohrwandung und Ge schoss vermutlich sprunghaft verbessert, - so dass es zu den erwähnten, überraschend hohen Schusszahlen kommt.
Eine weitere, hier spezi fische Eigenart, die sich bei den Untersuchun gen zeigte, die zu diesen hohen Schusszahlen führten, besteht darin, dass der Bereich zwi schen den Schusszahlen, bei denen Streuung einerseits und die ersten Querschläger ander seits auftreten, nicht nur in das Gebiet der hohen Schusszahlen verschoben, sondern selbst auch ausserordentlich eingeengt wird.
Wäh rend beispielsweise bei unbehandelten Läufen die Streuung bei einem Werte x auftrat, dem gegenüber die ersten Querschläger bei etwa 3 # x auftraten, verschieben sich die entspre chenden Zahlen bei nitrierten Läufen auf 0,8<I>y</I> und 1,0<I>y,</I> wobei<I>y</I> mindestens 5 x war.
Das erfindungsgemäss ausgebildete Ge schützrohr ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Geschützrohres an geschoss- berührten Flächen Stickstoffanreicheinulgen aufweist.
Unter geschossberührten Flächen sind da bei Flächen verstanden, die mit dem Ge- sehoss, das heisst dem beim Abschuss durch das Rohr getriebenen Munitionsteil, oder mit dem Geschoss verbundenen Teilen, wie Führungs- ringen, zur Berührung kommen. Geschoss berührt ist somit das Geschosslager und der Teil des Rohres, der sich an dasselbe an schliesst. An diesen Flächen des Geschütz rohres treten erfahrungsgemäss in besonders hohem Ausmass Korrosionen, Erosionen und chemische Angriffe auf. Daher werden na mentlich diese geschossberührten Flächen er findungsgemäss Stickstoffanreicherungen auf weisen.
Der Werkstoff des Geschützrohres kann an geschossberührten Flächen auch noch Anrei cherungen von andern Elementen als Stick stoff aufweisen. So ist es bekannt, .dass es sehr schwierig ist, Stickstoff, ihn enthaltende Mi schungen oder Stickstoff enthaltende Verbin dungen sowie Gemenge aus diesen völlig frei von andern Elementen zu erhalten. Tritt als derartiges Element beispielsweise Kohlenstoff auf, so kann eine sogenannte Carbonitrierung eintreten.
Auch diese Nitrierung ist in be stimmten Fällen vorteilhaft, ohne dass die An- ivendung eines Verfahrens ausgeschlossen wäre, das zu reinen Stickstoffanreicherungen führt. Weiter kann es zweckmässig sein, dass der Werkstoff des Geschützrohres an geschoss- berührten Flächen Gehalte an die Anreiche rung von Stickstoff begünstigenden Stoffen aufweist.
Als derartige Stoffe kommen insbe sondere Aluminium, Chrom, aber auch Mo lybdän in Betracht, ohne dass diese Aufzäh lung die sogenannten Nitridträger erschöpfend erfassen würde. Aus denselben Gründen kann der Werkstoff des Geschützrohres auch Ge halte von Stoffen aufweisen, die die Anrei cherung an andern Elementen als Stickstoff, wie beispielsweise Bor, Chrom oder derglei- ehen, begünstigen. Im Sonderfalle sind also geschossberührte Flächen eines Geschützrohres nitriert.
Die Stickstoffanreicherung kann da bei aus der festen Phase erfolgen, indem bei spielsweise das Geschützrohr in Stickstoff enthaltende Verbindungen, Mischungen oder Gemenge aus diesen eingepackt und dann er hitzt wird. Es besteht die weitere Möglichkeit, die Stickstoffanreicherung aus der flüssigen Phase erfolgen zu lassen. Das geschieht bei spielsweise durch Anwendung von Cyanid- Bädern für das Geschützrohr. Schliesslich kommt die Stickstoffanreicherung aus der Gasphase in Betracht.
Das geschieht beispiels weise dadurch, dass das Geschützrohr nach FR.Y gasnitriert wird. Jedoch ist man nicht an diese Gasbehandlung gebunden, sondern die Anreicherung kann auch mittels einer ionisierten Gasphase erfolgen. Hierzu kann die Nitrierung mittels Gasentladungen, insbe sondere Glimmentladungen, in einer Stick stoff- oder stickstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt werden.
Diese Arbeitsweise hat eine Reihe massgebender weiterer Vorteile, so class sie vorzugsweise in Betracht kommt und besonders behandelt werden soll, während Ni trierungen nach den andern- Arbeitsvisen -weitgehend bekannt sind und ausserdem be stimmte Eigenarten haben, nach denen sie je weils in Betracht kommen oder ausgeschlos sen sind.
