DE202017007570U1

DE202017007570U1 - Vorrichtung zur Herstellung von Zügen in Läufen von Feuerwaffen

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Publication number: DE202017007570U1
Application number: DE202017007570.9U
Authority: DE
Original assignee: Aec Alpen Energy Consulting GmbH; Emag Salach GmbH
Current assignee: Aec Alpen Energy Consulting GmbH; Emag Salach GmbH
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2027-06-10
Also published as: EP3468739A1; US11181333B2; WO2017210709A1; US20190154383A1; WO2017212051A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Herstellung von Zügen in Läufen von Feuerwaffen in der mindestens ein zu bearbeitender Lauf (6) als Werkstück mit seiner Längsrichtung senkrecht in die Vorrichtung (1) aufgenommen werden kann, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine obere (4) und mindestens eine untere (5) Aufnahme aufweist, mittels derer der mindestens eine Lauf (6) gehaltert werden kann, wobei die Vorrichtung (1) Mittel zum Durchleiten, vorzugsweise zum Pumpen, einer Elektrolytlösung durch den mindestens einen Lauf (6) aufweist, wobei die Vorrichtung Mittel (7) zum Durchführen eines Werkzeugs (8) durch den mindestens einen Lauf (6) aufweist, wobei das Werkzeug (8) zur gleichen Zeit durch den Lauf geführt werden kann, in der die Elektrolytlösung durch den Lauf (6) geleitet, vorzugsweise gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Mittel aufweist, an Werkstück und Werkzeug eine gepulste elektrische Spannung anzulegen, zumindest während das Werkzeug (8) durch den Lauf (6) geführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Zügen in Läufen von Feuerwaffen mittels elektrochemischer Metallbearbeitung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung für das PECM Verfahren, mittels derer bei der Herstellung von Läufen ein besonders gleichmäßiger Materialabtrag ermöglicht wird und damit besonders glatte Oberflächen an der Innenseite der Läufe von Feuerwaffen erzeugt werden können.
Als Züge bezeichnet man die im Lauf von Handfeuerwaffen und im Rohr von Geschützen ausgeformten helixförmigen beziehungsweise spiralförmigen, vorzugsweise kontinuierlich ausgebildeten Ausnehmungen oder Nuten, die dem Projektil während seiner Bewegung durch den Lauf einen Drall um seine Längsachse verleihen und dadurch die Geschossflugbahn stabilisieren soll. Bei der Herstellung dieser Nuten im Lauf wird daher typischerweise das Material im Bereich der Nuten abgetragen. Die zwischen den Zügen stehengebliebenen Bereiche werden als Felder bezeichnet. Die Herstellung der Züge ist Teil des sogenannten Finishings, das heißt, der Lauf besitzt bereits seine Bohrung und seine Formgebung ist weitestgehend abgeschlossen. Daher ist es von Bedeutung, dass bei der Herstellung der Züge hohe Temperaturen, die ein Verformen des Laufs verursachen könnten, möglichst vermieden werden.
Ein diesbezüglich vorteilhaftes Verfahren ist das ECM-Verfahren (Electrochemical Machining), wie es beispielsweise in der US 3,630,878 beschrieben ist. In diesem Verfahren wird ein Werkzeug durch ein rohrförmiges Werkstück, den Lauf, geführt, während eine Elektrolytlösung zwischen Werkzeug und der inneren Oberfläche des Wertstücks gepumpt wird. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip der Elektrolyse, wobei von der Anode Material abgetragen wird beziehungsweise die Metallatome ionisiert werden und in Lösung gehen. Dabei wird eine Gleichspannungsquelle an Werkzeug und Werkstück angelegt, wobei das Werkstück, der Lauf, die Anode ist. Von der Kathode, dem Werkzeug, wird kein Material abgetragen. Die Elektrolytlösung fungiert bei diesem Verfahren gleichzeitig als Kühlmittel und verhindert so ein zu starkes Aufheizen des Werkstücks. Die äußere, der Innenwand des Werkstücks zugewandte Oberfläche des Werkzeugs umfasst einen Bereich für die Bohrungsoberflächenbearbeitung und das Bohrungsoberflächenfinish sowie einen damit integralen segmentierten Bereich für die Einbringung und das Finish der Nuten. Die Bearbeitungs- und Finishbereiche der Kathode bestehen aus Metall. In dem segmentierten Bereich sind Isolatoren zwischen den metallischen Bereichen vorgesehen. Damit werden im Prinzip zwei Bearbeitungsschritte gleichzeitig durchgeführt. Dies erfordert jedoch einen insgesamt größeren Materialabtrag und führt damit zu einer längeren Bearbeitungszeit verbunden mit einem hohen Energieverbrauch. Des Weiteren ist der Aufbau des Werkzeugs sehr komplex und die Herstellung des Werkzeugs damit aufwendig und kostenintensiv. Insbesondere die Herstellung des segmentierten Bereichs, bei dem Isolatoren und Metall ausreichend stabil miteinander verbunden werden müssen, um dem Druck des Elektrolytflusses standhalten zu können, ist sehr aufwendig.
