DE102019125841A1

DE102019125841A1 - Verfahren zur Herstellung eines Treibspiegelgeschosses

Info

Publication number: DE102019125841A1
Application number: DE102019125841.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Lumkowsky; Andreas Kessler; Gotthard Wolf; Günter Kraus
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2021-03-25
Also published as: WO2021058637A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Treibspiegelgeschosses, wobei ein Rohteil (5) des Treibspiegelgeschosses, insbesondere ein Rohteil (5) eines Treibspiegels, durch ein Pressgussverfahren hergestellt wird, wobei eine Schmelze (2) in einer Gießform (1) erstarrt und so das Rohteil (5) gebildet wird.Das Verfahren ist dadurch verbessert, dass als Schmelze (2) eine Knetlegierung verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Treibspiegelgeschosses mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Als Treibspiegel oder bei modernen Granaten, auch Treibkäfig genannt, bezeichnet man in der Waffentechnik einen zwischen einem Geschoss und einer Treibladung einer Feuerwaffe eingesetzten Munitionsbestandteil, der zur Abdichtung des Laufes und Trennung des Geschosses gegen die Treibgase dient. Der Treibspiegel oder Treibkäfig dichtet die Ladung im Lauf ab und bietet den Pulvergasen bei einem unterkalibrigen Geschoss eine größere Wirkungsfläche. Aufgrund der kleineren Geschossmasse steigt die Mündungsgeschwindigkeit. Treibspiegel trennen sich durch den höheren Luftwiderstand nach Verlassen des Laufes vom Geschoss. Treibspiegel werden beispielsweise bei panzerbrechenden, finnenstabilisierten Treibkäfiggeschossen verwendet.
Es ist bekannt, Munitionsbauteile aus hochfesten Knetlegierungen durch maschinelle, spanabnehmende Bearbeitung aus einem Halbzeug wie einem Rund- oder Flachmaterial herzustellen. Knetlegierungen sind Legierungen, die sich zur Bearbeitung durch Umformen eignen, also z. B. zum Schmieden, Walzen oder Biegen. Das Gegenstück sind Gusslegierungen, die sich vor allem zum Gießen eignen. Bei den meisten Legierungen werden diese explizit als Knet- oder Gusslegierung bezeichnet, beispielsweise als Aluminiumknetlegierung oder Kupferknetlegierung. Eine Ausnahme sind die Eisenwerkstoffe: Die Knetlegierungen werden als Stahl bezeichnet, Gusslegierungen als Gusseisen. Als Aluminiumknetlegierung werden alle Aluminiumlegierungen bezeichnet, die vor allem durch Umformen (Walzen, Strangpressen) bearbeitet werden.
Bereits geringe Zusätze der Legierungselemente Magnesium, Silicium, Kupfer, Zink, Nickel und Mangan ändern die Eigenschaften des reinen Aluminiums sehr stark. Diese finden z. B. im Motor- und Getriebebau, Rohrbau und Maschinenbau Verwendung, da sie eine verschleißfeste Verbindung ergeben.
Insbesondere werden die Festigkeit und die Härte gesteigert, die elektrische Leitfähigkeit gesenkt, während die Umformbarkeit nur gering nachlässt. Diese Legierungen zeigen eine hohe Duktilität, man nennt sie deshalb Aluminiumknetlegierungen. Aluminiumknetlegierungen werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit und geringen Dichte als Werkstoffe für Transportbehälter sowie Konstruktionsteile im Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffbau verwendet.
Man benennt die Legierungen gemäß der europäischen Normung nach dem Legierungselement mit dem höchsten Anteil, zum Beispiel (Aluminium)-Magnesium-Legierung. In den EN-Kurzzeichen folgen auf das Prefix EN AW (EN = Europäische Norm, AW = Aluminium-Wrought Alloy (Knetlegierung)) das Kürzel „Al“ für Aluminium sowie die chemischen Kürzel der Legierungselemente nach fallendem Prozentanteil, zum Beispiel Al Mg4,5Mn0,7(4,5 % Magnesium sowie 0,7 % Mangan).
Alternativ gibt es auch ein numerisches Bezeichnungssystem mit Legierungsnummern (Knetlegierungen vierstellig, Gusslegierungen fünfstellig). So kann eine Legierung numerisch mit EN AW - 5083 bezeichnet werden, eine Gusslegierung hätte das Prefix EN AC - (C für Cast Alloy (Gusslegierung)), worauf die fünfstellige Legierungsnummer folgt (zum Beispiel EN AC - 43300 beziehungsweise EN AC - Al Si9Mg). Teilweise werden auch Produktnamen verwendet.