Die Glimmnitrierung ermöglicht ausser ordentlich gleichmässige Anreicherungen der in Betracht kommenden Werkstoffschichten an Stickstoff. Die Behandlungstemperatur kann dabei mit Sicherheit unterhalb der Um wandlungstemperatur von Stahl gehalten wer den, so dass unerwünschte oder gar schäd liche Gefügeänderungen ausgeschlossen sind. Die Behandlungszeiten sind ausserdem gegen über andern Verfahren meist wesentlich ver kürzt. Die Temperaturerhöhung beschränkt sich im wesentlichen auf die behandelten Schichten und klingt nach dem Werkstoff kern zu stark ab, so dass dieser fast unbeein flusst bleibt.
Der Verbrauch an elektrischer Energie und an chemischen Behandlungs stoffen ist verhältnismässig gering, so dass das Verfahren äusserst wirtschaftlich selbst dann wird, wenn Geschützrohre grössten Ausmasses zur Behandlung kommen. Die Oberflächen härte, die durch die Nitrierung gesteigert wird, kann ganz allmählich zum Kern des Werkstoffes zu abfallen. Dabei entstehen keine heterogenen Schichten, sondern der me tallurgische Gefügeverband bleibt voll erhal ten. Dadurch wird die Wärmeabfuhr, wie be reits oben erwähnt, besonders günstig, so da.ss auch die mechanische Festigkeit und Bean- spruchbarkeit der behandelten Werkstoffe ungeändert bleiben.
Derartige Nitridschichten haben auch eine gesteigerte Widerstands fähigkeit gegen chemischen Angriff. Über die Herabsetzung der Reibung ist bereits oben das Erforderliche gesagt worden. Die für das Dreistoffsystem Eisen-Kohlenstoff-.Stickstoff kennzeichnende Epsilon-Phase, die besonders spröde ist und zu Absplitterungen neigen würde, wenn sie erzeugt würde, kann bei An wendung dieser Arbeitsweise überhaupt ver mieden werden.
Bei Durchführung der zuletzt erwähnten Arbeitsweise wird man zweckmässig von allen Verfahrensmassnahmen Gebrauch machen, die in Verbindung hiermit bereits vorgeschlagen worden sind, um besonders günstige Ergeb nisse zu. erzielen. Verwiesen wird auf das Schweizer Patent Nr. 291360, in welchem vor geschlagen -wurde, den Verlauf der Glimm- entladung periodisch zu ändern und zu diesem Zwecke vorzugsweise eine elektrische Bestim mungsgrösse periodisch zu variieren, indem beispielsweise die Gasentladung impulsge- steuert wird.
Ferner ist das Schweizer Patent Nr. 291362 zu nennen, nach welchem bei mit einer kathodischen Werkstoffzerstäubung ver bundenen Glimmentladungen das Ausmass der Kathodenzerstäubimg . durch spätestens im Einwirkungszeitpunkt, erfolgende Zusätze mindestens eines die Kathodenzerstäubung beeinflussenden, die Nitrierung aber nicht be einträchtigenden weiteren Stoffes zur Stick stoffatmosphäre im Gasentladungsraum be- einflusst werden kann.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungs beispiel einer Anlage, in der ein Geschützrohr mittels Glimmentladungen in einer Stickstoff atmosphäre nitriert werden kann.
Es bezeichnet 1 Glas Innere der Gasentla- dtingskammer, die aus dem Boden 2 und der Haube 3 besteht. Das Bodenstück 2 trägt die schematisch dargestellte Stromeinführung, die aus dem Isolierteil 4 und dem kühlmittel- durchströmten Elektrodenteil 5 zusammen gesetzt ist.
Als Stromquelle ist ein Dreiphasengleich- rieliter dargestellt worden, der den Speise- transformator 6, drei Gleichrichterrö1iren 7, 8, 9 sowie in üblicher Weise den induktiven Phasenschieber 10 zur Gittersteuerung der Röhren 7, 8, 9 umfasst. Die Speisung des Cleichrichters erfolgt an den Klemmen 11, 12, 13, von denen aus auch Verbindungen zum Hilfsgleichrichter 14 sowie zu den An schlüssen des Phasenschiebers 10 ausgehen.
Die vom Hilfsgleichrichter 14 gelieferte Gleichspannung dient nach Siebung mit den üblichen Drosseln und Kondensatoren 15 zur zusätzlichen Speisung der Gleichrichterröhren 7, 8 und 9 über ein Potentiometer 16 und einen Umschaltkontakt 17. Der positive Pol des Gleichrichters ist über die Leitung 18 an die als Anode dienende Begrenzungswand 2, 3 angeschlossen. Die im Boden 2 angeordnete , Kathode 5 ist über die Leitung 19 mit dem negativen Pol des Gleichrichters verbunden.
