DE2940989T5 - Cast composite armour - Google Patents

Description

MERLIN GERIN, Grenoble, Frankreich
Gegossene Verbund-Panzerung

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren von Verbund Metallteilen, insbesondere von gegossenen Panzerungen mit Einlagen aus Keramik, die beim Guss des Teiles darin eingebettet werden, sowie eine mittels dieses Verfahrens hergestellte Panzerung.

Man kennt derartige Verfahren gemäss denen die keramischen Einlagen zuvor mit dem flüssigen Metall vermischt werden, bevor die gesamte Masse in eine Form kommt, wo die Erstarrung des Metalls die Einlagen in den Lagen blockiert, in denen sie sich gerade befinden, wenn das Metall vom flüssigen in den festen Zustand übergeht.

Die ungewisse Anordnung der Einlagen erlaubt es nicht, eine genaue und wiederholbare ballistische Wirksamkeit zu gewähren, und um diese Unsicherheit auszugleichen, werden stärkere Panzerdicken vorgesehen. Das Gewicht der Panzerungen bildet ein ernsthaftes Hindernis für bewegliche Fahrzeuge, insbesondere für Panzerfahrzeuge, und die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die Herstellung einer Panzerung mit einer genauen und erhöhten ballistischen Wirksamkeit zu ermöglichen.

Man kennt ebenfalls eine Panzerung aus Leichtmetall mit

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einer Einlagenschicht, die aus einem Aufbau in Pyramidenform von keramischen Kugeln besteht (US Patent Nr. 3.705.558) Diese in der Mitte der Panzerung eingebettete Schicht stellt eine Kontinuitätslösung dar, welche nachteilig für den mechanischen Widerstand ist. Die keramischen Kugeln berühren sich gegenseitig und lassen nur kleine Zwischenräume für das Eindringen des flüssigen Metalls frei. Die Trägergerüste der Kugeln in der Form laufen Gefahr, sich unter der von dem flüssigen Metall hervorgerufenen Ausdehnungswirkung und der durch die Erwärmung auftretenden Erweichung zu biegen.

Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikeinlagen Positionierungsprotuberanzen aufweisen, und gleichmässig durch diese Protuberanzen in der Form aufgestellt und gehalten werden, gemäss einem vorher bestimmten Gefüge, um eine ballistische Wirksamkeit zu gewährleisten, und um Zwischenräume zu bilden, zum Eindringen des flüssigen Metalls, und dass das flüssige Metall so in die Form gegossen wird, dass die Zwischenräume ausgefüllt und die Einlagen umschlossen werden, wobei letztere endgültig in der Panzerung durch die Erstarrung des Metalls verankert und positioniert werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht ein vorher festgelegtes Positionieren mit dem Vorteil, dass die Keramikeinlagen im Raum verteilt werden können und Zwischenräume bilden, welche eine maximale ballistische Wirksamkeit ge-

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währleisten, wobei die Richtung, aus der das Geschoss kommt, berücksichtigt wird.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Herstellungsverfahren einer Verbund-Panzerung, bei welchem um jede Einlage eine Metallkokille gegossen wird und bei welchem das Giessen des flüssigen Metalls ohne bedeutendes Schmelzen der Kokilr len stattfindet.

Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung werden die Keramikeinlagen, die kugel-, zylinder-, ei- oder prismenförmig sein können, in einer Kokille eingebettet, die eine metallische, individuelle Hülle bildet, welche Zapfen und Zapfenlöcher aufweist, die ein Zusammenstecken der umhüllten Einlagen ermöglichen, um relativ feste Stellungen zu gewährleisten.

Die individuelle Umhüllung der Einlagen geschieht in einer Giessform, wo es möglich ist, die Keramikeinlage in einer zentralen, unveränderlichen Stellung zu positionieren. In den Raum zwischen der Giessform und der Keramikeinlage wird das flüssige Metall gegossen, das um die Einlage eine Kokille bildet, welche herausragende Zapfen und Zapfenlöcher aufweist, die später die bezüglichen Positionierungen in der eigentlichen Panzerung ermöglichen. Die sich in der Kokille befindlichen Einlagen werden vorbereitet, indem alle Ansatzstücke, die zum Guss der Kokille nötig waren, entfernt werden, sowie die Verbindungsspuren,

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die die spätere Zusammensetzung der Einlagen hindern könnten .

