DE69601301T2 - Verfahren zur Herstellung von Geschossen - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Geschossen, bei welchen Geschossen an der Außenfläche des Geschoßkörpers ein Band durch Reibschweißen angebracht ist.
Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antriebsbandtechnologie, und insbesondere auf Verfahren zum Anbringen eines sogenannten Bandes, auch Führungs- oder Antriebsband genannt, an ein Geschoß, beispielsweise ein Artilleriegeschoß. Aufgabe des Geschosses oder der Granate ist es eine Nutzlast, beispielsweise Submunitionseinheiten zu übertragen, oder ein Ladungsträger zu sein.
• Das Band wird am rückwärtigen Teil des Geschosses angebracht, wobei es das Ziel ist die Antriebsgase abzudichten und den spiralförmigen Drall der Rohrzüge in eine rotierende und dadurch stabilisierende Flugbahn genannten Geschosses umzuwandeln.
• Es ist üblich, daß das Band aus einem weicheren Werkstoff als jenem des Geschosses hergestellt wird, im wesentlichen weil der Verschleiß des Geschützrohrs auf einem so niedrig wie möglichen Grad gehalten werden muß.
Stand der Technik
• Es ist bereits bekannt derartige Bänder an ein Geschoß oder eine Granate durch Druck- und/oder Schrumpfverbindungen, Schweißgut sowie Elektronenstrahlschweißen anzubringen. Beispielsweise wird in der NO Patentanmeldung 94.3097 (Rheinmetall GmbH) Anbringen von Bändern aus Reineisen durch Elektro-Schutzgasschweißen (MIG-Schweißen) offenbart.
• Aus der NO Patentanmeldung Nr. 80.0640 (Aktiebolaget Bofors), die der SE 441305 und der FR-A-2451016 entspricht, ist bekannt das Antriebsband der Granate durch Reibschweißen an den Geschoßkörper anzubringen. Dieses Dokument wird als der naheliegendste Stand der Technik angesehen. Solch ein Reibschweißen kann durch Rotieren eines Granatengeschosses aus Stahl stattfinden, während ein stationäres Band geeigneten Werkstoffs gegen die Schweißstelle gepreßt wird, wonach bei geeigneter Wärmeentwicklung und gleichbleibender Schweißgleichmäßigkeit das Rotieren gestoppt wird, und das Band am Geschoß weiter in Position gepreßt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Entwicklung auf dem Gebiet der Artillerie einschließlich längerer Geschützrohre und zunehmender Abschußgeschwindigkeit und die Anforderung, daß die individuellen Geschoßtypen besonders dünnwandig sein sollen, hat die Notwendigkeit für neuartige Befestigungsverfahren für genannte Bänder geschaffen.
• Man hat Experimente mit Reibschweißen des oben genannten Typs durchgeführt, doch waren diese Experimente nicht erfolgreich, weil die Härtung bzw. die Wärmebehandlung des Granatengeschosses stattfand, nach dem die Bänder an das Geschoß bzw. die Granate durch Reibschweißen angebracht worden waren. Diese Nachhärtung bezog eine ungünstige metallurgische Einwirkung auf das "Setzen" des Bandes ein, das die Belastung im Geschützrohr während des Abfeuerns nicht tragen konnte.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Geschossen bereitzustellen, das sich einerseits speziell für dünnwandige Projektile verwenden läßt, und die andererseits nicht durch die Nachteile beeinträchtigt ist, die bei Nachhärtung vorliegen.
• Die Ziele werden in einem Verfahren des Typs, wie im Oberbegriff angegeben, erreicht, das in Übereinstimmung mit der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Geschoß vor dem Schweißvorgang für optimale Gebrauchseigenschaften gehärtet und/oder angelassen wird, und daß das Geschoß nach dem Härten und/oder Anlassen das Band durch Reibschweißen empfängt, und die Temperatur des Geschosses oder der Granate gleichzeitig auf einem Niveau gehalten wird, das die Werkstoffqualitäten des genannten Geschosses nicht in einem wesentlichen Grad reduziert.
• Weitere Merkmale und Vorteile des vorliegenden Verfahrens werden sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie aus den beiliegenden Patentansprüchen zeigen.
Kurze Offenbarung der Zeichnungen
• Abb. 1A veranschaulicht oben drei verschiedene Schritte in einem Reibschweißvorgang, und unten ein entsprechendes Kurvendiagramm über in Frage kommende Parameter.
• Abb. 1B ist eine perspektivische Ansicht einer Reibschweißmaschine, speziell im Bereich der Preßbacken, die zum Einpressen des Führungsbandes verwendet werden.
• Abb. 2 ist ein schematischer Querschnitt durch eine Geschoßwand und eines geschweißten Bandes mit einer dazwischenliegenden, durch Wärme beeinflußten, Zone.
