DE102016111515A1

DE102016111515A1 - Propellant charge case and method of manufacturing the propellant charge case

Info

Publication number: DE102016111515A1
Application number: DE102016111515.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Paesch; Alfons Sackarndt
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Treibladungshülse sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Treibladungshülse einer Munition, die insbesondere von einer Maschinenkanone verschossen wird. Vorgeschlagen wird eine Treibladungshülse (1), bestehend aus einem Hülsenboden (2) und einem Hülsenschaft (3). Der Hülsenboden (2) besteht aus einem Stahl und der Hülsenschaft (3) aus einem Leichtmetall (z. B. Aluminium), ggf. Messing oder ähnliches. Der Hülsenboden (2) und der Hülsenschaft (3) werden ihrerseits durch CMT-Schweißen an ihren Verbindungsstellen (2.2, 3.2) miteinander fest verschweißt (4.1).The invention relates to a propellant charge tube and a method for producing such a propellant charge case of an ammunition, which is fired in particular by a machine gun. Proposed is a propellant charge case (1) consisting of a sleeve bottom (2) and a sleeve shank (3). The sleeve bottom (2) consists of a steel and the sleeve shaft (3) made of a light metal (eg aluminum), possibly brass or the like. The sleeve base (2) and the sleeve shank (3) in turn are welded together by CMT welding at their joints (2.2, 3.2) (4.1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Treibladungshülse sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Treibladungshülse einer Munition, die insbesondere von einer Maschinenkanone verschossen wird. Maschinenkanonen sind vollautomatische Schusswaffen im klein- und mittelkalibrigen Bereich.The invention relates to a propellant charge tube and a method for producing such a propellant charge case of an ammunition, which is fired in particular by a machine gun. Machine guns are fully automatic firearms in the small and medium-caliber range.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Herstellungsverfahren bekannt, die für derartige Treibladungshülsen herangezogen werden. Etabliert haben sich so zum Beispiel Herstellungsprozesse, die den üblichen Randbedingungen genügen. Diese werden durch den Stückzahlbedarf, den Aufbau der Treibladungshülsen (z. B. Monoblock) als auch durch die Designgebung bestimmt. Als Material für Treibladungshülsen dieser Art haben sich zumeist Kohlenstoffstähle durchgesetzt, gefolgt von Messing- und Leichtmetalllegierungen. Maschinenkanonenfähige Treibladungshülsen sind im Gebrauch in deren Längsachse unterschiedlichen Belastungsgrößen und -ansprüchen ausgesetzt. Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit versucht, die diesbezüglichen werkstoffspezifischen Nachteile der Monoblockbauweise durch Gegenmaßnahmen zu kompensieren. Eine Form der Kompensation besteht darin, mittels einer gezielten Wärmebehandlung ein Vergütungsprofil über die Hülsenlängsachse hinweg herzuführen. Die Form- und Designgebung bei maschinenkanonenfähigen Treibladungshülsen geschieht des Weiteren nahezu ausnahmslos mittels Anwendung der Fließpresstechnologie. Diese Technologie benötigt jedoch die Verfügbarkeit geeigneter Werkzeuge und Sondermaschinen, was kostenintensiv ist und sich erst ab einer höheren Stückzahl an Treibladungshülsen rentiert.From the prior art manufacturing processes are already known, which are used for such propellant charge tubes. For example, manufacturing processes that meet the usual boundary conditions have become established. These are determined by the quantity required, the structure of the propellant charge cases (eg Monoblock) as well as by the design. The material used for propellant cases of this type is usually carbon steels, followed by brass and light metal alloys. Machine gun-capable propellant charge cases are subject to different load sizes and requirements in use in their longitudinal axis. For this reason, attempts have been made in the past to compensate for the related material-specific disadvantages of the monobloc construction by countermeasures. One form of compensation consists in producing a compensation profile over the longitudinal axis of the sleeve by means of a targeted heat treatment. In addition, the shaping and design of machine-gun-capable propellant charge tubes is done almost without exception by using the extrusion technology. However, this technology requires the availability of suitable tools and special machines, which is costly and profitable only from a higher number of propellant cases.

