DE3323991A1 - Trichter- oder schalenfoermige einlage fuer hohlladungen sowie verfahren und form zu deren herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine trichter- oder schalenförmige Einlage für Hohlladungen sowie ein Verfahren und eine Form zu deren Herstellung.

Hohlladungs-Munition wird gegen Panzerplatten eingesetzt und ist seit langem bekannt. Wesentlich für die Wirkung der Hohl­ ladung ist eine vor der Ladung angeordnete trichter- oder schalenförmige Einlage, die normalerweise aus Kupfer besteht. Sie läßt beim Auftreffen der Hohlladung auf eine Panzerplat­ te einen Hitzestachel entstehen, der zum Durchbrennen der Panzerung führt.

Um die gewünschte Konzentration der Energie der Hohlladung zum sogenannten "Stachel" zu erzielen, kommt es entscheidend darauf an, wie sich die trichter- oder schalenförmige Ein­ lage unter dem Einfluß der auf sie wirkenden Kräfte und Tem­ peraturen verhält. Bisher hat man versucht, Verspannungen und Ungleichmäßigkeiten durch sorgfältige Materialauswahl und ge­ eignete herkömmliche Fertigungsverfahren zu vermeiden. Auf­ gabe der Erfindung ist es, eine im Vergleich zu diesem Stand der Technik noch bessere Einlage für Hohlladungen zu schaf­ fen, die mit großer Zuverlässigkeit Ungleichmäßigkeiten und Fehlfunktionen ausschließt.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einlage aus einem durch Kristallwachstum eines Kupfer- Einkristalls gestalteten Hohlkörper besteht.

Bei einem einwandfreien Einkristall entfallen Ungleichmäßig­ keiten, die bei Elektrolytkupfer von Korngrenzen und Restver­ unreinigungen ausgehen können. Es könnte deshalb in Betracht gezogen werden, anstelle des sonst verwendeten elektrolyti­ schen Kupfers ein als Einkristall hergestelltes Ausgangsma­ terial zu verwenden und in derselben Weise wie bisher spanend oder im Tiefziehverfahren formgebend zu bearbeiten. Demgegen­ über schlägt die Erfindung vor, noch einen Schritt weiterzu­ gehen und von vornherein den Einkristall so wachsen zu las­ sen, daß er durch sein Wachstum die gewünschte trichter- oder schalenförmige Gestalt der Einlage erzeugt. Auf diese Weise lassen sich nicht nur Ungleichmäßigkeiten des Gefüges, son­ dern auch durch mechanische Bearbeitungsverfahren induzierte Ungleichmäßigkeiten auf sehr einfache Weise absolut zuver­ lässig vermeiden.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung stimmt die (111) Hauptorientierungsrichtung des Einkristalls mit der Längs­ achse des Hohlkörpers überein. Die (111) Wachstumsrichtung des Einkristalls gewährleistet optimales Gleit- und Verfor­ mungsverhalten des Materials in Richtung der Längsachse.

Um die neue Einlage herzustellen, wird vorgeschlagen, daß in einer dem trichter- oder schalenförmigen Hohlkörper entspre­ chenden Form, ausgehend von einem Keimkristall, aus einer Schmelze ein Kupfer-Einkristall gezogen und danach der Keim­ kristall abgetrennt wird. Vorzugsweise wird dabei der Ein­ kristall von der Mitte der Außenseite des Bodens des trichter- oder schaltenförmigen Hohlkörpers aus gezogen. Grundsätzlich kann nach dem für die Erzeugung von Einkristallen bekannten Bridgman-Zonenschmelzverfahren vorgegangen werden.

Für die einwandfreie Qualität eines Einkristalls ist es wich­ tig, wie die Verfahrensschritte des Schmelzens und des Er­ starrens zum Einkristall aufeinanderfolgen. Um einen im Ver­ hältnis zu seiner Größe dünnwandigen Hohlkörper, wie er für Einlagen für Hohlladungen gebraucht wird, als Einkristall herzustellen, hat es sich überraschend als vorteilhaft er­ wiesen, die Schmelze durch Hochfrequenz-Induktion oder Wider­ standsbeheizung im Bereich des Keimkristalls zu erzeugen und von dort in den die Umfangswand des trichter- oder schalen­ förmigen Hohlkörpers formenden Teil der Form zu verdrängen.

Eine geeignete Form für das vorstehend genannte Herstellungs­ verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem die Außenfläche des trichter- oder schalenförmigen Hohlkörpers formenden äußeren Formteil und einem die Innenfläche des Hohlkörpers formenden inneren Formteil besteht, welches re­ lativ zum äußeren Formteil axial beweglich geführt ist, wo­ bei das äußere oder das innere Formteil einen zu seiner Form­ fläche hin offenen Hohlraum zur Aufnahme des Keimkristalls aufweist.