Eine weitere Methode sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von Zügen in Läufen unter Anwendung des ECM-Verfahrens ist in der US 4,690,737 beschrieben. Auch hierbei wird ein Werkzeug zur Erzeugung der Züge im inneren des Laufs durch den Lauf geführt. Das Werkzeug weist an seiner der Innenwand des Werkstücks zugewandten Außenseite ebenfalls einen segmentierten Bereich auf, in dem metallische und nicht-metallische (Isolator) Bereiche spiralförmig nebeneinander angeordnet sind. Diese Vorrichtung dient ausschließlich der Herstellung der Züge und das entsprechende Verfahren ist somit effizienter als das oben beschriebene, in der US 3,630,878 offenbarte Verfahren, da weniger Material abgetragen werden muss. Jedoch ist auch hier die Herstellung des Werkstücks aufwendig und kostenintensiv. Die Isolatorbereiche auf dem Werkstück können zwar aus einfachen Isolationsstreifen bestehen, dies führt jedoch bei den vorherrschenden, verschleißintensiven Verfahrensbedingungen zu einer kürzeren Lebensdauer der Werkzeuge.
Bei dem ECM-Verfahren treten jedoch mitunter Schwierigkeiten in der Herstellung besonders glatter und gleichmäßiger Oberflächen auf, was insbesondere bei der Bearbeitung der Innenwand von Läufen von Feuerwaffen für deren Treffgenauigkeit kritisch ist. Die Präzision der mechanischen Bearbeitungsverfahren hat in den letzten Jahrzenten derart zugenommen, dass das ECM-Verfahren hinsichtlich seiner Präzision an seine Grenzen zu stoßen droht. Ein deutlich präziseres Verfahren, das jedoch grundsätzlich auf dem gleichen Prinzip basiert, stellt das PECM-Verfahren dar, wobei der Buchstabe P austauschbar sowohl für „Präzise“ („Precise“), als auch für „Gepulst“ („Pulsed“) interpretiert wird. Das PECM-Verfahren ist beispielsweise in der wissenschaftlichen Veröffentlichung Modelling and Monitoring Interelectrode Gap in Pulse Electrochemical Machining, Rajurkar et al., Annals of the CIRP Vol. 44/1/1995 beschrieben. Durch die gepulste Spannungsquelle wird eine verbesserte Prozesskontrolle ermöglicht, bei welcher Oberflächenfehler vermieden werden können, die durch Hohlraumbildung und einen ungleichmäßigen Elektrolytfluss hervorgerufen werden. Ein Einsatz dieses Verfahrens wird beispielsweise bei der Oberflächenbehandlung von Turbinenschaufeln beschrieben. Die Vorteile des Verfahrens können dadurch erhalten werden, dass die Spaltbreite zwischen Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung verringert werden kann. Bei jedem Pulszyklus wird das Werkzeug in der Zeit, in der keine Spannung anliegt, um die den Materialabtrag entsprechende Strecke dem Werkstück angenähert. Das Werkzeug rückt also bei jedem Zyklus in Richtung des Werkstücks nach, um die ursprüngliche, sehr geringe Spaltbreite zwischen Werkzeug und Werkstück wieder herzustellen. Dies ist in 1 der genannten Veröffentlichung dargestellt.