Herkömmliche Treibladungshülsen bestehen aus einer zweigeteilten Fügeanordnung, nämlich einem Hülsenboden und einem Hülsenschaft. Die klassische Problemstelle dieser Fügeanordnung bildet hierbei jeweils die Fügeschnittstelle zwischen diesen beiden Komponenten. Eine Schnittstellenausführung mittels Feingewinde bewirkt hohe Fertigungskosten. Zudem wird die Belastbarkeit an dieser Schnittstelle deutlich herabgesetzt. Eine Schnittstelle mittels Schweißverbindung bedingt unvermeidbar hohe thermische Einträge in die umliegende Werkstoff- bzw. Materialstruktur, was gleichfalls zu einer Reduzierung der Belastbarkeit an dieser Schnittstelle führt.Conventional propellant charge tubes consist of a two-part joining arrangement, namely a sleeve base and a sleeve shank. The classic problem area of this joining arrangement in each case forms the joining interface between these two components. An interface design by means of fine thread causes high production costs. In addition, the load capacity at this interface is significantly reduced. An interface by means of a welded joint causes unavoidably high thermal loads into the surrounding material or material structure, which likewise leads to a reduction of the load capacity at this interface.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Treibladungshülsen für insbesondere durch eine Maschinenkanone verschießbare Munition aufzuzeigen.The object of the invention is to disclose in particular a method for the production of propellant charge cases for ammunition that can be fired, in particular, by a machine gun.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine Treibladungshülse aus einem auf die spezifische Anforderung hin abgestellten hybriden Materialmix herzustellen. Dieser Mix wird durch einen Hülsenboden aus Stahl und einem Hülsenschaft aus Leichtmetall gebildet. Dabei wird auf einen Stahl für den Hülsenboden wegen der hohen Belastungsaufnahme beim Schuss sowie der Zuführ- und Auszugskräfte zurückgegriffen. Der Grund zur Nutzung eines Leichtmetalls liegt in der Eigenschaft der anteilig geringeren Masse und dem niedrigen Elastizitätsmoduls als Garant für ein gutes Lidern unter Druckbelastung sowie ein gutes Rückfedern bei Druckentlastung.The invention is based on the idea of producing a propellant charge case from a hybrid material mix that is tailored to the specific requirement. This mix is formed by a sleeve bottom made of steel and a sleeve shaft made of light metal. It is used on a steel for the sleeve bottom because of the high load absorption during firing and the feeding and extraction forces. The reason for using a light metal is the property of the proportionately lower mass and the low modulus of elasticity as a guarantor for a good Lidern under pressure load and a good spring back at pressure relief.

Diese Idee ergibt sich aus der Überlegung, für die Verbindung dieser beiden Treibladungshülsenteile das CMT-Schweißen (englisch cold metal transfer) zu verwenden. Dieses CMT-Schweißverfahren gehört zu den Lichtbogenschweißverfahren und ist eine Weiterentwicklung des MIG-(Metallinertgasschweißen) und MAG-(Metallaktivgasschweißen)Schweißens. Hierbei bewegt sich ein Schweißdraht direkt am Schweißbrenner in schnellen Intervallen entgegen der Förderrichtung, was dazu führt, dass sich die Tropfen kontrolliert ablösen und ein sauberer, spritzfreier Übergang der Werkstoffe entsteht.This idea arises from the consideration to use CMT welding (English cold metal transfer) for the connection of these two Treibladungshülsenteile. This CMT welding process belongs to the arc welding process and is a further development of MIG (metal inert gas welding) and MAG (metal active gas welding) welding. Here, a welding wire moves directly at the welding torch in rapid intervals against the conveying direction, which leads to the controlled detachment of the drops and a clean, splash-free transition of the materials.

Das CMT-Schweißen als auch eine entsprechende Schweißanlage sind unter anderem aus der AT 501 995 B1 bekannt. Das Schweißverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es beim Schweißprozess durch zyklische Abwechslung einer Lichtbogenphase und einer Kurzschlussphase definiert ist, wobei während einer Lichtbogenphase ein Schweißdraht bis zur Berührung mit dem Werkstück in Richtung Werkstück bewegt wird. Anschließend nach Bildung eines Kurzschlusses während der Kurzschlussphase wird die Drahtförderung umgekehrt und der Schweißdraht vom Werkstück wegbewegt.The CMT welding and a corresponding welding system are among others from the AT 501 995 B1 known. The welding process is characterized in that it is defined in the welding process by cyclic alternation of an arc phase and a short-circuit phase, during a arc phase, a welding wire is moved to the workpiece in contact with the workpiece. After forming a short circuit during the short circuit phase, the wire feed is reversed and the welding wire is moved away from the workpiece.