Der Umschaltkontakt 17 steht über den Schwinghebel mit Rolle 20 unter dem Ein fluss einer Noekenscheibe 21, die über Elektro motor 22 mit Reduktionsgetrieben 23, 24 in Umdrehungen versetzt wird. Befindet sich die Rolle 20 des Schwinghebels in angehobener Stellung, so erhalten die Steuerelektroden der Gleichrichterröhren 7, 8, 9 über Kontakte 17.- und 25 eine höhere negative Vorspanntmg als bei nichtangehobener Rolle 20, wobei über Kontaktteile 17 und 26 eine kleinere, am Po tentiometer einstellbare,
negative Spannung den Steuerelektroden zugeführt wird. Die , Nockenscheibe 21 besteht dabei aus zwei ge geneinander verdrehbaren Teilscheiben, von denen jede eine Nockenerhebung mit einer im Bogenmass gemessenen, ,peripheren Länge von 180 besitzt.
Beide -Teilscheiben sind gegen- , einander verdrehbar, so dass es möglich ist, die Zeitdauer des Anhebens des Schwing hebels 17, 20 beliebig einzustellen. Durch diese Massnahme wird das Verhältnis Impuls länge zur -pause verändert, während durch , den Widerstand 27 eine Beeinflussung der Drehzahl des Motors 22 möglich ist, somit die Frequenz der Impulsfolge voreinstellbar ist.
Es besteht also mit den gezeigten und be schriebenen Mitteln die Möglichkeit, dem Gas entladungsraum Stromimpulse der verschie- densten Frequenz und mit beliebigen Ver hältnissen zwischen Impulsdauer und Impuls pause zuzuführen. Ausserdem ist es mit Hilfe des Potentiometers 16 möglich, während der Impulspausen den Strom völlig auf den Wert Null zu reduzieren oder ein einstellbares Grundniveau des Stromes aufrechtzuerhalten, das durch Impulse verstärkt wird. Bei 28 ist eine Evakuierungspumpe vor gesehen, die vom Elektromotor 29 aus ange trieben wird.
Die Evakuierungspumpe 28 steht mit dem Raum 1 über Leitung 30 in Verbindung. Durch eine Absperreinrichtung 31 kann die Evakuierungspumpe gegen den Gasentladungsraum völlig abgeschlossen wer den. In diesem Falle dient das Nadelventil 32, das im Nebenschluss zu Absperrventil 31 angeordnet ist, zur Verminderung der abge saugten Gasmenge, um beliebige Drücke im Entladungsraum 1 einstellen zu können.
In der Gasflasche 33 befindet sich unter hochgespanntem Druck stehender Stickstoff oder Ammoniak, in der Flasche 34 ein unter hohem Druck befindliches Edelgas, z. B. Argon, Krypton usw. Der Flasche 33 nach geschaltet ist ein Reduzierventil mit Druck- anzeigeeinrichtungen 35. Die auf diese Weise eingestellte Stickstoffmenge wird über Lei tung 37 einem Wechselventil 39 zugeführt, dessen Steuerküken mit Hilfe des Kurbel triebes 40 vom Elektromotor 41 aus angetrie ben wird.
Der Elektromotor 41 steht unter dem Einfluss eines Regulierwiderstandes 42, so dass seine Drehzahl, die über das Reduzier getriebe 43 auf das Wechselventil 39 herab gesetzt zur Wirkung kommt, beliebig einstell bar ist. Auf diese Weise kann die Frequenz, mit der dem Behandlungsraum 1 bestimmte, durch das Reduzierventil 35 voreinstellbare Stickstoffmengen je Zeiteinheit zuzuführen sind, in beliebiger Weise verändert werden.
Mit dem Wechselventil 39 auch verbunden ist die Leitung 38, die zur Zuführung der zuzu setzenden Edelgasmenge dient, die über die Reduzierventilanordnung 36 mit den entspre chenden Druckanzeigevorrichtungen ebenfalls voreinstellbar ist. Das Wechselventil 39 ent- lässt also zur Leitung 44 abwechselnd hinter einander bemessene Stickstoff- und Edelgas mengen, die in der angegebenen Weise dosiert worden sind.
Eine noch weitergehende Beein flussung der Entladung durch Druckvariatio nen findet im rhythmisch gesteuerten Nadel ventil 45 statt, das unter dem Einfluss einer Nockenscheibe 47 steht, die über das Redu- ziergetriebe 48 vom Elektromotor 49 aus in Umdrehungen versetzt wird. Der Elektromotor 49 steht wieder unter dem Einfluss eines Re gulierwiderstandes 50, so dass, der Häufigkeit des Behandlungswechsels entsprechend, die Frequenz der Druckimpulse veränderlich ein stellbar wird, die den Behandlungsgasen über das rhythmisch gesteuerte Nadelventil 45 er teilt werden.
Die Gase strömen durch das Zuleitungsrohr 46 in den Rezipienten.
Naturgemäss können an die Stelle dieser einfachen Anordnung für den Fall, dass noch weitergehende Anforderungen an die Genauig keit der Dosierung gestellt werden, Einrich- tungen treten, die eine noch genauere Dosie rung ermöglichen. So könnte die Nadelventil steuerung 45, 47, 48, 49 hinter den Reduzier ventilen 35 und 36 bereits in den Zuführungs leitungen 37 und 38 vorgesehen sein, so dass die Bemessung der beiden Gasanteile unab hängig voneinander erfolgt und damit die Ge nauigkeit der Abmessung vergrössert wird. Die Nockenscheibe 47 kann auswechselbar sein.