Das PECM-Verfahren kann jedoch nicht auf die Herstellung der Züge in Läufen von Feuerwaffen übertragen werden. Denn systembedingt ist es dabei nicht möglich, das Werkzeug bei der Bearbeitung dem Werkstück anzunähern, denn Werkzeug und Werkstück liegen koaxial zueinander vor, bzw. bewegen sich koaxial zueinander. Wenn also das Werkzeug sich an einer Seite der Innenwand des Laufs annähert, so entfernt es sich gleichzeitig an der gegenüberliegenden Seite von der Innenwand des Laufs.
Es besteht daher weiterhin die Notwendigkeit für ein präziseres Verfahren zur Herstellung der Züge in Läufen von Feuerwaffen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein derartiges präziseres Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, die zugleich einfach und kostengünstig hergestellt und betrieben werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass eine gepulste Spannungsquelle bei der Herstellung der Züge zu einer verbesserten Oberfläche führt, obwohl es nicht möglich ist, ein „Nachrücken“ des Werkzeugs an die Innenwand des Laufs und damit eine konstante Spaltbreite während der Bearbeitung zu gewährleisten.
Vorliegend wird also ein Verfahren zur Herstellung von Zügen in Läufen von Feuerwaffen beschrieben, das folgendes beinhaltet: einen Lauf als Werkstück, welcher in seiner Längsrichtung eine Achse definiert und welcher eine in der Längsrichtung liegende Bohrung aufweist, welche eine Innenwand des Laufs definiert, und ein Werkzeug, aufweisend einen Werkzeugkopf, der eine der Gestalt der herzustellenden Züge entsprechende Außenkontur, bestehend aus einem elektrisch leitenden Material, aufweist, wobei eine Elektrolytlösung durch die Bohrung des Laufs geleitet wird, während das Werkzeug durch die Bohrung des Laufs geführt wird.
An das Werkstück und an das Werkzeug wird eine gepulste elektrische Spannung angelegt, mit der ein Gleichstrom erzeugt wird, wobei das Werkstück die Anode und der Werkzeugkopf die Kathode darstellt, wobei der Lauf mit seiner Längsrichtung vertikal positioniert wird, wobei zwischen der elektrisch leitfähigen Außenkontur des Werkzeugkopfes und der Innenwand des Laufs ein um den Werkzeugkopf umlaufender Spalt besteht, durch den die Elektrolytlösung fließt, und wobei das Werkzeug während des Anlegens der gepulsten Spannung relativ zum Werkstück durch die Bohrung des Laufs bewegt wird und dabei gleichzeitig um seine Achse rotiert wird, wodurch die Züge an der Innenwand der Bohrung erzeugt werden.
Die vertikale Ausrichtung des Laufs bietet dabei zwei wesentliche Vorteile. Erstens begünstigt die Gravitation bei dieser Anordnung den Abtransport in Lösung gegangener Metallionen und zweitens werden die negativen Gravitationseffekte, welche bei einer horizontalen Ausrichtung auftreten, wie zum Beispiel ein Durchbiegen des Laufs aufgrund seines Eigengewichts, eliminiert. Lauflängen von 1500 mm und mehr können so problemlos bearbeitet werden.
Vorzugsweise wird das Werkzeug während der Herstellung der Züge mittels einer elektronischen Steuerung relativ zum Werkstück durch die Bohrung des Laufs bewegt. Hierbei kann eine verbesserte Präzision und Reproduzierbarkeit erreicht werden
Weiter bevorzugt weist die gepulste Spannung Zeitintervalle auf, in denen abwechselnd der Gleichstrom fließt und nicht fließt. Dabei wirkt das Zeitintervall, in dem der Gleichstrom nicht fließt, derart mit der Geschwindigkeit, mit der die Elektrolytlösung durch den Lauf gepumpt wird, zusammen, dass die Elektrolytlösung innerhalb des Spalts während dieses Zeitintervalls ausgetauscht wird. Dies verbessert die Oberflächengüte der Laufinnenwand, da keine unkontrollierten Konzentrationsunterschiede der aus dem Werkstück herausgelösten Metallionen innerhalb des Spalts entstehen, die eine ungleichmäßige Elektrolyse zur Folge haben könnten.