Um aus Metall gegossene Panzerungen herzustellen, werden ; die zusammengesteckten Einlagen in der Form angeordnet, wo"-bei sie sich an den Wänden der Form abstützen, damit sie beim Schliessen der Form blockiert sind und Jegliche Verschiebung beim Giessen der eigentlichen Panzerung verhindert wird.

Das Metall, aus dem die Kokille besteht, kann das gleiche oder verschieden von dem der Panzerung sein, und die Gussbedingungen der Panzerung werden so gewählt, dass Jegliches Schmelzen der Kokille der Einlage verhindert wird. Es kann vorteilhaft sein, die umhüllten Einlagen vor dem Guss des Panzerungsmetalls zu erhitzen, um Oberflächenreaktionen zu verhindern, die die Dichte der Panzerung beeinträchtigen könnten. Die Umhüllung der Einlagen ermöglicht eine erhöhte ballistische Wirksamkeit der Panzerung. Die verwendeten Keramiken werden wegen ihrer ballistischen Eigenschaften gewählt und können z.B. von der in der vorgenannten Patentschrift beschriebenen Art sein. Einlagen aus gesintertem Aluminiumoxyd sind verwendbar.

In einer Panzerung, insbesondere von geringer Dicke, können die Einlagen in einer einzigen Schicht in mehreren parallelen Reihen angeordnet sein, wobei die Zwischenräume zwischen den Einlagen einer selben Reihe und die Zwischen-

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räume zwischen den Reihen ausreichend sind, um das Eingiessen des flüssigen Metalls und ein korrektes Füllen der Foim zu ermöglichen.

Die Innenseite der Form kann Positionierungsmittel aufwei sen, z.B. Löcher, in welche die Zapfen der Einlagen gesteckt werden können, um ein korrektes Positionieren zu gewährleisten. In einer Panzerung mit mehreren Schichten von Einlagen ist es vorteilhaft, letztere versetzt anzuordnen und/oder eine Verschachtelung der verschiedenen Schichten vorzusehen. Die von den Einlagen gebildete Verbindung kann ein dreidimensionales Gefüge sein, das in regelmässiger Weise in der Panzerung angeordnet ist. Kugelartige Einlagen ermöglichen es, eine räumliche Symmetrie zu erhalten, sind aber schwierig herzustellen. Zylindrische Einlagen weisen vorzugsweise eine dem Durchmesser gleiche Höhe auf, um eine gewisse Symmetrie beizubehalten, und die Achsen von zwei aneinandergrenzenden Einlagen siid senkrecht angeordnet, um Jeglichen engen Durchgang zwischen zwei aneinandergrenzenden Flächen zu vermeiden.

Das Einsetzen der Einlagen in die Form oder in das zellenartige Gefüge kann von Hand aus oder bei Serienherstellung automatisch erfolgen.

Weitere Vorteile und Eigenschaften gehen aus der folgenden Beschreibung hervor verschiedener Anwendungsarten der Erfindung, die als Beispiele angegeben werden und in bei-

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liegender Zeichnung dargestellt sind, in der :

die Fig. 1 eine schematische Sicht im Schnitt einer Gussform einer Panzerung gemäss der Erfindung ist; _; die Fig. 2 ein Schnitt gemäss der gebrochenen Linie II-II der Fig. 1 ist, welcher die Anordnung der Einlagen zeigt;

die Fig. 3 ein schematischer Schnitt einer Einlage ist, gemäss einer Variante der Erfindung;

die Fig. k eine Einlagenverbindung gemäss Fig. 3 darstellt

In den Figuren begrenzt eine Form 10 für den Guss einer Platte, insbesondere einer metallischen Panzerung, eine Matrize 12, die beim Guss von dem flüssigen Metall gefüllt wind. Die Form 10 und das Gussverfahren sind von herkömmlicher Art und dem Gussteil angepasst, und es ist unnötig, sie zu beschreiben.