An die Stelle der Drosselregelung kann eine volumetrisch wirksame Regelung treten, so dass die Mengenregulierung unabhängig von der jeweiligen Spannung der Gase wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit der dar gestellten vereinfachten Anordnung eine ge nügend freie Einstellbarkeit des Zusatzstoffes gegenüber dem Stoff möglich ist, der zur Er zeugung der Haupt- oder Grundbehandlungs- atmosphäre erforderlich ist oder als solche dient.
Die .Speisung der Motoren 22, 41 und 49 erfolgt unter Zwischenschaltung der bereits erwähnten Regulierwiderstände 27, 42 und 50 von den Stromanschlüssen 51, .52 aus.
Das zu behandelnde Geschützrohr selbst. ist mit 53 bezeichnet und wurde als einfacher Zylinder veranschaulicht; es ist mit der Ka thode 5 verbunden und unterliegt somit der Nitrierung in der ionisierten Gasatmosphäre. Das Werkstück unterliegt auch einer kathodi- sehen Abstäubung, die in der dargestellten Weise so eingestellt werden kann, dass etwaige, durch die Nitrierutng eintretenden Dimensio- nierungsänderuzngen völlig ausgeglichen wer den,
wenn auf absolute Masshaltigkeit des Werkstückes Wert gelegt wird. Entsprechend einer Verminderung der Anforderung kann es naturgemäss auch genügen, nur einen Teil der Volumenzunahme auszugleichen. Es kann vor teilhaft oder notwendig sein, einen Teil des Rohres von der Nitrierung auszunehmen, falls z. B. eine nachträgliche Bearbeitung nötig ist. Im Ausführungsbeispiel ist eine derartige .Massnahme - am V erschlussstück schematisch gezeigt.
Das Geschützrohr 53 zeigt bei 54, also beim Verschlussblock, eine topfförmige Ab schirmung. Der Topf 54 ist dabei durch me tallische Verbindung über die Stützen 55, 56 mit der Bodenplatte 2 anodisch geschaltet. Dadurch, dass er das Werkstück mit kleinem Abstand umgibt, wird im Bereiche des Topfes die Glimmentladung unterdrückt. Die Ka thode 5 selbst ist gekühlt. Sie ist zu diesem Zwecke als Hohlzylinder ausgeführt, der an seinem untern Ende Anschlussstutzen für die Kühlmittelzufuhrleitung 57 und für die Kühlmittelabflussleitung 58 bildet.
Die Zeichnung zeigt weiter Einrichtungen, um den Verlauf der Gasentladung bestim mende Grössen in selbsttätiger Abhängigkeit vom Temperaturzustand des Geschützrohres zu regeln. Zu diesem Zwecke ist ein Tempe raturfühler 59 in Form eines Thermoelemen- tes in das Innere des Werkstückhalters ein geführt. Der erzeugte Thermostrom wird über die Leitungen 60, 61 dem Anzeigeinstrument 62 und über diese einem Steuerrelais 63 zu geführt. Das Steuerrelais beeinflusst durch Kurzschliessen des variablen Widerstandes 64 den Strom, der über Leitung 19, 18 dem Ent ladungsgefäss zugeführt wird.
Sinkt beispiels weise die Temperatur des Geschützrohres 53 unter einen bestimmten Wert, so wird über die 'feile 59, 62 des Stromkreises das Relais 63 so beeinflusst, dass seine Kontakte geschlos sen werden. Infolge der dadurch eintretenden Überbrückung des Regulierwiderstandes 64 tritt eine vermehrte Energiezufuhr und damit eine Temperaturzunahme des Werkstückes auf.
Wird ein gewisser Temperaturzustand des Geschützrohres überschritten, so erfolgt auf dem gleichen Wege Öffnung der Kontakte des Relais 63 -Lind damit Einschaltung des Widerstandes 64 und in dessen Folge Herab setzung der dem Entladungsgefäss zugeführ ten Leistung. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch, so dass die Geschützrohrtempera- tur um einen bestimmten Mittelwert in klei nen einstellbaren Grenzen pendelt.
Der,bei der Beschreibung des Ausfüh rungsbeispiels erwähnte Zusatz von Edelgas, insbesondere Krypton, aus .der Flasche 34 kann dazu dienen, eine bei -der Nitrierung auftretende unerwünschte Volumenvergrösse rung eines Werkstückes durch Intensivierung der Abstäubung auszugleichen. Je nach Lage des Falles und bei geringer Volumenzunahme kann es genügen, der Behandlungsatmosphäre, im Beispielsfall NH3, nur weitere Stickstoff mengen zuzusetzen.