Weiter bevorzugt wird die Elektrolytlösung vor dem Pumpen in den Lauf auf eine spezifische Temperatur eingestellt. Auch dies trägt zur verbesserten Oberflächenqualität und Reproduzierbarkeit des Ergebnisses bei.
Weiter bevorzugt fließt die Elektrolytlösung in der gleichen Richtung, in der das Werkzeug während der Erzeugung der Züge durch den Lauf geführt wird. Alternativ hierzu und gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Elektrolytlösung auch in der entgegengesetzten Richtung fließen, in der das Werkzeug während der Erzeugung der Züge durch den Lauf geführt wird. Hierdurch wird, trotz des entgegengesetzten Konzentrationsgradienten der herausgelösten Metallionen innerhalb des Spalts in vertikaler Richtung, eine vergleichbare Oberflächengüte erzielt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Herstellung von Zügen in Läufen von Feuerwaffen bereit, in der mindestens ein zu bearbeitender Lauf als Werkstück mit seiner Längsrichtung senkrecht in die Vorrichtung aufgenommen werden kann. Dabei weist die Vorrichtung mindestens eine obere und mindestens eine untere Aufnahme auf, mittels welcher der mindestens eine Lauf befestigt werden kann, wobei die Vorrichtung Mittel zum Durchleiten, vorzugsweise zum Pumpen, einer Elektrolytlösung durch den mindestens einen Lauf aufweist und wobei die Vorrichtung Mittel zum Durchführen eines Werkzeugs durch den mindestens einen Lauf aufweist. Dabei kann das Werkzeug zur gleichen Zeit durch den Lauf geführt werden, in der die Elektrolytlösung durch den Lauf geleitet, vorzugsweise gepumpt wird.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung Mittel auf, an Werkstück und Werkzeug eine gepulste elektrische Spannung anzulegen, zumindest während das Werkzeug durch den Lauf geführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung so konfiguriert, um mit dieser das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung Mittel zum Durchleiten von Druckluft durch den mindestens einen Lauf auf. Hierdurch kann am Ende der Bearbeitung die im Lauf befindliche Elektrolytlösung schnell, einfach und rückstandslos wieder aus dem Lauf entfernt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Abstand zwischen der mindestens einen oberen Aufnahme und der mindestens einen unteren Aufnahme veränderbar. Weiter bevorzugt ist die untere Aufnahme an einer höhenverstellbaren Montageeinrichtung angebracht. Damit können mit derselben Vorrichtung verschieden lange Läufe bearbeitet werden. Zudem ist der Ein- und Ausbau des Laufs ist besonders bedienerfreundlich möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung weiterhin Mittel zum Durchleiten eines weiteren Fluides neben der Elektrolytlösung durch den mindestens einen Lauf auf. Das weitere Fluid ist bevorzugt gereinigtes Wasser, womit die Elektrolytreste herausgespült werden können und etwaige Salzrückstände im Laufinneren auf besonders einfach Weise vermieden beziehungsweise rückstandslos entfernt werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die mindestens eine obere Aufnahme und die mindestens eine untere Aufnahme Anschlüsse auf, durch die die Elektrolytlösung und gegebenenfalls die Druckluft und das weitere Fluid gepumpt werden können. Die Anschlüsse können somit bei einem Wechsel des Werkstücks so verbleiben, wie sie sind. Das neue Werkstück wird einfach in die Aufnahmen eingesetzt beziehungsweise darin befestigt und die Herstellung weiterer Züge kann ohne Verzögerung erfolgen beziehungsweise sich anschließen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Aufnahmen im Bereich der Anschlüsse ansteuerbare Ventile auf. So kann auf den jeweiligen Zuleitungen für die Flüssigkeiten oder die Druckluft ein dauerhafter, konstanter Druck angelegt werden und das Durchleiten des jeweiligen Mediums durch den Lauf kann durch eine zentrale Steuerung der Ventile