In der Form 10 sind Einlagen angeordnet, von denen nur sechs 14, 16, 18, 20, 22, 2k, in zwei parallelen Reihen 26, 28 gruppiert, auf den Fig. dargestellt sind. Die Einlagen Ik - 2k sind identisch und besitzen jede einen zylinderförmigen Kern 30 aus Keramik, der von einer Metallkokille 32 umhüllt ist. Die Kokille 32 weist zwei Verlängerungen auf in Form von Zapfen 3k, 36, im Durchmesser gegenüber liegend. Die keramischen Einlagen werden vorher

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durch von den Spezialisten gut bekannten Verfahren hergestellt und umhüllt, wobei die Umhüllung z.B. mittels Guss ausgeführt wird. Die Innenwände der Form 10 weisen blinde sich zu zweit gegenüberliegende Löcher 38 auf, in welche die Zapfen 36 der Einlagen Ik - Zk gesteckt werden. Das Einstecken kann von Hand aus geschehen oder mehr oder weniger automatisch erfolgen, und es ist leicht zu sehen, das nach Schliessen der Form 10 die Einlagen 14 - 2k in der Form 10 positioniert und blockiert sind gemäss einem durch die An-Ordnung der Löcher 38 vorher bestimmten Netz. Zwischen den Einlagen Ik - Zk sind Zwischenräume k0 vorgesehen von ausreichender Grosse für das Eindringen des flüssigen Metalls beim Füllen der Form 10. In dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel, haben die zylindrischen Einlagen Ik - 2k eine dem Durchmesser gleiche Höhe und sie sind regelmässig schachbrettartig angeordnet. Die Achsen zweier aneinandergrenzender Einlagen, z.B. Ik, 16 oder Ik, 20, sind senkrecht, um das Einfliessen des flüssigen Metalls zwischen die Einlagen zu erleichtern.

Das Metall zur Umhüllung der Einlagen kann das gleiche sein wie das der Panzerung, oder ein anderes Metall, und das Ganze ist so ausgeführt, um ein Schmelzen der Kokillen 32 beim Guss der Panzerung zu vermeiden. Die korrekte Positionierung der Einlagen Ik - 2k wird somit bewahrt. Nach Abheben der Form von der Platte können die hervorspringenden Teile der Zapfen 36 auf jede beliebige Art beseitigt werden.

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Es ist klar, dass die Einlagen 14 - 24 eine verschiedene Form besitzen können, z. B. prismatisch oder kugelförmig, oder dass einige der Einlagen eine von den anderen verschiedene Form und/oder Grosse aufweisen, und dass dann das Positionierungsgefüge an diese besonderen Formen oder Grossen angepasst ist. Die relative Positionierung der Einlagen kann sich aus den Verbindungen zwischen den Einlagen sei; ber ergeben, was die Form vereinfacht.

Die ballistische Wirksamkeit wird durch ein Gefüge in mehreren Schichten erhöht, und in diesem Fall wird von den Verbindungen zwischen den Einlagen Gebrauch gemacht, um ein netzförmiges Gefüge zu bilden, das in die Form 10 eingebettet werden kann.

Die Fig. 4 zeigt beispielsweise ein Gefüge von drei Schichten, gebildet durch die Verbindung von kugelförmigen Einlagen 42 von der in Fig. 3 gezeigten Art. 3ede Einlage 42 ist von einer Kokille 44 umhüllt, welche Paare von sich gegenüberliegenden Zapfen 46, Loch 48 aufweist, die einen Zusammenbau gemäss eines vorher bestimmten räumlichen Netzes in einer oder mehreren Schichten ermöglichen. Es ist vorteilhaft eine versetzte Anordnung der Einlagen 42 und/oder eine teilweise Verschachtelung vorzus*en, indem die Paare Zapfen 46, Loch 48 gemäss einem vorher bestimmten spitzen Winkel in der in den Fig. gezeigten Weise angeordnet werden. Die erhaltene zellenförmige Struktur schafft zwischen den Einlagen 42 Durchgänge für das flüssige Metall, und

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nach Erstarrung dieses Metalls sind die Einlagen in einer genau definierten Lage in der Panzerung eingebettet.