Aus der DE 10 2014 217 890 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauteilen unterschiedlicher Schmelztemperatur unter Nutzung des CMT-Schweißens bekannt. Es wird ein Metallkleber als Zusatzmaterial zwischen den Verklebungsflächen verwendet. Mittels in Heftpunktpositionen eingebrachte Wärme entsteht entweder eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung an der Heftpunktposition. Ähnliches ist aus der DE 10 2014 201 485 A1 bekannt. Beide Lösungen finden in der Automobilindustrie Anwendung.From the DE 10 2014 217 890 A1 For example, a method of joining metallic components of different melting temperatures using CMT welding is known. It is a metal adhesive used as a filler between the bonding surfaces. By means of heat introduced in stapling point positions, either a welded connection or a soldered connection is produced at the stapling point position. Similar is from the DE 10 2014 201 485 A1 known. Both solutions are used in the automotive industry.

Mittels des CMT-Schweißens werden entsprechend der Idee nunmehr ein Hülsenboden und ein Hülsenschaft einer Treibladungshülse miteinander verbunden. Dabei werden der Werkstoff Stahl der Hülse und der Werkstoff des Hülsenschaftes Leichtmetall (z. B. Aluminium), ggf. Messing oder ähnliches miteinander schweißgelötet, und so eine Fügeverbindungen zwischen beiden hergestellt. Die Fügeverbindung kann stoßbündig oder überlappend erfolgen. Hierbei grenzt der Hülsenboden mit seinem Rand am Rand des Hülsenschaftes an. Von Vorteil hat sich gezeigt, wenn der Hülsenboden als auch der Hülsenschaft der Treibladungshülse in der Verbindungszone eine flächige Verbindung aufweisen und nicht nur eine stoßbündige.By means of the CMT welding, according to the idea, a sleeve base and a sleeve shaft of a propellant charge sleeve are now connected to one another. In this case, the steel material of the sleeve and the material of the sleeve shank light metal (eg., Aluminum), possibly brass or the like welded together, and so a joint between the two made. The Joining connection can be flush or overlapping. Here, the sleeve bottom adjoins with its edge on the edge of the sleeve shaft. It has been found to be advantageous if the sleeve base and the sleeve shaft of the propellant charge sleeve in the connection zone have a flat connection and not only a shock-flush.

Bei der digitalen Prozessregelung des CMT-Prozesses erkennt diese digitale Prozessregelung einen Kurzschluss und unterstützt durch das Rückziehen des Drahtes eine Tropfenablösung. Während der kurzen Brennphase wirkt Wärme auf das Metall. In der Rückzugsphase (kalt) kommt genau ein Tropfen in die entstehende Schweißnaht bzw. Schmelzbad. Der nahezu stromlose Werkstoffübergang beim Drahtrückzug und der dadurch unterbrochene Lichtbogen bewirken im 70-Hz-Takt den typischen „heiß-kalt-heiß-kalt” Rhythmus. Bei diesem Prozess wird also ein unter Strom stehender Schweißdraht in Richtung Grundwerkstoff bewegt, bis sich ein Kurzschluss bildet. Nach dem Einstellen des Stromflusses wird rechnergesteuert die Stromzufuhr unterbrochen. Der Schweißdraht wird dann in die entgegengesetzte Richtung (zurück) bewegt. Die sich beim Kurzschluss bildende Schweißperle löst sich aufgrund der Drahtbewegung leicht vom Draht ab. Dadurch wird ein nahezu spritzfreies Schweißen unterstützt. In der Praxis hat es sich als ausreichend gezeigt, wenn der Draht mit einer Frequenz von bis zu 70 Hz hin und her bewegt wird.In digital process control of the CMT process, this digital process control detects a short circuit and promotes drop separation by retracting the wire. During the short burning phase, heat acts on the metal. In the retraction phase (cold), exactly one drop comes into the resulting weld or melt pool. The virtually electroless material transfer during wire withdrawal and the arc interrupted thereby cause the typical "hot-cold-hot-cold" rhythm in the 70 Hz cycle. In this process, therefore, an energized welding wire is moved in the direction of the base material until a short circuit forms. After adjusting the current flow, the power supply is interrupted by computer control. The welding wire is then moved in the opposite direction (back). The sweat bead forming during the short circuit is easily detached from the wire due to the wire movement. This supports a virtually splash-free welding. In practice, it has been found sufficient to move the wire back and forth at a frequency of up to 70 Hz.

Durch die geregelte Stromzufuhr und die unterstützende Wirkung der Drahtbewegung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass ein sehr niedriger Wärmeeintrag auf den Grundwerkstoff beim Werkstoffübergang erfolgt. Im Prinzip vereinigt das CMT-Schweißen lokal einen Hartlötvorgang zwischen dem (feuer-)verzinkt hergestellten Stahlteil mit einem klassisch durchmischenden Schweißvorgang im hierzu gegenüber liegenden Aluminiumbauteil.The regulated power supply and the supporting effect of the wire movement is achieved in an advantageous manner that a very low heat input to the base material during the material transfer takes place. In principle, CMT welding locally combines a brazing process between the (hot) galvanized steel part with a classic thorough welding process in the aluminum component opposite it.