erfolgen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügt die Vorrichtung über eine elektronische Steuerung. Wie im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits beschrieben wurde, wird hierdurch die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses erhöht. Zugleich erhöht dies die Bedienerfreundlichkeit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügt die Vorrichtung über eine Messeinrichtung, mit der anhand der verbrauchten Elektrolytlösung Rückschlüsse über den Fortschritt der Herstellung der Züge getroffen werden können. Hierbei können beispielsweise Sonden oder Elektroden für die Messung der Konzentration bestimmter Ionen in der Elektrolytlösung vorgesehen sein. Anhand des Konzentrationsunterschieds der verbrauchten Lösung im Vergleich zur frischen eingeleiteten beziehungsweise durchgeleiteten Lösung können Aussagen über die Tiefe der Züge während des laufenden Bearbeitungsprozesses beziehungsweise online getroffen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Mittel zum Durchführen des Werkzeugs durch den mindestens einen Lauf weiterhin das Werkzeug um die Längsachse des Laufs rotieren lassen. Dies sorgt für eine Erhöhung der Prozesssicherheit und Prozessstabilität.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können in die Vorrichtung mindestens zwei Läufe aufgenommen und gleichzeitig bearbeitet werden. Einige der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen wirken somit synergetisch zusammen. Beispielsweise kann dadurch eine zentrale Elektrolyt-, Fluid- und Druckluftversorgung vorgesehen werden, wobei die Ventile in den Aufnahmen der einzelnen Bearbeitungseinheiten separat gesteuert werden können. Dies steigert die Effizienz und senkt die Kosten der Herstellung der Züge in Läufen von Feuerwaffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung weiterhin das Werkzeug, wobei das Werkzeug einen Werkzeugstab und einen Werkzeugkopf aufweist. Dabei ist der Werkzeugkopf aus einem elektrisch leitfähigen, metallischen Material gebildet und weist an seiner während der Herstellung der Züge der Innenwand des Laufs zugewandten Umfangsfläche spiralförmige Erhebungen auf. Vorzugsweise weist der Werkzeugkopf zwischen den spiralförmigen Erhebungen keine Isolatoren auf. Es hat sich gezeigt, dass die Oberflächengüte mit solchen wesentlich kostengünstigeren Werkzeugköpfen nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.
Unter dem Begriff „vertikal“ ist die entsprechende Orientierung relativ zur Erdoberfläche zu verstehen.
Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung werden im Nachgang unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei

1 eine Frontansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine Ansicht eines Werkzeugs gemäß einer Ausführungsform sowie einen vergrößerten Ausschnitt des Werkzeugkopfes der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
5 ein Flussdiagram zu einem hierin beschriebenen Verfahren zeigen.

Die in der 1 gezeigte Ausführungsform zeigt eine Vorrichtung 1 mit zwei Bearbeitungseinheiten 2, 3. Die rechte Einheit 2 ist mit den entsprechenden Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung belegt. Die linke Einheit 3 ist in dem in 1 gezeigten Einsatzbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nicht belegt, kann aber entsprechend ausgerüstet werden, so dass eine parallele Lauffertigung mit den Einheiten 2 und 3 erfolgen kann. In der Einheit 3 beziehungsweise der Vorrichtung 1 ist der Lauf 6 vertikal in die Aufnahmen 4, 5 eingespannt. Die Art der Befestigung in den Aufnahmen ist dabei nicht besonders eingeschränkt. Wie in der 3 an der unteren Aufnahme 5 gezeigt ist, kann der Lauf 6 von vorne in die Aufnahme 5 eingeschoben werden und kann an der vorgesehenen Stelle in der Aufnahme 5 formschlüssig gehaltert sein, beispielsweise kann der Lauf 6 in eine geeignete Halterung einrasten.