Aus der CH 443 060 ist ein Treibspiegelgeschoss mit einem Treibspiegel und einem Geschosskörper bekannt, wobei der hülsenförmige Treibspiegel aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
Aus der DE 1 163 193 ist ein Treibspiegel bekannt. Der Treibspiegel weist eine axiale zylindrische Aufnahmebohrung für das Geschoss, einen zylindrischen, das Entweichen von Explosionsgasen verhindernden Führungsteil mit dem Kaliberdurchmesser des Geschützes und ein Halterungsteil auf, das sich in Fortsetzung des Führungsteiles nach hinten verjüngt und sich federnd an einen Mantel des Geschosses anlegt. Das Halterungsteil kann aus Kunststoff, Glasfaser oder Metall gebildet sein.
Aus der CH 536 481 ist ein Treibspiegelgeschoss und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Das Treibspiegelgeschoss weist ein Treibspiegelheckteil, einen hülsenförmigen Ansatz, der über eine Sollbruchstelle mit dem Treibspiegelheckteil verbunden ist, und einen Geschosskörper auf. Das Treibspiegelheckteil besteht vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, z.B. Perunal, welche sich einerseits durch ein geringes Gewicht und andererseits durch eine hohe mechanische Festigkeit auszeichnet. Perunal ist eine aushärtbare Knetlegierung (EN-AW 7075 bzw. EN AW 7022). In das Treibspiegelheckteil ist über eine zentrale Bohrung eine Nut eingearbeitet. Von außen ist eine Umfangsnut eingeschnitten. Zur Herstellung des Treibspiegelgeschosses wird der Geschosskörper zuerst in einen hülsenförmigen Ansatz des Heckteils hineingesteckt und der Ansatz wird deformiert, wobei durch Pressen Nocken im Ansatz gebildet werden, welche in die Umfangsnut des Geschosskörpers hineinragen.
Aus der DE 29 24 036 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Treibspiegelgeschosses mit einem Treibspiegel und mit einem Geschosskörper bekannt. Der Treibspiegel besteht aus einer Metalllegierung und einem Kunststoffmantel. In einer ersten Gießform wird die flüssige Metalllegierung direkt auf den Geschosskörper gegossen. In einer zweiten Gießform wird der Kunststoffmantel auf den Geschosskörper und die abgekühlte Metalllegierung aufgegossen. Die Metalllegierung und der Geschosskörper bilden nach dem Gießen ein einziges Stück, das in die zweite Gießform, nämlich eine Kunststoff-Spritzgießform eingesetzt werden kann.
Aus der DE 10 2012 015 475 A1 ist ein Geschoss mit einer in Schussrichtung gesehen an der Spitze angeordneten Bohrung bekannt, die koaxial zur Längsachse des Geschosses verläuft, wobei in diese Bohrung eine Geschossspitze eingesetzt ist. Die Geschossspitze kann aus Kunststoff mit oder ohne Zusätze hergestellt sein. Die Geschossspitze kann auch aus folgenden Materialien hergestellt sein: komplett aus Metall oder aus Metalllegierungen, wie z. B. aus Aluminium, wobei die Geschossspitze im Druckgussverfahren hergestellt wird.
Aus der DE 35 23 442 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlladung bekannt, wobei durch Druckguss in einer Gießform ein Sprengstoffkörper hergestellt wird, der auf Fertigmaße abgedreht und dann montiert wird.
Aus der gattungsbildenden US 4,360,954 ist ein Verfahren zur Herstellung von Geschossen mit einem Treibspiegel bekannt, wobei der Treibspiegel mehrere Treibspiegelsegmente aufweist. Die Notwendigkeit einer Prozessionsbearbeitung der Treibspiegelsegmente vor dem Zusammenbau auf dem entsprechenden Teilprojektil ist dadurch beseitigt worden, dass die Treibspiegelsegmente um das Unterprojektil herum mittels einer entsprechend gestalteten Form gegossen werden. Auf diese Weise werden die richtige Passform und die Maßkontrolle sichergestellt. Das Gussmaterial kann ein Metall wie Aluminium oder eine Magnesiumlegierung sein. Alternativ können verstärkte oder unverstärkte Kunststoffe verwendet werden. Es kann ein Druckgussverfahren oder ein Spritzgussverfahren Anwendung finden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsbildende Verfahren zu verbessern.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein Rohteil des Treibspiegelgeschosses, insbesondere ein Rohteil eines Treibspiegels, wird durch ein Pressgussverfahren hergestellt, wobei eine Schmelze in einer Gießform erstarrt und so das Rohteil gebildet wird.