Die Vorteile dieser Technologie zur Herstellung einer Treibladungshülse mit den beiden Komponenten Stahl und Leichtmetall liegen unter anderem darin, dass der Hülsenboden nicht mehr zwingend ein für die bisherige fließtechnische Bearbeitung optimaler Werkstoff (Reinheit) sein muss, und dass sich neue Handlungs- und Gestaltungsoptionen ergeben.The advantages of this technology for producing a propellant charge tube with the two components steel and light metal are, inter alia, that the sleeve bottom is no longer necessarily an optimal material for the flow of fluid processing (purity) must be, and that new action and design options arise.

Das Wesen der Erfindung liegt insbesondere darin, das CTM-Verfahren zur Herstellung von metallhybrid ausgeführten Treibladungshülsen anzuwenden. Diese hybride Metallpaarung charakterisiert sich hierbei insbesondere dadurch, dass sich die einzelnen Metalle im Hinblick auf deren Funktionsanspruch am Endprodukt Treibladungshülse im Wesentlichen über deren Elastizitätsmodule (E-Module) unterscheiden. Neben der klassischen Paarung FE-Metalle/Leichtmetalle können hierfür ebenso auch andere Paarungen/Kombinationen sich anbieten. Dieses wären beispielsweise Fe-Metalle/Messing etc.The essence of the invention is, in particular, to use the CTM method for the production of metal-propellant charge tubes. This hybrid metal pairing is characterized in particular by the fact that the individual metals differ in terms of their functional requirement of the end product propellant charge shell substantially on their elastic moduli (E-modules). In addition to the classic pairing of FE metals / light metals, other pairings / combinations can be offered as well. This would be for example Fe-metals / brass etc.

Die Idee der Erfindung ist auf die Herstellung von Vollmetall-Treibladungshülsen patronierter Munition, z. B. für Panzerkanonen und Schiffsgeschütze, übertragbar.The idea of the invention is to the production of full metal propellant charge cartridges cartridged ammunition, z. B. for armored cannons and naval guns, transferable.

Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt die einzige Figur eine Treibladungshülse 1 einer nicht näher dargestellten Munition. Die Treibladungshülse 1 umfasst einen Hülsenboden 2 sowie einen Hülsenschaft 3. Der Hülsenboden 2 besteht aus Stahl, der Hülsenschaft 3 aus einem Leichtmetall. Der Stahl ist bevorzugt (feuer-)verzinkt. Das Leichtmetall ist bevorzugt ein Aluminium.Reference to an embodiment with drawing, the invention will be explained in more detail. It shows the only figure a propellant charge sleeve 1 a non-illustrated ammunition. The propellant charge case 1 includes a sleeve bottom 2 as well as a sleeve shaft 3 , The case bottom 2 consists of steel, the sleeve shaft 3 made of a light metal. The steel is preferably (hot) galvanized. The light metal is preferably an aluminum.

Der Hülsenboden 2 und der Hülsenschaft 3 sind geometrisch aufeinander abgestimmt. Der Hülsenboden 2 weist eine zum Hülsenschaft 3 weisende offene Seite 2.1 auf, dessen Durchmesser D1 gleichgroß ist, wie der Durchmesser D2 des Hülsenschaftes 3. Der Hülsenboden 2 als auch der Hülsenschaft 3 sind über eine Fügestelle bzw. Verbindung 4 an ihren Verbindungsstellen 2.2, 3.2 miteinander fest verbunden.The case bottom 2 and the sleeve shaft 3 are geometrically coordinated. The case bottom 2 has one to the sleeve shaft 3 pointing open page 2.1 on, whose diameter D1 is the same size as the diameter D2 of the sleeve shank 3 , The case bottom 2 as well as the sleeve shaft 3 are via a joint or connection 4 at their joints 2.2 . 3.2 firmly connected.

Die feste Verbindung 4 zwischen dem Hülsenboden 2 und dem Hülsenschaft 3 wird durch CMT-Schweißen geschaffen. Hierzu kann die in der AT 501 995 B1 offenbarte Vorrichtung vorgesehen werden.The solid connection 4 between the case bottom 2 and the sleeve shaft 3 is created by CMT welding. This can be done in the AT 501 995 B1 disclosed device can be provided.

