DE69824548T2

DE69824548T2 - Zerbrechliches geschoss aus eisenpulver

Info

Publication number: DE69824548T2
Application number: DE69824548T
Authority: DE
Inventors: W. Jeffrey STONE
Original assignee: RA Brands LLC
Current assignee: RA Brands LLC
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2018-08-01
Also published as: CA2278166A1; EP0946852B2; IL130910A0; DE69824548T3; AU754891B2; EP0946852B1; CA2278166C; US6691623B1; EP0946852A1; US5917143A; AU8601298A; DE69824548D1; EP0946852A4; ES2224419T3; WO1999008063A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein zerbrechliches, nicht gesintertes Projektil bzw. Geschoß, umfassend kaltkompaktierte Eisenteilchen und spezifischer auf ein zerbrechliches Geschoß zur Verwendung bei Ziel- und Trainingsanwendungen.
Es besteht ein Erfordernis für Trainingsmunition, welche das Risiko eines Abprallens verringern oder eliminieren kann. Zerbrechliche Munition, welche in kleine Teilchen beim Aufschlag zerbricht, wurde in der Vergangenheit zum Erfüllen dieser Erfordernisse verwendet. Ein zerbrechliches Projektil zerstört sich beim Aufschlag bzw. Aufprall ohne merkbares bzw. nennenswertes Rückspritzen oder Abprallen, was den Abgeber des Schusses, andere Personen nahe daneben oder Einrichtungen verletzen bzw. zerstören könnte. Frühere, zerbrechliche Projektile wurden im wesentlichen aus Blei gefertigt. Die Verwendung von Blei produziert unwünschenswerte Gesundheitsrisiken aus in der Luft und am Boden befindlichen Bleiteilchen. Bleiteilchen stellen ein Gesundheitsrisiko für die Abgeber der Schüsse bzw. Schützen und andere in der Nähe dar, ebenso wie sie ein Umgebungsproblem erzeugen, wenn Bleiteilchen nach einer Zerstörung des Projektils auf den Boden fallen.
Eine Lösung für das Erfordernis für zerbrechliche, bleifreie Projektile war die Verwendung einer kompaktierten, nicht gesinterten Mischung aus Metallteilchen, umfassend Wolfram und wenigstens ein anderes Metall, das aus der Gruppe von Eisen und Kupfer gewählt ist, wie dies in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 08/755,963 mit dem Titel "Lead-Free Frangible Projectile" geoffenbart ist. Jedoch erhöhen das Mischungsverfahren und die Verwendung von Wolfram die Kosten einer Herstellung von derartigen Projektilen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Projektile bzw. Geschoße der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, genügen dem Erfordernis nach bleifreien, zerbrechlichen, nicht gesinterten Projektilen ohne Ausgaben für teure Materialien und Verarbeitungen, produzieren ein ähnliches "Gefühl" und ahmen die ballistischen Eigenschaften von Bleiprojektilen, ähnlichen Kalibers und Größe nach und sind nicht gesintert. Die nicht gesinterten Projektile weichen von existierender Pulvermetalltechnologie ab, wo die Projektile allgemein gesintert werden, um die Festigkeit, Härte, strukturelle Integrität und andere mechanische Eigenschaften zu verbessern. Indem eine Kaltkompaktierung ohne Sintern verwendet wird, sind die Projektile durch eine komplettere Zerbrechlichkeit beim Aufschlag bzw. Aufprall auf Zielmedien gekennzeichnet.
Spezifisch stellt die vorliegende Erfindung ein zerbrechliches Projektil zur Verfügung, umfassend kaltkompaktiertes Eisenpulver. In einer bevorzugten Ausbildung hat das Projektil eine Ummantelung aus Metall oder Polymer, wobei Kupfer das am meisten bevorzugte Ummantelungsmaterial ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen von zerbrechlichen, nicht gesinterten Projektilen, wie es in Anspruch 11 definiert ist, zur Verfügung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die zerbrechlichen Projektile bzw. Geschoße der vorliegenden Erfindung werden vollständiger unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung verstanden werden. Sowohl die Projektile als auch ein Verfahren zum Herstellen der Projektile werden beschrieben. Variationen und Modifikationen sowohl der Projektile als auch des Verfahrens können substituiert werden, ohne von den Prinzipien der Erfindung abzugehen, wie dies dem Fachmann offensichtlich sein wird.
Die Projektile der vorliegenden Erfindung bestehen aus kaltkompaktiertem Eisenpulver. Ein Kaltkompaktieren wird in seiner üblichen Bedeutung verwendet, d. h. daß die Kompaktierung bei im wesentlichen Umgebungsbedingungen ohne angelegter Wärme bzw. aufgebrachter Hitze durchgeführt wird.