Die Befestigung beziehungsweise Halterung des Laufs 6 an der oberen Aufnahme 4 erfolgt wie bei der Aufnahme 5. Es ist jedoch auch möglich, den Lauf 6 durch ein vertikales Verfahren der unteren Aufnahme 5, wie in 2 mit den entsprechenden Pfeilen illustriert, nach oben in eine für den Lauf 6 vorgesehene Öffnung der oberen Aufnahme 4 zu bewegen, mittels der der Lauf 6 dann gehaltert ist. Bei erreichter Bearbeitungsposition wird die untere verschiebbare Aufnahme 5 verriegelt (nicht gezeigt). Der Lauf befindet sich nun in der Sollposition für die Bearbeitung und die Herstellung der Züge kann gemäß dem Verfahren erfolgen. Möglich ist jedoch jede andere geeignete Art der Befestigung. Wie in den 2 und 3 zu erkennen ist, ist für die unteren Aufnahme 5 vorzugsweise als eine vertikal bewegliche beziehungsweise verschiebbare, ausreichend stabile Stahlkonstruktion als Montageeinrichtung 5b vorgesehen, in welche der Lauf aufgenommen wird. Die Montageeinrichtung 5b ist beispielsweise an einer Wand mittels einer verschiebbaren Schiene befestigt ist. Besonders bevorzugt weist die Stahlkonstruktion Stahlplatten mit einer Stärke von über 10 mm auf.
Oberhalb der oberen Aufnahme 4 befindet sich, wie in den 1 bis 3 gezeigt, ein Mittel 7 zum Durchführen eines Werkzeugs 8 durch den mindestens einen Lauf 6, beispielsweise eine elektronisch steuerbare Robotereinheit, mit welcher das Werkzeug neben der in vertikaler Richtung ausgeführten Relativbewegung zum Lauf 6 auch um die Längsachse A rotiert werden kann.
An den Aufnahmen 4, 5 sind Anschlüsse 4a, 5a vorgesehen. An die Anschlüsse 4a, 5a werden die jeweiligen Zuführungsleitungen beziehungsweise Schlauchleitungen (nicht gezeigt) für Zuführung von Elektrolytlösung, gegebenenfalls Wasser und Druckluft angeschlossen. Die Bauweise der Aufnahmen 4, 5 ist massiv, da sie hohen Drücken standhalten muss. Gleichzeitig muss, in dieser Ausführung, durch die obere Aufnahme 4 das Werkzeug in den Lauf eingeführt und darin bewegt werden können. Dies erfordert eine Abdichtung sämtlicher druckbelasteten Komponenten untereinander. Vorzugsweise sind daher die Aufnahmen 4, 5 aus massivem Metall, weiter bevorzugt Stahl, gefertigt. Der Werkzeugstab 9 wird vorzugsweise durch einen oder mehrere Dichtungsringe, vorzugsweise aus Polytetrafluoroethylen, geführt.
Die Art und Konzentration geeigneter Elektrolytlösungen sind nicht besonders eingeschränkt. Es können prinzipiell sämtliche im ECM- Verfahren und PECM-Verfahren übliche Lösungen verwendet werden.
Die gepulst elektrische Spannung ist ebenfalls nicht besonders eingeschränkt. Übliche Bereiche hierfür sind dem Fachmann bekannt, wobei diese, unter anderem, von der Art des Metalls des Laufs 6, sowie vom Kaliber und der Umfangsfläche des Werkzeugkopfes 10 abhängen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden allerdings die Zeitintervalle der An-Zeit und Aus-Zeit der Spannung und damit des Gleichstromflusses derart eingestellt, dass es möglichst zu keinen Höhlenbildungseffekten kommt und, weiterhin derart, dass die Geschwindigkeit des Elektrolytflusses im Spalt ausreicht, um während der Aus-Zeit die Elektrolytlösung im Spalt auszutauschen.
Die genaue Ausgestaltung der Außenkontur des Werkzeugkopfes 10 beziehungsweise die Gestaltung der spiralförmigen Erhebungen 11 auf diesem ist ebenfalls nicht besonders eingeschränkt und richtet sich nach den Erfordernissen und dem Einsatzzweck der Feuerwaffe. Bevorzugt weist der Werkzeugkopf jedoch keine Isolatoren auf.