Dieser Stickstoffanteil zeigt keinerlei unerwünschte Nebenwirkun gen, da Stickstoff in der dissoziierten NI-I.3- .Atmosphäre sowieso vorhanden und atomarer Stickstoff Reaktionsteilnehmer ist. Findet im Prozess dagegen eine zu grosse Zerstäubung statt, so kann man eine geringere Abstäu- bung dadurch erreichen, dass aus der Flasche 34 Heliumgas zugeführt wird.
Da bei der Dissoziation von Ammoniak gleichzeitig Wasserstoff auftritt, kann in analoger Weise eine eventuell erwünschte verminderte Zer- stäu bung durch Dosierung eines -Wasserstoff zusatzes aus der Flasche 34 erzielt werden.
Gun barrel and <B> method </B> for making same. It is known that the firearms customary today and the shooting procedures that are carried out using such firearms are extremely inadequate from an energetic point of view. Only a fraction of the energy developed by the propellant gases is transferred to the actual projectile as kinetic energy, while the greater part of the energy in the form of heat, light and sound generation, friction and, above all, loss of ineffective exhaust gases. device.
These losses have the particular disadvantage that they themselves, like the majority of them, result in material destruction and material damage by increasing the temperature of the protective tube walls to values at which the structure of these walls forms Materials is largely deteriorated. In addition, the pressures are several thousand atmospheres overpressure, the propellant gases attack the material chemically and the hot explosion gases cause corrosion and erosion of the material in a thermal relationship. Finally, the effects of the projectile itself must be taken into account.
The bullet's guide rings must be deformed; As a result, high edge pressures occur on the edges of the trains and fields, which in connection with the resulting friction and the pressures and speeds mentioned initially lead to attrition, chipping and finally to chipping of the material.
The sudden increase in the number of shots per unit of time associated with the latest developments in weapon technology, which is primarily due to the increasing speed of the targets, without the restriction of loading and locking processes that can be carried out per unit of time, because these were handled mechanically,
brought with it a potentiated increase in the stresses mentioned, so that with the cadences in use today, the barrel and barrel have to be replaced after a number of shots that is surprisingly low and reaches values at which the applicability of the weapon itself is questioned because Especially with guns, the number of tubes to be fed in would lead to problematic costs and transport difficulties even in the context of a modern war, apart from the pauses in fire that result from changing the barrel and which, due to tactical circumstances, have to remain below a certain minimum.
There was therefore a natural endeavor to compensate for these increased demands by suitable training of the barrel or the pipe. This was initially done by switching to ever higher quality materials, alloyed and high-alloy steels in the manufacture of such firearms, with metallurgical, thermal and chemical tempering processes in addition to a special mechanical construction of the barrels and tubes.
Later attempts were made to extend the service life during the period in which the firearm was working precisely by using coatings such as hard chrome plating on the barrels and tubes. However, since it was not possible to achieve a uniform, metallic, homogeneous bond between layer and material, such proposals were unsuccessful and thus found their way into practical weapon technology.
Another development is characterized by the fact that bushings made of highly heat-resistant materials, so-called gas turbine steels, are drawn in. However, here too the result does not correspond to the effort, apart from the fact that considerable difficulties have to be overcome with regard to the required manufacturing accuracy.
At first glance, nitration, i.e. nitrogen enrichment in the stressed pieces of material, could also be considered among the tempering processes, since nitrided parts are already being used in machine technology because of their increased sliding and guiding properties. However, any further consideration had to give rise to rejecting this option as unsuitable.
It is known that iron nitride decomposes at temperatures as low as 300. Since the exposure temperatures in firearms are a multiple of this value, it cannot be expected that the iron nitride layers to be produced by nitriding will outlast the life of a single shot.
In addition, the increase in the hardness of the material surface, which is desired in machine technology, entails the risk of embrittlement, so that such hard and brittle layers have to be ruled out a priori as unsuitable. Finally, in ballistics, the opinion is represented that the
Frictional energy converted into heat in the tube does not yet amount to one percent of the total energy contained in the propellant gases, so that it obviously seems pointless to make significant progress by improving the sliding and guiding properties of the material in relation to the projectile to be able to.
Another consideration leads to a differentiation between the barrels for light infantry weapons, such as machine guns, and gun barrels, such as those used with a caliber of 16 mm, in particular 20 mm, upwards. This differentiation is due to the different ratios between the diameter of the bores (core) and the wall thicknesses of barrels and pipes. While this ratio is in the order of magnitude of up to about 1: 5 for the weapons mentioned below 16 mm caliber, it changes to 1: 3 and more for the higher calibers. As a result, there is a qualitative change in the type of barrel or pipe damage.
While these are mainly due to thermal influences in the case of small-caliber weapons, damage from corrosion, erosion and chemical attacks predominate in the larger calibers from around 16 mm, preferably 20 mm, i.e. in the case of gun barrels.
The damage, which is primarily due to thermal causes, is thus largely independent of the mechanism and chemistry of the processes that take place between the bullet-guiding treads and the bullet itself, so that the question of whether or not significant technical progress can be achieved through nitriding of barrels don't, drop out first.