Um insgesamt eine gute Zerbrechlichkeit zur Verfügung zu stellen, ist es bevorzugt, daß die Eisenteilchen bzw. -partikel eine spezifische Teilchengrößenverteilung aufweisen, bevor sie kaltkompaktiert werden. Es wurde gefunden, daß es insbesondere vorteilhaft ist, vor dem Kompaktieren eine Teilchengrößenverteilung von etwa 15 bis 25 Gew.-% Teilchen bis zu etwa 44 μm, 5 bis 70 Gew.-% Teilchen, die eine Teilchengröße von etwa 44 bis 149 μm aufweisen, und etwa von 5 bis 15 Gew.-% Teilchen, die eine Teilchengröße von 149 bis 250 μm aufweisen. Noch bevorzugter ist eine Teilchengrößenverteilung vor dem Kompaktieren von etwa 22 Gew.-% Teilchen bis zu etwa 44 μm, etwa 68 Gew.-% Teilchen, die eine Teilchengröße von etwa 44 bis 149 μm aufweisen, und etwa 10 Gew.-% Teilchen, die eine Teilchengröße von etwa 149 bis 250 μm aufweisen. Die gewünschte Teilchengrößenverteilung kann durch eine Vielzahl von konventionellen Verfahren erhalten werden, umfassend optische Messungen und Sichten. Die Teilchen sind auch kommerziell erhältlich in bestimmten Teilchengrößenverteilungen. Ein repräsentatives Produkt ist kommerziell von Anchorsteel 1000B von Hoeganes Corp. erhältlich.
Für die oben beschriebenen Teilchengrößenverteilungen wurde gefunden, daß sie den Vorteil einer Integrität des Projektils vor und während des Feuerns und eine Zerbrechlichkeit bei bzw. nach Aufschlag auf ein Zielmedium aufweist. Während die Beziehung zwischen Teilchengrößenverteilung und Zerbrechlichkeit nicht vollständig verstanden wird, wird angenommen, daß es eine Funktion der mechanischen inneren Verriegelung bzw. mechanischen Verzahnung der Teilchen nach dem Kaltkompaktieren des Eisenpulvers ist.
Die Projektile der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise mit einer Ummantelung versehen. Das Ummantelungsmaterial kann von jenen gewählt werden, die üblicherweise in der Technik verwendet werden, beispielsweise Metall oder Polymermaterial. Metalle, welche verwendet werden können, beinhalten Aluminium, Kupfer und Zink, wobei Kupfer eine bevorzugte Wahl ist. Polymermaterialien, welche verwendet werden können, umfassen bzw. beinhalten Polyethylen und Polycarbonat, wobei ein niederdichtes Polyethylenmaterial bevorzugt ist.
Die Projektile der vorliegenden Erfindung können eine Vielzahl von Konfiguration aufweisen, beinhaltend Geschosse und Kugeln, jedoch sind sie bevorzugt in Kugeln zur Verwendung mit Feuerwaffen geformt. Die Kugeln können Nasen verschiedener Profile, beinhaltend eine runde Nase, weiche Nase und auch einen hohlen Punkt, aufweisen. Entweder die Kugel oder die Hülse bzw. Ummantelung, sofern sie vorgesehen ist, kann ein Antriebsband umfassen, welches die Genauigkeit erhöht und die Dispersion bzw. Streuung der Kugel reduziert.
Die Projektile der vorliegenden Erfindung können durch ein Verfahren hergestellt werden, wobei gepulverte Eisen der gewünschten Teilchengrößen vermischt werden, um eine Mischung mit der gewünschten Teilchengrößenverteilung zur Verfügung zu stellen. Das gepulverte Eisen kann auch vorzugsweise mit einem Schmiermittel bzw. Gleitmittel vermischt sein. Dieses Gleitmittel hilft beim Entfernen der Projektile aus der Form, nachdem das Kompaktieren vollständig ist. Wenn ein Gleitmittel zuzusetzen ist, kann es zu der gepulverten Eisenmischung zugesetzt werden. Ein bevorzugtes Gleitmittel ist Zinkstearat. Bis zu etwa 1,0 Gew.-% Zinkstearat kann vorteilhafterweise zu dem gepulverten Eisen vor dem Kompaktieren zugesetzt werden. Etwa 0,5% wurden als insbesondere zufriedenstellend gefunden.
Die Mischung wird dann in eine Form angeordnet, welche ausgebildet ist, um die gewünschte Form des Projektils zur Verfügung zu stellen. Eine große Vielzahl von Projektilen kann gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, beinhaltend Geschosse und Kugeln. Die Erfindung ist insbesondere bei einer Kugelherstellung vorteilhaft und insbesondere bei jenen, die eine allgemein längliche Konfiguration aufweisen, in welcher ein vorderes bzw. Führungsende einen kleineren Umfang als ein rückwärtiges bzw. Nachlaufende aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Mischung von Eisenpulver bei einem Druck von etwa 345 bis 828 MN/m² (50.000 bis 120.000 psi) kaltkompaktiert, wobei ein Druck von etwa 690 MN/m² (100.000 psi) bevorzugt ist. Ein Kompaktieren bei einem Druck von etwa 690 MN/m² (100.000 psi) stellt die beste Kombination einer Projektilintegrität vor und während dem Feuern und einer Zerbrechlichkeit nach bzw. bei dem Aufschlag auf ein Ziel zur Verfügung. Der Kompaktierungsschritt kann auf jeder mechanischen Presse durchgeführt werden, die fähig ist, wenigstens etwa 345 MN/m² (50.000 psi) Druck für eine Verweilzeit zur Verfügung zu stellen, welche infinitesimal klein sein kann. Gegenwärtig verfügbare Maschinen arbeiten mit Verweilzeit von etwa 0,05 bis 1,5 Sekunden. Vorzugsweise wird eine konventionelle Rotationsdruckpresse verwendet.