Erfindungsgemäß wird das Rohteil des Treibspiegelgeschosses vor der Montage im Pressgussverfahren hergestellt. Vorzugsweise dient das Rohteil zur Herstellung des Treibspiegels. Alternativ kann ein Heckteil des Treibspiegelgeschosses auf diese Art hergestellt werden. Es wird eine Knetlegierung als Schmelze verwendet. Die Knetlegierung wird aufgeschmolzen und in eine Gießform gegossen. Insbesondere kann in dem Pressgussverfahren eine hochfeste Knetlegierung verarbeitet werden. Dies hat den Vorteil, dass eine hochgenaue Formgebung erzielt ist und somit eine anschließende zerspanende Bearbeitung des Bauteils minimiert ist. Es ergibt sich eine signifikante Einsparung von Maschinenlaufzeiten. Durch das Verfahren können genaue, im Zehntel-Millimeter-Bereich vorgeformte Rohteile mit einer geeigneten Fügestruktur durch geregelte Abkühlung der Schmelze ohne eine Einbuße der hohen Festigkeitskennwerte hergestellt werden. Das Rohteil wird vor der Montage des Treibspiegelgeschosses durch eine anschließende, spanende Bearbeitung in die Endform gebracht. Hierdurch ist es nicht nötig, den Treibspiegel auf den Geschosskörper aufzugießen. Der Treibspiegel kann nach dem Gießen und der spanenden Bearbeitung am Geschosskörper montiert werden.
Pressguss ist ein spezielles Gießverfahren, das auf eine langsame, kontinuierliche Formfüllung und sehr hohen Metalldruck setzt. Hierbei wird die geschmolzene Knetlegierung so in eine offene und temperierte Gießform gegossen, dass bei einer laminaren Formfüllung die Luft vollständig entweichen kann. Durch den ebenfalls temperierten Oberstempel wird die Gießform geschlossen und der erforderliche Druck auf die Schmelze aufgebracht. Durch die vom Bauteil abhängige Höhe des Pressdrucks und der richtigen Temperaturführung der Gießform und der Schmelze, wird in der Gießform ein hydrostatischer Druckspannungszustand bis zur Erstarrung der Schmelze und gegebenenfalls darüber hinaus sichergestellt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der Verwendung der hochfesten Knetlegierung, wobei durch eine anschließende Wärmebehandlung die ursprünglichen, gewünschten Festigkeitswerte erreicht werden können.
Die Knetlegierung weist insbesondere Aluminium auf. Die Legierung kann insbesondere die Struktur AlZnMgCu aufweisen. Als Knetlegierung wird vorzugsweise die Knetlegierung EN AW7075 verwendet. Die Knetlegierung wird aufgeschmolzen und in eine Gießform, das sogenannte Unterwerkzeug, gegossen. Ein Oberwerkzeug, der sogenannte Oberstempel, schließt die Gießform und hält den Druck solange aufrecht, bis die Schmelze, das heißt die flüssige Aluminiumlegierung in einen festen Zustand übergegangen ist und eine Schwindung des Volumens eingetreten ist. Dabei wird dem so entstandenen Rohteil vorzugsweise durch eine geregelte Kühlung gezielt Wärme entzogen. So entsteht das Rohteil, welches in weiten Bereichen schon der Endkontur des Treibspiegels entspricht.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine hohe Einsparung von Bearbeitungskosten erzielt ist. Wenn wie bereits im Stand der Technik bekannt ein Treibspiegel aus einem zylindrischen Rundmaterial durch spanende Bearbeitung gefertigt wird, kann das Rundmaterial beispielsweise ein Gewicht von 14,7 kg aufweisen, wobei der fertige Treibspiegel nur ein Gewicht von ca. 3 kg aufweist, wobei durch die Zerspanung 11,7 kg Material abgetragen werden muss. Das gepresste Rohteil kann mit nur 4 kg Material hergestellt werden, wodurch nur noch 1 kg Material durch Zerspanung abgetragen werden muss.