• Abb. 3 ist ein Mikroquerschnitt durch das Band und die wärmebeeinflußte Zone, 200-fach vergrößert.
• Abb. 4 veranschaulicht Beispiele eines 155 mm Geschosses mit reibgeschweißten Antriebsbändern.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• In der Abb. 1A ist schematisch veranschaulicht wie ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann, wobei der obere Teile der Abbildung drei verschiedene Schritte, I, II bzw. III, des Schweißvorgangs zeigt. Der Vorgang beginnt durch Einspannen eines Granatengeschosses 1, vorzugsweise aus Stahl, in einen geeigneten Schweißapparat, der durch die Kennziffer 10 in der Abb. 1B angedeutet ist, und umfaßt geeignete Antriebsmittel 11, um das genannte Geschoß 1 zu rotieren, wie es durch den Pfeil 2 in der Abb. 1A angezeigt ist.
• Nach dem das Geschoß 1 während Schritt I eine angemessene Geschwindigkeit erreicht hat, beispielsweise eine Umfangsgeschwindigkeit von ca. 2,5 m/s, wird ein stationäres Band 3 durch geeignete Spannbacken 12, siehe Abb. 1A und Abb. 1B, mit einer Kraft P gegen den Abschnitt des Granatengeschosses 1 gepreßt, auf den das Band 3 aufgebracht werden soll. Während des Schweißvorgangs selbst, d. h. hauptsächlich während Schritt II in der Abb. 1A, wird sich daher zwischen dem Geschoß 1 und dem Band 3 eine besonders dünne wärmebeeinflußte Zone 4A entwickeln, wie dieses speziell aus den Abb. 2 und 3 ersichtlich ist, und die anschließend eingehender besprochen wird.
• Rechts der Abb. 1A, bei Schritt III, ist veranschaulicht, daß nach geeigneter Wärmeentwicklung in der Zone 4A, und durch geeignete Schweißgleichmäßigkeit des Geschosses und des Bandes, die Rotation des genannten Geschosses 1 gestoppt wird, wonach das Band 3 auf dem Geschoß 1 weiter in Position gepreßt wird.
• Was bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unverwechselbar ist, ist daß das Geschoß vor dem Schweißen des Bandes auf optimale Gebrauchseigenschaften gehärtet wird, und daß das Geschoß nach genannter Härtung das Band durch Reibschweißen empfängt. Während des eigentlichen Schweißvorgangs, d. h. während der in der Abb. 1A veranschaulichten Schritte II und III, wird die Temperatur des Granatengeschosses auf einem geringstmöglichen Niveau gehalten, beispielsweise durch wassergekühlte Werkzeugteile, speziell der Spannbacken 12 und ein innerer Dorn im Geschoß, so daß die Werkstoffqualitäten des Geschosses um keinen wesentlichen Grad reduziert werden.
• Das Verfahren ist besonders vorteilhaft bei Verwendung von Geschossen mit einer Wandstärke im Bereich von ca. 4 mm, doch versteht es sich, daß der Vorgang außerdem in Verbindung mit einer Reihe von Geschoßwandstärken verwendet werden kann.
• Das Vorhärten kann zweckdienlich bei einer Temperatur von ca. 850ºC stattfinden, bei welcher der Stahl eine reine Austenitphase aufweist, wonach das Material verhältnismäßig schnell auf ca. 720ºC auf dessen martenisitische Phase gekühlt wird, die ein etwas größeres Volumen zurückgeben wird, wonach das Material auf Zimmertemperatur gekühlt wird.
• Zweckdienlich können Geschosse aus Stahl, und insbesondere aus wärmebehandeltem Stahl verwendet werden.
• Das Schweißen des Führungsbandes läßt sich auf einer zylindrischen Außenfläche ausführen, die weniger vorbereitende Arbeit erfordert, und die keine weitere Reduzierung der Wandstärke bringen wird. Außerdem wird ein zylindrischer, glatter äußerer Geschoßkörper dem Konstrukteur des Geschosses größere Vielseitigkeit bieten. Oder aber kann das Geschoß, vor der Härtung, mit einer geeigneten Umfangsauskehlung 4A im Bereich versehen werden, in dem das Band anzubringen ist.
• In der Abb. 3 ist ein Mikroquerschnitt durch einen Abschnitt eines Geschosses 1 dargestellt, an den ein Band 3 angeschweißt ist, 200-fach vergrößert, und es ist hier zu sehen, daß die Schweißschicht 4 selbst relativ gerade ist und im wesentlichen dieselbe Struktur wie der Werkstoff des übrigen Teils des Geschosses 1 aufweist, welches einbezieht, daß die Werkstoffqualität des Geschosses sozusagen unverändert ist.
• Ein solches Band 3 läßt sich zweckdienlich beispielsweise aus Messing, Cu-Ni- Legierungen, Cu-Al-Legierungen, Kupfer, Eisen und ähnlichen herstellen.