On the other hand, the nitriding of projectile-guiding surfaces of gun barrels could be considered as possible for this reason, if the nitriding itself should not have been regarded as completely hopeless for the reasons explained above, quite apart from the difficulty of finding workpieces of the dimensions small The wall thicknesses of modern gun barrels of all calibres change in the course of treatment to high,
having to heat a completely uniform temperature which remains below the transition point.
Contrary to the professional considerations and prejudices presented, practical tests have shown that a completely unpredictable and in its dimensions completely surprising technical progress can be achieved by nitriding the material of gun barrels on surfaces in contact with the projectile.
As is well known, when testing (- # 'rifle barrels, tactical conditions are assumed, which include the need to readjust after a number of shots. Since the high-cadence guns under consideration are mainly used for anti-aircraft and anti-tank purposes find is z.
For example, it can be assumed that after a series of shots there will be a longer pause in the cadences in question because the gun will target the next aircraft or tank. Taking these aspects into account, which led to the definition of certain test requirements, the number of shots in which the hits were scattered due to the occurrence of cross-cuts could be brought to a value that is at least fifty percent above the values that could be achieved with gun barrels,
in which all previously known aids in metallurgical and ballistic techniques have been used. The number of shots mentioned has been increased to two to three times the values normally achievable up to now. By using special working methods, which will be discussed in detail below, the mouth test and mean values mentioned can be increased up to ten times the previously achievable numbers and beyond.
The causes of this success, which occurs against all technical foresight, have not yet been fully clarified. However, it can be assumed that, in addition to the increased hardness of the surface, the uniform bond of the nitrided layers with the basic material leads to a particularly good relationship from a strength point of view, with the radial heat flow above all not through butt joints or occlusion of gas skins and other, heterogeneous layers are disabled.
In addition, the decomposition temperatures for Ni trides of various stages of formation stored in the grain association of an alloyed steel show significant differences compared to known decomposition temperatures of the same but free chemical compounds, with the decomposition only occurring to an extent that is thin, possibly even molecular Layers remains limited.
Obviously this is forming. The decomposition that occurs creates a gas cushion on which the projectile slides in the barrel. As a result, the friction, sliding and guiding conditions between the pipe wall and the projectile are presumably improved by leaps and bounds - so that the surprisingly high number of shots mentioned occurs.
Another, specific characteristic that was revealed in the investigations that led to these high numbers of shots is that the area between the number of shots, in which scatter on the one hand and the first ricochets occur on the other, not only in the The area of the high number of shots is shifted, but is itself extremely narrowed.
While, for example, with untreated runs, the scatter occurred at a value x compared to which the first ricochets occurred at around 3 # x, the corresponding numbers for nitrided runs shift to 0.8 <I> y </I> and 1, 0 <I> y, </I> where <I> y </I> was at least 5 x.
The gun barrel formed according to the invention is characterized in that the material of the gun barrel has nitrogen-enriching emulsions on surfaces in contact with the bullet.
Surfaces in contact with the projectile are understood to mean surfaces which come into contact with the projectile, that is to say the ammunition part driven through the barrel during firing, or with parts connected to the projectile, such as guide rings. The bullet touches the bullet bearing and the part of the pipe that connects to it. Experience has shown that corrosion, erosion and chemical attacks occur to a particularly high degree on these surfaces of the gun barrel. Therefore, according to the invention, these projectile touching surfaces will have nitrogen enrichments.
The material of the gun barrel can also have enrichment of elements other than stick material on surfaces in contact with the projectile. It is known that it is very difficult to obtain nitrogen, mixtures containing it or compounds containing nitrogen, as well as mixtures of these, completely free of other elements. If, for example, carbon occurs as such an element, what is known as carbonitriding can occur.
This nitration is also advantageous in certain cases without the use of a process which leads to pure nitrogen enrichments being excluded. Furthermore, it can be expedient for the material of the gun barrel on surfaces that come into contact with the bullet to contain substances that promote the enrichment of nitrogen.
Particularly suitable substances of this type are aluminum, chromium, but also molybdenum, without this listing the so-called nitride carriers being exhaustive. For the same reasons, the material of the gun barrel can also contain substances that promote the enrichment of elements other than nitrogen, such as boron, chromium or the like. In special cases, the surfaces of a gun barrel that come into contact with the bullet are nitrided.
The nitrogen enrichment can take place from the solid phase by packing the gun barrel into nitrogen-containing compounds, mixtures or blends of these and then heating it. There is also the option of allowing the nitrogen enrichment to take place from the liquid phase. This happens, for example, by using cyanide baths for the gun barrel. Finally, nitrogen enrichment from the gas phase comes into consideration.
This happens, for example, that the gun barrel is gas nitrided according to FR.Y. However, one is not bound to this gas treatment, rather the enrichment can also take place by means of an ionized gas phase. For this purpose, the nitration can be carried out by means of gas discharges, in particular special glow discharges, in an atmosphere containing nitrogen or nitrogen.