Zur Schaffung der Verbindung 4 wird ein unter Strom stehender Schweißdraht (nicht näher dargestellt) in Richtung Hülsenboden 2 und Hülsenschaft 3 bewegt, bis sich ein Kurzschluss mit diesen bildet. Nach dem Einstellen des Stromflusses wird rechnergesteuert die Stromzufuhr unterbrochen. Der Schweißdraht wird als dann entgegen der vorherigen Richtung bewegt. Die sich beim Kurzschluss bildende Schweißperle löst sich aufgrund der Drahtbewegung leicht vom Draht ab und bildet die Naht 4.1 zwischen dem Hülsenboden 2 und dem Hülsenschaft 3.To create the connection 4 becomes an energized welding wire (not shown) in the direction of the sleeve bottom 2 and sleeve shaft 3 moved until a short circuit with these forms. After adjusting the current flow, the power supply is interrupted by computer control. The welding wire is then moved counter to the previous direction. The bead formed during the short circuit is easily detached from the wire due to the wire movement and forms the seam 4.1 between the case bottom 2 and the sleeve shaft 3 ,

Als Vorteil hat sich gezeigt, wenn eine flächige Verbindung 4 zwischen dem, Hülsenboden 2 und dem Hülsenschaft 3 geschaffen wird. Dazu weist der Hülsenboden 2 an seiner Verbindungstelle 6 eine Fläche (Schräge) auf, auf die eine flächige Verbindungsstelle des Hülsenschaftes 3 platziert wird. Dadurch können der Hülsenboden 2 und der Hülsenschaft 3 in der Verbindungsstelle 6 flächig miteinander verschweißt werden. An dieser Verbindungsstelle 6 überlappen sich somit diese beiden Flächen (2.2, 3.2).As an advantage has been shown when a surface connection 4 between the, sleeve bottom 2 and the sleeve shaft 3 is created. This is indicated by the case bottom 2 at its junction 6 a surface (bevel) on which a flat connection point of the sleeve shaft 3 is placed. This allows the sleeve bottom 2 and the sleeve shaft 3 in the connection point 6 be welded flat surface. At this junction 6 overlap thus these two surfaces ( 2.2 . 3.2 ).

Zur Unterstützung einer insbesondere flächigen Verbindung 4 kann ein Metallkleber verwendet werden. To support a particularly flat connection 4 a metal glue can be used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

AT 501995 B1 [0008, 0018]
DE 102014217890 A1 [0009]
DE 102014201485 A1 [0009]

Claims

Propellant charge case ( 1 ), consisting of a sleeve bottom ( 2 ) and a sleeve shaft ( 3 ), characterized in that the sleeve bottom ( 2 ) made of a steel and the sleeve shaft ( 3 ) consists of another metal, wherein the sleeve bottom ( 2 ) and the sleeve shaft ( 3 ) by CMT welding at their joints ( 2.2 . 3.2 ) are welded together ( 4.1 ) become.

Propellant charge case ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the steel is galvanized.

Propellant charge case ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the metal optionally a light metal such. As aluminum, possibly brass or the like; Characteristically but significantly different in modulus of elasticity compared to the sleeve bottom material.

Manufacturing method for a propellant charge tube ( 1 ) with a sleeve bottom ( 2 ) and a sleeve shaft ( 3 ), wherein the sleeve bottom ( 2 ) is made of steel and the sleeve shaft ( 3 ) consists of light metal, characterized by the following steps: • assembling the base of the sleeve ( 2 ) and the sleeve shaft ( 3 ), so that these at their connecting parts ( 2.2 . 3.2 ) come into contact with each other, • introduction of heat, so that a solder joint at the connection points ( 2.2 . 3.2 ), wherein • a current-standing welding wire in the direction of the joints ( 2.2 . 3.2 ) of the case bottom ( 2 ) and the sleeve shaft ( 3 ) is moved until a short-circuit forms with them, • after setting a current flow computer-controlled the power supply is interrupted, • the welding wire is then moved against the previous direction and • a short-circuit forming weld bead is easily detached from the welding wire due to the wire movement and a joining seam ( 4.1 ) between the case bottom ( 2 ) and the sleeve shaft ( 3 ).

Manufacturing method according to claim 4, characterized in that the joint seam ( 4.1 ) is a butt weld.

Manufacturing method according to claim 4, characterized in that the joint seam ( 4.1 ) is chamfered flat or overlapped.

Ammunition with a propellant charge case according to one of claims 1 to 3.

Ammunition with a propellant charge case produced according to one of claims 4 to 6.