Um vor allem bei der Fertigung unterschiedlicher Hohlkörper die Formkosten möglichst gering zu halten, kann in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß eines der beiden Formteile in einen die Form für den trichter- oder schalenförmigen Hohlkörper enthaltenden ersten und einen den Hohlraum für die Aufnahme des Einkristalls enthaltenden zweiten Teil geteilt ist. Die Formteile können z. B. Graphit­ tiegel sein, welche in einem Quarzrohr gehalten sind.

Um eine gute Formgenauigkeit zu erhalten, ist vorzugsweise das innere Formteil radial am äußeren Formteil geführt und bis in eine durch gegenseitigen axialen Anschlag bestimmte Endstellung in das äußere Formteil einsenkbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 3 drei verschiedene Gestaltungen von erfindungsgemäß herzustellenden Hohl­ körpern;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Vorrich­ tung zur Erzeugung von Einkristallen mit Gestaltungen von der Art der Fig. 2 bis 3.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten axialen Schnitte durch verschiedene Hohlkörper veranschaulichen, daß sich mit dem hier beschriebenen Verfahren je nach Anforderungen im Einzelfall praktisch beliebige Formen von Einlagen für Hohl­ ladungen herstellen lassen. Diese Einlagen können z. B. ge­ mäß Fig. 1 trichterförmige Gestalt haben, gemäß Fig. 2 hohl­ zylindrisch mit einem hohlen kegelstumpfförmigen geschlosse­ nen Ende ausgebildet sein, oder gemäß Fig. 3 die Form einer zylindrischen Schale mit nach außen gewölbtem Boden haben. In allen Fällen sind die mit 10 bezeichneten Einkristall- Hohlkörper aus einem Keimkristall 12 gezüchtet worden, der später vom Hohlkörper 10 mechanisch abgetrennt wird. Wie die Zeichnung zeigt, befindet sich der Keimkristall 12 jeweils in der Mitte des geschlossenen Bodens der Hohlkörper auf de­ ren Außenseite. Durch die Wahl der Hauptorientierungsrich­ tung des Kristallgitters des Keimkristalls 12 an derjenigen Fläche, an welcher das Kristallwachstum ansetzt, wird die Orientierungsrichtung des Einkristalls insgesamt bestimmt.

Die in Fig. 4 gezeigte Form zur Herstellung eines Einkri­ stalls in Gestalt eines trichter- oder schalenförmigen Hohl­ körpers besteht im Beispielsfall aus drei Tiegelteilen. Der mit 14 bezeichnete Teil enthält einen Hohlraum 16 für die Aufnahme des Keimkristalls 12. Fest und dicht auf das untere Formteil 14 aufgesetzt oder gegebenenfalls einstückig mit diesem verbunden ist ein äußeres Formteil 18, dessen Form­ fläche die Außenfläche des Hohlkörpers 10 formt. Die Innen­ fläche des Hohlkörpers 10 wird durch ein inneres Formteil 20 bestimmt, welches relativ zum äußeren Formteil 18 axial be­ weglich ist und bei der gezeigten Anordnung der Formteile 14, 18, 20 übereinander durch ein Gewicht 22 belastet ist.

Zur Führung und Positionierung des inneren Formteils 20 re­ lativ zum äußeren Formteil 18 sind beide mit zueinander pas­ senden Umfangs-Gleitflächen 24 sowie zusammenwirkenden axia­ len Anschlagflächen 26 versehen. Die Umfangs-Gleitflächen 24 sorgen für die Zentrierung der Formteile 18, 20, während die axialen Anschlagflächen 26 die Endstellung bestimmen, bis zu der das innere Formteil 20 in das äußere Formteil 18 einge­ senkt werden kann. Dadurch wiederum wird die Wandstärke des in der Form zu erzeugenden trichterförmigen Hohlkörpers be­ stimmt.

Die Formteile 14, 18, 20 bestehen z. B. aus Graphit und sind in einem Quarzrohr 28 aufgenommen. Dieses ist am oberen Ende mit Ösen versehen, mittels derer es an einer Absenkspindel angehängt und während des Herstellungsverfahrens langsam ab­ gesenkt werden kann, wobei sich die Form axial durch eine Hochfrequenzspule 30 bewegt, die im Beispielsfall eine Heiz­ zone bildet.

Wenn ein Einkristall-Hohlkörper 10 hergestellt werden soll, wird ein Keimkristall 12 in den Hohlraum 16 eingesetzt und so viel Kupfer in das äußere Formteil 18 eingelegt, wie für die Herstellung des Hohlkörpers 10 erforderlich ist. Sodann wird das innere Formteil 20 von oben her so weit in das äuße­ re Formteil 18 eingesenkt, bis die untere Spitze des inneren Formteils 20 durch Eigengewicht, ggf. beschwert durch das Gewicht 22, auf dem Kupfer ruht.