This way of working has a number of decisive further advantages, if it is preferred and should be treated in a special way, while nitrations according to the other work visas are largely known and also have certain peculiarities, according to which they come into consideration or excluded are.
The glow nitriding also enables a neat, uniform enrichment of the material layers in question in nitrogen. The treatment temperature can be kept below the conversion temperature of steel with certainty, so that undesired or even harmful structural changes are excluded. In addition, the treatment times are usually considerably shorter than with other procedures. The temperature increase is essentially limited to the treated layers and subsides too much after the core of the material, so that it remains almost unaffected.
The consumption of electrical energy and chemical treatment materials is relatively low, so that the process is extremely economical even when the cannon barrels of the largest size are treated. The surface hardness, which is increased by nitriding, can gradually decrease towards the core of the material. No heterogeneous layers are created, but the metallurgical structure is fully preserved. As a result, the heat dissipation, as already mentioned above, is particularly favorable, so that the mechanical strength and strength of the treated materials also remain unchanged.
Such nitride layers also have an increased resistance to chemical attack. What is necessary has already been said above about the reduction of friction. The epsilon phase, which is characteristic of the three-component iron-carbon-nitrogen system, which is particularly brittle and would tend to splinter if it were generated, can be avoided at all when using this method of operation.
When carrying out the last-mentioned procedure, all procedural measures will be expediently made use of which have already been proposed in connection with this in order to achieve particularly favorable results. achieve. Reference is made to Swiss patent no. 291360, in which it was proposed to periodically change the course of the glow discharge and, for this purpose, preferably to periodically vary an electrical parameter by, for example, pulse-controlled the gas discharge.
Furthermore, the Swiss Patent No. 291362 should be mentioned, according to which the extent of the cathodic atomization in the case of corona discharges connected with a cathodic material atomization. by adding at least one additional substance to the nitrogen atmosphere in the gas discharge space that affects the cathode sputtering but does not impair the nitration, at the latest at the time of action.
The drawing shows an execution example of a system in which a gun barrel can be nitrided by means of glow discharges in a nitrogen atmosphere.
It denotes 1 glass inside the gas discharge chamber, which consists of the base 2 and the hood 3. The bottom piece 2 carries the schematically illustrated power inlet, which is composed of the insulating part 4 and the electrode part 5 through which coolant flows.
A three-phase rectifier is shown as the power source, which comprises the feed transformer 6, three rectifier tubes 7, 8, 9 and, in the usual way, the inductive phase shifter 10 for grid control of the tubes 7, 8, 9. The power of the rectifier takes place at the terminals 11, 12, 13, from which connections to the auxiliary rectifier 14 and to the connections of the phase shifter 10 start.
The DC voltage supplied by the auxiliary rectifier 14 is used after filtering with the usual chokes and capacitors 15 to additionally feed the rectifier tubes 7, 8 and 9 via a potentiometer 16 and a changeover contact 17. The positive pole of the rectifier is connected to the line 18 to the anode Boundary wall 2, 3 connected. The cathode 5 arranged in the bottom 2 is connected via the line 19 to the negative pole of the rectifier.
The changeover contact 17 is via the rocker arm with roller 20 under the influence of a Noek disc 21, which is rotated via electric motor 22 with reduction gears 23, 24. If the roller 20 of the rocker arm is in the raised position, the control electrodes of the rectifier tubes 7, 8, 9 receive a higher negative bias voltage via contacts 17 and 25 than when the roller 20 is not raised, whereby via contact parts 17 and 26 a smaller one at the bottom tentiometer adjustable,
negative voltage is supplied to the control electrodes. The, cam disk 21 consists of two ge mutually rotatable partial disks, each of which has a cam lobe with a measured in radians, peripheral length of 180 has.
Both partial disks can be rotated against each other, so that it is possible to set the duration of the lifting of the rocker lever 17, 20 as desired. This measure changes the ratio of the pulse length to the pause, while the resistor 27 allows the speed of the motor 22 to be influenced, so that the frequency of the pulse train can be preset.
With the means shown and described, there is therefore the possibility of supplying the gas discharge space with current pulses of the most varied of frequencies and with any ratio between pulse duration and pulse pause. In addition, with the aid of the potentiometer 16, it is possible to reduce the current completely to the value zero during the pulse pauses or to maintain an adjustable basic level of the current which is amplified by pulses. At 28, an evacuation pump is seen before, which is driven by the electric motor 29 from.
The evacuation pump 28 is connected to the room 1 via line 30. By means of a shut-off device 31, the evacuation pump can be completely closed off from the gas discharge space. In this case, the needle valve 32, which is arranged in the shunt of the shut-off valve 31, is used to reduce the amount of gas sucked in in order to be able to set any pressures in the discharge space 1.
In the gas cylinder 33 there is nitrogen or ammonia under high pressure, and in the cylinder 34 there is a noble gas under high pressure, e.g. B. argon, krypton, etc. Connected after the bottle 33 is a reducing valve with pressure indicators 35. The amount of nitrogen set in this way is fed via line 37 to a shuttle valve 39, the control plug of which is driven by the electric motor 41 with the help of the crank drive 40 will practice.