Nach dem hierin beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Zügen in Läufen von Feuerwaffen beinhaltend einen Lauf 6 als Werkstück, welcher in seiner Längsrichtung eine Achse A definiert und welcher eine in der Längsrichtung liegende Bohrung aufweist, welche eine Innenwand des Laufs definiert, und ein Werkzeug 8, aufweisend einen Werkzeugkopf 10, der eine der Gestalt der herzustellenden Züge entsprechende Außenkontur, bestehend aus einem elektrisch leitendem Material, aufweist, wird gemäß dem in 5 beispielhaft gezeigten Flussdiagramm zu einer Ausführungsform, der zu bearbeitende Lauf zunächst in die Vorrichtung 1 eingespannt beziehungsweise darin befestigt. In der zur Aufnahme bereitstehenden Vorrichtung 1 ist dabei die Montageeinrichtung 5b an der unteren Aufnahme nach unten gefahren. Der Lauf wird zunächst an der unteren Aufnahme befestigt S1 und durch Hochfahren der Montageeinrichtung 5b wird der Lauf mit seinem oberen Ende an der oberen Aufnahme befestigt S2, indem er in eine dafür vorgesehene Öffnung in der oberen Aufnahme geschoben wird. Die Montageeinrichtung 5b wird dann sicherheitshalber verriegelt. Anschließend wird eine Elektrolytlösung durch die Bohrung des mit seiner Längsrichtung vertikal in den Einheiten 4, 5 positionierten Laufs 6 geleitet beziehungsweise gefördert S3. Sobald sich eine ausreichende Menge an Elektrolytlösung im Lauf befindet, wird das Werkzeug 8 in die Bohrung des Laufs 6 geführt S4. An das Werkstück 6 und das Werkzeug 8 wird sodann eine gepulste elektrische Spannung angelegt, mit der ein entsprechend gepulster Gleichstrom erzeugt wird S5. Dabei bildet das Werkstück 6 die Anode und der Werkzeugkopf 10 die Kathode. Während der Einführung und Hindurchführung S5 des Werkzeugkopfes 10 in die Bohrung des Laufs 6, ist zwischen der elektrisch leitfähigen Außenkontur des Werkzeugkopfes 10 und der Innenwand des Laufs 6 ein um den Werkzeugkopf 10 umlaufender Spalt gebildet. Durch diesen fließt die Elektrolytlösung. Das Werkzeug 8 wird während des Anlegens der gepulsten Spannung relativ zum Werkstück beziehungsweise Lauf 6 durch die Bohrung des Laufs 6 bewegt und dabei gleichzeitig um die Achse A rotiert S5. Durch Abtragen des Materials mittels der elektrochemischen Reaktion werden dabei die Züge an der Innenwand der Bohrung des Laufs 6 erzeugt.
Das Werkzeug 8 wird während der Herstellung der Züge mittels einer elektronischen Steuerung relativ zum Werkstück 6 durch die Bohrung des Laufs 6 bewegt wird.
Die gepulste Spannung weist Zeitintervalle auf, in denen abwechselnd der Gleichstrom fließt und nicht fließt, wobei das Zeitintervall, in dem der Gleichstrom nicht fließt, derart mit der Geschwindigkeit, mit der die Elektrolytlösung durch den Lauf 6 geführt beziehungsweise gefördert wird, zusammenwirkt, dass die Elektrolytlösung innerhalb des Spalts während dieses Zeitintervalls ausgetauscht wird.
Die Elektrolytlösung wird dabei vor dem Einleiten in den Lauf 6 auf eine spezifische Temperatur eingestellt.
Während der Bearbeitungsphase wird die Elektrolytlösung in der gleichen Richtung durch den Lauf 6 bewegt, in der das Werkzeug 8 während der Erzeugung der Züge durch den Lauf 6 geführt wird. Alternativ kann die Elektrolytlösung in der entgegengesetzten Richtung zum Werkzeug 8, wenn dieses während der Erzeugung der Züge durch den Lauf 6 geführt wird, bewegt werden.