In bevorzugter Ausgestaltung weist das so hergestellte Rohteil einen hohlzylindrischen Abschnitt auf, an den sich ein Kragen anschließt, der vorzugsweise im Wesentlichen kegelförmig bis zu einem Rippenabschnitt abfällt, wobei der Rippenabschnitt mehrere umfänglich beabstandete, sich in Längsrichtung des Rohteils erstreckende Rippen aufweist. Aus diesem Rohteil kann durch einfache spanende Bearbeitung der Treibspiegel gefertigt werden.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Erfindung auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Gießform mit einem flüssigen Metall und einem Oberstempel in einer offenen Stellung,
2 zeigt in einer schematischen Darstellung das Schließen der Gießform durch den Oberstempel,
3 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung ein Rohteil, aus dem ein Treibkäfig herstellbar ist, sowie
4 in einer weiteren schematischen, perspektivischen Darstellung das Rohteil.

In 1 und 2 ist eine schematisch angedeutete Gießform 1 dargestellt, in der eine Schmelze 2, insbesondere eine geschmolzene Alulegierung, vorzugsweise EN AW 7075, eingebracht worden ist. Die Schmelze 2 wird in die offene Gießform 1 gegossen, so dass bei einer laminaren Formfüllung die Luft vollständig entweichen kann. Es ist nun ein Oberstempel 3 vorhanden, der in eine Öffnung 4 der Gießform 1 eingefahren wird, wodurch der erforderliche Druck auf die Schmelze 2 aufgebracht wird. Die Gießform 1 als auch der Oberstempel 3 sind temperiert. Durch die vom Rohteil 5 (vgl. 3 und 4) abhängige Höhe des Pressdrucks und durch die richtige Temperatur der Gießform 1 und der Schmelze 2, wird in der Gießform 1 ein hydrostatischer Druckspannungszustand bis zur Erstarrung der Schmelze 2 und gegebenenfalls darüber hinaus sichergestellt. Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Schmelze 2 durch die Verwendung einer hochfesten Knetlegierung (EN AW 7075) bereitgestellt wird, welche ebenfalls durch eine anschließende Wärmebehandlung die ursprünglichen Festigkeitswerte erreichen kann.
In den 3 und 4 ist das Rohteil 5 dargestellt. Das Rohteil 5 weist einen hohlzylindrischen Abschnitt 6 auf, an den sich ein Kragen 7 anschließt, der im Wesentlichen kegelförmig bis zu einem Rippenabschnitt 8 abfällt. Der Rippenabschnitt 8 weist hier vier umfänglich beabstandete, sich in Längsrichtung erstreckende Rippen 9 auf. Der Rippenabschnitt 8 weist eine zentrale Öffnung 10 auf.
Bezugszeichenliste

1: Gießform
2: Schmelze
3: Oberstempel
4: Öffnung
5: Rohteil
6: hohlzylindrischer Abschnitt
7: Kragen
8: Rippenabschnitt
9: Rippen
10: zentrale Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CH 443060 [0008]
DE 1163193 [0009]
CH 536481 [0010]
DE 2924036 A1 [0011]
DE 102012015475 A1 [0012]
DE 3523442 C1 [0013]
US 4360954 [0014]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Treibspiegelgeschosses, wobei ein Rohteil (5) des Treibspiegelgeschosses, insbesondere ein Rohteil (5) eines Treibspiegels, durch ein Pressgussverfahren hergestellt wird, wobei eine Schmelze (2) in einer Gießform (1) erstarrt und so das Rohteil (5) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmelze (2) eine Knetlegierung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Montage des Treibspiegelgeschosses das Rohteil (5) spannend bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Knetlegierung Aluminium aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Knetlegierung EN AW7075 verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschmolzene Knetlegierung in eine offene und temperierte Gießform (1) gegossen wird, wobei durch einen ebenfalls temperierten Oberstempel (3) die Gießform (1) geschlossen und der erforderliche Druck auf die Schmelze (2) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohteil (5) einen hohlzylindrischen Abschnitt (6) aufweist, an den sich ein Kragen (7) anschließt, der vorzugsweise im Wesentlichen kegelförmig bis zu einem Rippenabschnitt (8) abfällt, wobei der Rippenabschnitt (8) mehrere umfänglich beabstandete, sich in Längsrichtung des Rohteils (5) erstreckende Rippen (9) aufweist.
Treibspiegel, wobei der Treibspiegel mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt wird.