Man versteht, dass die Verbindung zwischen den Einlagen auf eine andere Weise ausgeführt sein kann, insbesondere durch Stäbe, die in die entsprechenden Offnungen der Einlagen eingeführt werden oder durch Lagerungskäfige der Einlagen, und dass letztere nicht unbedingt umhüllt sind, wenngleich die umhüllten Einlagen die bevorzugte Anwendungsweise der vorliegenden Erfindung bilden. Das die Panzerung bildende Metall kann Stahl oder Leichtmetall oder jegliches andere geeignete Metall oder Legierung sein.

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Claims (8)

MERLIN GERIN, Grenoble (Frankreich) Patentansprüche ;

1. Herstellungsverfahren von Verbund-Metallteilen, insbesondere von gegossenen Panzerungen mit Einlagen (14,

24) aus Keramik, die beim Guss des Teiles darin eingebettet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikeinlagen Positionierungsprotuberanzen (34, 36, 46) aufweisen und gleichmässig durch diese Protuberanzen in der Form (10) aufgestellt und gehalten werden, gemäss einem vorher bestimmten Gefüge, um eine ballistische Wirksamkeit zu gewährleisten und um Zwischenräume (4o) zu bilden zum Eindringen des flüssigen Metalls und dass das flüssige Metall so in die Form (10) gegossen wird, dass die Zwischenräume ausgefüllt und die Einlagen umschlossen werden, wobei letztere endgültig in der Panzerung durch die Erstarrung des Metalls verankert und positioniert werden.

2. Herstellungsverfahren von Verbund-Metallteilen, insbesondere von gegossenen Panzerungen mit Einlagen (14,

24) aus Keramik, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metall-Kokille (32, 44) um jede Einlage gegossen wird, um letztere zu umhüllen, und dass die von ihrer individuellen Kokille umhüllten Einlagen in einer Form (10) für den Guss der Panzerung angeordnet sind, wobei Zwischenräume (40) geschaffen werden, die das Eindringen des flüssigen Metalls

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und das Füllen der Form ermöglichen, wobei der Guss unter Bedingungen stattfindet, die jegliches bemerkenswerte Schmelzen cer Kokillen verhindern.

3. Verfahren gemäss Ratentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Kokille (44·) Positionierungsmittel (46, 48) aufweist, die mit den Positionierungsmitteln (46, 48) der angrenzenden Kokille und/oder der Form zusammenwirken können, und dass die von ihrer Kokille umhüllten Einlagen in der Gussform (10) der Panzerung angeordnet sind, wobei ihre Positionierungsmittel zusammenwirken, um die relative Positionierung der Einlagen in der Form zu gewährleisten .

4. Gegossene Verbundmetall-Panzerung mit keramischen

Einlagen nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, 2 oder 3 hergestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagen nach einem vorherbestimmten Gefüge in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei zwischen den Einlagen (14, 24) regelmassige Zwischenräume (40) geschaffen sind aim Einfliessen des flüssigen Metalls des Panzergusses und um eine optimale ballistische Wirksamkeit zu gewährleisten.

5. Metallpanzerung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Kokille (44) jeder Einlage (42) wenigstens einen Zapfen (46) und ein Zapfenloch (48) aufweist, die es ermöglichen, die von der Kokille umhüllten Einsätze zusammenzustecken, um ein vorherbestimmtes Gefüge

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zu bilden.

6. Metallpanzerung gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Kökille (44) einen oder mehrere Zapfen (46) aufweist, und ein oder mehrere Zapfenlöcher (48), um die Zapfenenden der aneinandergrenzenden Kokillen darin einzuführen und so ein zellenartiges zusammensteckbares Gefüge zu bilden.

7. Metallpanzerung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zellenförmige Gefüge mehrere Reihen oder Schichten von zusammengesteckten Einlagen aufweist, um eine optimale ballistische Wirksamkeit zu gewährleisten.

8. Metallpanzerung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagen (30) zylinderförmig sind mit einer dem Durchmesser gleichen Höhe und so in dem Netz angeordnet sind, dass die Achsen von zwei aneinandergrenzenden Einlagen senkrecht sind.

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