The electric motor 41 is under the influence of a regulating resistor 42, so that its speed, which is set down on the changeover valve 39 via the reduction gear 43, can be adjusted as required. In this way, the frequency with which the treatment room 1 is to be supplied with certain quantities of nitrogen which can be preset by the reducing valve 35 per unit of time can be changed in any way.
Also connected to the shuttle valve 39 is the line 38, which serves to supply the amount of noble gas to be added, which can also be preset via the reducing valve assembly 36 with the corresponding pressure display devices. The shuttle valve 39 thus releases alternately one after the other measured amounts of nitrogen and noble gas to the line 44, which have been metered in the specified manner.
The discharge is influenced even further by pressure variations in the rhythmically controlled needle valve 45, which is under the influence of a cam disk 47 which is set in rotation by the electric motor 49 via the reduction gear 48. The electric motor 49 is again under the influence of a regulating resistor 50, so that, according to the frequency of the treatment change, the frequency of the pressure pulses is variably adjustable, which the treatment gases via the rhythmically controlled needle valve 45 he shares.
The gases flow through the supply pipe 46 into the recipient.
Naturally, in place of this simple arrangement, in the event that further requirements are placed on the accuracy of the metering, devices that enable even more precise metering can be used. For example, the needle valve control 45, 47, 48, 49 behind the reducing valves 35 and 36 could already be provided in the supply lines 37 and 38, so that the two gas components are measured independently of one another and thus the accuracy of the dimension is increased . The cam disk 47 can be exchangeable.
The throttle control can be replaced by a volumetrically effective control so that the volume control becomes independent of the respective voltage of the gases. It has been shown, however, that with the simplified arrangement shown, a sufficiently free adjustability of the additive is possible with respect to the substance which is required to generate the main or basic treatment atmosphere or which serves as such.
The supply of the motors 22, 41 and 49 takes place with the interposition of the aforementioned regulating resistors 27, 42 and 50 from the power connections 51, .52.
The barrel itself to be treated is indicated at 53 and has been illustrated as a simple cylinder; it is connected to the cathode 5 and is thus subject to nitration in the ionized gas atmosphere. The workpiece is also subject to cathodic sputtering, which can be set in the manner shown in such a way that any dimensional changes occurring due to the nitriding are completely compensated for,
if the absolute dimensional accuracy of the workpiece is important. Corresponding to a reduction in the requirement, it can naturally also be sufficient to compensate for only part of the increase in volume. It may be before part or necessary to exclude part of the tube from the nitration, if z. B. a subsequent processing is necessary. In the exemplary embodiment, such a measure is shown schematically on the closure piece.
The gun barrel 53 shows at 54, that is to say at the breech block, a cup-shaped shield. The pot 54 is connected anodically by me-metallic connection via the supports 55, 56 with the base plate 2. Because it surrounds the workpiece at a small distance, the glow discharge is suppressed in the area of the pot. The Ka method 5 itself is cooled. For this purpose it is designed as a hollow cylinder which, at its lower end, forms connection stubs for the coolant supply line 57 and for the coolant discharge line 58.
The drawing also shows devices to regulate the course of the gas discharge determining factors in an automatic dependence on the temperature of the gun barrel. For this purpose, a temperature sensor 59 in the form of a thermal element is inserted into the interior of the workpiece holder. The generated thermal current is fed via the lines 60, 61 to the display instrument 62 and via this to a control relay 63. By short-circuiting the variable resistor 64, the control relay influences the current that is fed to the discharge vessel via line 19, 18.
For example, if the temperature of the gun barrel 53 falls below a certain value, the relay 63 is influenced via the 'file 59, 62 of the circuit so that its contacts are closed. As a result of the bridging of the regulating resistor 64 which occurs as a result, an increased supply of energy and thus an increase in temperature of the workpiece occurs.
If a certain temperature state of the gun barrel is exceeded, the contacts of the relay 63 are opened in the same way, thus switching on the resistor 64 and, as a result, reducing the power supplied to the discharge vessel. This process is repeated periodically so that the gun barrel temperature fluctuates around a certain mean value within small adjustable limits.
The addition of noble gas, in particular krypton, from the bottle 34 mentioned in the description of the exemplary embodiment can serve to compensate for an undesirable increase in volume of a workpiece that occurs during nitriding by intensifying the atomization. Depending on the situation and if there is a slight increase in volume, it may be sufficient to add only additional amounts of nitrogen to the treatment atmosphere, in the example NH3.
This nitrogen content shows no undesirable side effects, since nitrogen is already present in the dissociated NI-I.3 atmosphere and atomic nitrogen is a reactant. On the other hand, if the atomization is too great in the process, less atomization can be achieved by supplying helium gas from the bottle 34.
Since hydrogen simultaneously occurs during the dissociation of ammonia, a possibly desired reduced atomization can be achieved in an analogous manner by metering a hydrogen additive from the bottle 34.