Anschließend wird die Form derart in die aktivierte Hoch­ frequenzspule eingefahren, daß das Kupfer schmilzt. Infolge der Verflüssigung des Materials senkt sich das innere Form­ teil 20 infolge seines Eigengewichts und des Gewichts 22 weiter ab und verdrängt das geschmolzene Metall nach oben und außen. Dieser Vorgang findet unter der Wärmeeinwirkung selbst­ tätig statt. In der Endstellung liegen die beiden Formteile 18 und 20 mit ihren axialen Anschlagflächen 26 aneinander an, und der innere Hohlraum der Formteile 18 und 20 ist bis zu der vorausbestimmten Höhe mit Schmelze angefüllt.

Während des Absenkens der Form relativ zur Hochfrequenzspule erkaltet zunächst die Schmelze im Bereich der wirksamen Ober­ seite des Keimkristalls 12 in dem Hohlraum 16, wobei sich das entstehende Kristallgitter entsprechend der Orientierung im Keimkristall ausrichtet. Das Kristallwachstum schreitet dann bei weiterem Absenken der Form in deren trichterförmigen Hohl­ raum von unten nach oben fort. Vorzugsweise wird die Form beim Absenken entsprechend dem in der Zeichnung gezeigten Pfeil langsam gedreht.

Das Erschmelzen von Metall und Ziehen eines Einkristalls von einer Oberfläche eines Keimkristalls aus in der vorstehend beschriebenen Weise mittels eines Tiegels, der durch eine Heizzone bewegt wird, ist als Bridgman-Zonenschmelzverfahren bei der Herstellung von Einkristallen grundsätzlich bekannt, so daß darauf nicht näher eingegangen zu werden braucht. Neu ist jedoch die Herstellung von Hohlkörpern in der oben dar­ gelegten Weise und der Aufbau der Form.

Der unmittelbar bei der Züchtung des Einkristalls gebildete Hohlkörper 10 zeichnet sich durch eine gleichmäßige Struktur seines Gefüges aus und ist frei von Spannungen. Infolge die­ ser Homogenität und der bereits beim Kristallwachstum zu er­ zielenden Formgenauigkeit, die eine Nachbearbeitung überflüs­ sig macht, welche wieder zu Verspannungen führen könnte, eig­ nen sich die erzeugten Einkristall-Hohlkörper vorzüglich für Einlagen für Hohlladungen, die sich dann unter Druck gleich­ mäßig verformen.

Claims (13)

1. Trichter- oder schalenförmige Einlage für Hohlladungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem durch Kristallwachstum eines Kupfer-Einkristalls gestalteten Hohlkörper (10) besteht.

2. Einlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die (111) Hauptorien­ tierungsrichtung des Einkristalls mit der Längsachse des Hohlkörpers (10) übereinstimmt.

3. Verfahren zur Herstellung einer Einlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in einer dem trichter- oder schalenförmi­ gen Hohlkörper (10) entsprechende Form (18, 20), ausge­ hend von einem Keimkristall (12), aus einer Schmelze ein Kupfer-Einkristall gezogen und danach der Keimkristall abgetrennt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einkristall von der Mitte der Außenseite des Bodens des trichter- oder schalenförmigen Hohlkörpers (10) aus gezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Einkristall nach dem Bridgman-Zonenschmelzverfahren erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze durch Hochfrequenz-Induktion oder Widerstandsbeheizung im Be­ reich des Keimkristalls (12) erzeugt und von dort in den die Umfangswand des trichter- oder schalenförmigen Hohl­ körpers (10) formenden Teil der Form verdrängt wird.

7. Form zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß sie aus einem die Außenfläche des trichter- oder schalenförmigen Hohlkörpers (10) formenden äußeren Formteil (18) und einem die Innenfläche des Hohlkörpers (10) formenden inneren Formteil (20) besteht, welches re­ lativ zum äußeren Formteil (18) axial beweglich geführt ist, wobei das äußere oder innere Formteil (18, 20) einen zu seiner Formfläche hin offenen Hohlraum (16) zur Auf­ nahme des Keimkristalls (12) aufweist.

8. Form nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eines der beiden Formteile (18, 20) in einen dieForm für den trichter- oder schalenför­ migen Hohlkörper (10) enthaltenden ersten und einen den Hohlraum (16) für die Aufnahme des Keimkristalls (12) ent­ haltenden zweiten Teil (14) geteilt ist.

9. Form nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das innere Formteil (20) bis in eine durch gegenseitigen axialen Anschlag (26) be­ stimmte Endstellung in das äußere Formteil (18) einsenk­ bar ist.

10. Form nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Formteil (20) radial am äußeren Formteil (18) geführt ist.

11. Form nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Formteil (20) senkrecht über dem äußeren Formteil (18) angeordnet und durch ein Gewicht (22) belastet ist.

12. Form nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (14, 18, 20) Graphittiegel sind, welche in einem Quarzrohr (28) gehalten sind.

13. Form nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie relativ zu einer sie umgebenden Heizeinrichtung (30) axial bewegbar und drehbar ist.