Nach erfolgtem vollständigem Durchfahren des Laufs 6 mit dem Werkzeug 8 ist die Herstellung der Züge im Lauf 6 abgeschlossen. Die gepulste Spannung wird abgeschaltet S6, der Elektrolytfluss wird abgestellt S7 und der Lauf wird mit samt dem Werkzeug mit Wasser und/oder Luft gespült, um Material- und Elektrolytreste aus dem Lauf und vom Werkzeug möglichst rückstandlos zu entfernen S7. Das Werkzeug 8 wird in die Ausgangsposition zurückgefahren S8 und der Lauf 6 beziehungsweise die Läufe 6 nach dem Herunterfahren der Montageeinrichtung 5b und Lösen aus den Aufnahmen 4, 5 der Vorrichtung 1 entnommen S9. Gegebenenfalls erfolgt vor Entnahme des Laufs 6 ein weiteres Ausspülen des Laufs 6.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Erste Bearbeitungseinheit
3: Zweite Bearbeitungseinheit
4: Obere Aufnahme des Werkstücks
4a: Anschlüsse für Elektrolytlösung etc.
5: Untere Aufnahme des Werkstücks
5a: Anschlüsse für Elektrolytlösung etc.
5b: Montageeinrichtung
6: Lauf/Werkstück
7: Mittel zum Durchführen eines Werkzeugs durch den Lauf
8: Werkzeug
9: Werkzeugstab
10: Werkzeugkopf
11: Spiralförmige Erhebungen
A: Längsachse Lauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3630878 [0003, 0004]
US 4690737 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung von Zügen in Läufen von Feuerwaffen in der mindestens ein zu bearbeitender Lauf (6) als Werkstück mit seiner Längsrichtung senkrecht in die Vorrichtung (1) aufgenommen werden kann, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine obere (4) und mindestens eine untere (5) Aufnahme aufweist, mittels derer der mindestens eine Lauf (6) gehaltert werden kann, wobei die Vorrichtung (1) Mittel zum Durchleiten, vorzugsweise zum Pumpen, einer Elektrolytlösung durch den mindestens einen Lauf (6) aufweist, wobei die Vorrichtung Mittel (7) zum Durchführen eines Werkzeugs (8) durch den mindestens einen Lauf (6) aufweist, wobei das Werkzeug (8) zur gleichen Zeit durch den Lauf geführt werden kann, in der die Elektrolytlösung durch den Lauf (6) geleitet, vorzugsweise gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Mittel aufweist, an Werkstück und Werkzeug eine gepulste elektrische Spannung anzulegen, zumindest während das Werkzeug (8) durch den Lauf (6) geführt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Mittel zum Durchleiten von Druckluft durch den mindestens einen Lauf (6) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen der mindestens einen oberen Aufnahme (4) und der mindestens einen unteren Aufnahme (5) veränderbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Aufnahme (5) an einer höhenverstellbaren Montageeinrichtung (5b) angebracht ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) weiterhin Mittel zum Durchleiten eines weiteren Fluides neben der Elektrolytlösung durch den mindestens einen Lauf (6) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine obere Aufnahme (4) und die mindestens eine untere Aufnahme (4) Anschlüsse (4a, 5a) aufweisen, durch die die Elektrolytlösung und gegebenenfalls die Druckluft und/ oder das weitere Fluid gepumpt werden können.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (4, 5) im Bereich der Anschlüsse (4a, 5a) ansteuerbare Ventile aufweisen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) über eine elektronische Steuerung verfügt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) über eine Messeinrichtung verfügt, mit der anhand der verbrauchten Elektrolytlösung Rückschlüsse über den Fortschritt der Herstellung der Züge getroffen werden können.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zum Durchführen des Werkzeugs (8) durch den mindestens einen Lauf (6) derart ausgebildet sind, dass das Werkzeug (8) um die Längsachse (A) des Laufs (6) rotiert werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorrichtung (1) mindestens zwei Läufe (6) aufgenommen und gleichzeitig bearbeitet werden können.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) weiterhin das Werkzeug (8) umfasst, wobei das Werkzeug (8) einen Werkzeugstab (9) und einen Werkzeugkopf (10) aufweist, wobei der Werkzeugkopf (10) aus einem elektrisch leitfähigem, metallischen Material besteht und an seiner während der Herstellung der Züge der Innenwand des Laufs (6) zugewandten Umfangsfläche spiralförmige Erhebungen (11) aufweist.