• Vorzugsweise kann das Band mit Hauptabmessungen versehen sein, die eine Breite von ca. 37 mm, bis zu beispielsweise ca. 50 mm, und eine Stärke von ca. 3 mm umfassen.
• Unter erneuter Bezugnahme auf die Abb. 1A ist hier schematisch ein Kurvendiagramm des Vorgangsablaufs in einem Reibschweißprozeß veranschaulicht, und es soll zur Kenntnis genommen werden, daß eine zweckdienliche Reibschweißzeit unter 20 Sekunden betragen wird, zur selben Zeit wie das Schweißen des Bandes mit einer relativen Geschwindigkeit von ca. 4 m/s zwischen dem Geschoß und dem Band stattfindet.
• Im Schweißintervall wird die Reibkraft eine gewisse Größe haben, wogegen im Stoppintervall, siehe Schritt III in der Abb. 1A, die Kraft P auf das Band in die Abschlußperiode oder Schmiedeperiode zunehmen wird.
• Beim Reibschweißen kann die Oberflächentemperatur des Bandes im Bereich von ca. 100ºC unter der Schmelztemperatur des ausgewählten Führungsbandwerkstoffs liegen, die zweckdienlich zwischen 800-1200ºC liegen kann.
• Durch verschiedene Mittel kann die Temperatur des Granatengeschosses während der Ausführung des Schweißvorgangs reguliert werden, so daß sie im Schweißbereich hoch genug ist, aber im restlichen Geschoß so niedrig wie möglich gehalten wird. Die intensive Wärmeentwicklung wird dann auf den dünnen Schweißbereich 4A, nämlich der äußeren Schicht des Geschosses 1, beschränkt sein, so daß der restliche Teil des Geschosses seine ursprüngliche Materialstruktur, siehe Abb. 2 und 3, bewahren wird. Wie bereits im Zusammenhang mit der Abb. 3 besprochen, wird das Material in der wärmebeeinflußten Zone 4A selbst auch nicht in einem wesentlichen Ausmaß in bezug auf das gehärtete oder angelassene Geschoßmaterial als solches reduziert.
• Selbst in Verbindung mit sehr dünnwandigen Granatengeschossen kann die Wärmeentwicklung dadurch auf einem Niveau gehalten werden, das die Qualitäten des Granatengeschosses nicht über das hinaus beeinflußt was akzeptabel ist. Das Verfahren kann zum Anbringen eines Bandes aus jedem zweckdienlichen Werkstoff benutzt werden, d. h. der eine geeignete Verformbarkeit in bezug auf das Geschoßmaterial aufweist.
• In der Abb. 4 ist ein 155 mm Geschoß 1 mit reibgeschweißten Antriebsbändern 3 veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellt sind, die speziell in Verbindung mit dünnwandigen Granatengeschossen günstig ist.
• Dünnwandige, gehärtete Geschosse werden einen größeren Innenraum für kleine Ladungen ergeben, d. h. je dünner das Material, desto größer das Nutzlastvolumen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Geschossen, an welchen Geschossen an der Außenfläche des Geschoßkörpers ein Band durch Reibschweißen angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß (1) vor dem Schweißvorgang für optimale Gebrauchseigenschaften gehärtet und/oder angelassen wird, und daß das Geschoß (1) nach dem Härten und/oder Anlassen das Band (3) durch Reibschweißen empfängt, die Temperatur des Geschosses oder der Granate (1) gleichzeitig auf einem Niveau gehalten wird, das zu keinem wesentlichen Grad die Werkstoffqualitäten des genannten Geschosses reduziert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von Geschoßkörpern, die nach Abschluß der Herstellung eine Wandstärke im Bereich 2 mm bis 7,5 mm aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von Geschoßkörpern, die während der Herstellungsstufe des Schweißens eine Stärke im Bereich 3 mm und mehr aufweisen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch Verwendung von Geschossen, die aus Stahl, speziell aus wärmebehandeltem Stahl, hergestellt sind.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung eines Bandes (3), das an genanntes Geschoß (1) geschweißt werden soll, wobei das Band beispielsweise aus Messing, Cu-Ni-Legierungen, Cu-Al-Legierungen, Kupfer, Eisen und ähnlichem hergestellt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Band mit Hauptabmessungen, Breite ca. 40 mm, Stärke ca. 3 mm hergestellt ist.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen des Bandes (3) bei einer relativen Geschwindigkeit zwischen Geschoß (1) und Band von ca. 4 m/s stattfindet.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Schweißen bei einer Temperatur von ca. 100ºC unterhalb der Schmelztemperatur des genannten Bandes stattfindet.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (1, 11, 12), während des Schweißvorgangs, Kühlung unterzogen werden, so daß der zum Schweißen notwendige Temperaturanstieg auf enge Schichten der zu schweißenden Geschoßkörperoberflächen konzentriert ist.