Nachdem das Projektil durch Kaltkompaktieren ausgebildet ist, kann eine Hülse bzw. Ummantelung um das Projektil geformt werden, wenn dies gewünscht ist. Eine derartige Ummantelung ist aus einer Anzahl von Gründen bevorzugt. Die Ummantelung isoliert das gepulverte Eisenmaterial des Projektils von dem Gewehrlauf, verhindert eine Erosion des Dralls des Gewehrlaufs, was aus dem direkten Kontakt zwischen der Innenoberfläche des Laufs und dem gepulverten Eisen des Projektils resultieren kann. Die Ummantelung hilft auch, zusätzliche eine Integrität des Profils vor und während des Feuerns zur Verfügung zu stellen, als auch die Ballistik des Projektils beim Feuern zu verbessern.
In dem Fall von Metallhülsen bzw. -ummantelungen kann die Ummantelung durch jede Art von konventionellen Verfahren, umfassend Säure- oder Zyanid-Elektroplattieren, mecha nisches Gesenkschmieden, Sprühbeschichten und chemische Kleber aufgebracht werden. Das bevorzugte Verfahren ist Elektroplattieren.
Eine Vielzahl von Elektroplattiertechniken kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie dies dem Fachmann in der Plattiertechnik offensichtlich sein wird. Im allgemeinen werden die Projektile zuerst mit einer Säurewaschung gereinigt und dann vor dem Endplattieren versiegelt. Die Projektile können mit einer imprägnierenden Silikonlösung oder durch Tauchen der Projektile in eine Metallösung, wie Kupfer, Nickel oder Zink, vor dem endgültigen Plattieren versiegelt werden. In typischen Anwendungen ist, wenn die Oberfläche mit Metall versiegelt wird, Kupfer bevorzugt.
In einem bevorzugten Verfahren eines Plattierens wird eine Vakuumimprägnierung nach dem Säurewaschen durchgeführt. Die Imprägnierung umfaßt eine Infusion bzw. Einbringung der ausgebildeten Projektilkerne in ein auf Silikon basierendes Material in einem Vorgang mit großen Chargen. Der Imprägnierschritt reduziert die Porosität der Projektile, indem Löcher an oder nahe der Oberfläche der Projektile verfüllt werden. Diese Löcher können Verunreinigungen enthalten, welche eine Korrosion und ein Plattierfouling bzw. eine -beeinträchtigung bewirken können. Der Imprägnierschritt stellt auch eine Barriere zur Verfügung, um ein Ansammeln von Plattierbadchemikalien in den Vertiefungen bzw. Ausnehmungen zu verhindern. Derartige gesammelte Chemikalien könnten während des Plattierens ausgewaschen bzw. ausgelaugt werden, sich entfärben und die Abmessungen der Kugel verändern.
Nach einem Abdichten bzw. Versiegeln der Oberfläche der Projektile werden sie mit einem Umhüllungsmaterial plattiert, um die gewünschte Dicke von Kupfer oder einem anderen Plattiermetall auf den Projektilen abzuscheiden. Saures Kupferplattieren wird vorzugsweise verwendet, welches schneller und umgebungsfreundlicher als alternative Techniken, wie Zyanidkupferplattieren, ist. Nach einem Ummanteln können die Projektile unter Verwendung von gängigen Techniken dimensioniert werden und in Patronen gefertigt werden.
Zusätzlich zu den schützenden Eigenschaften, die durch ein Hinzufügen einer Ummantelung zu den kaltkompaktierten gepulverten Eisenprojektilen erhalten werden, hilft die zusätzliche Masse der Ummantelung bei der Funktionalität und Zuverlässigkeit der Projektile, wenn sie mit halbautomatischen und vollständig automatischen Feuerwaffen verwendet werden. Derartige Feuerwaffen erfordern, daß ein minimaler Impuls auf den Gewehrschlitten für eine Betätigung aufgebracht wird, und die Masse, die durch eine Ummantelung (etwa 5 bis 10% Anstieg) hinzugefügt wird, stellt ausreichend Masse für die Verwendung der Projektile der vorliegenden Erfindung bei diesen Waffen zur Verfügung.
Die vorliegende Erfindung wird weiters durch das folgende spezifische Beispiel erläutert, in welchem Teile und Prozentsätze pro Volumen angegeben sind, außer es ist anders angeführt.
Beispiel
Eisenpulver wurden vermischt, um eine Mischung von 22% Teilchen, die eine Teilchengröße von weniger als 44 μm auf weisen, 68% Teilchen, die eine Teilchengröße von 44 bis 149 μm aufweisen, und 10% Teilchen zur Verfügung zu stellen, die eine Teilchengröße von 149 bis 250 μm pro Gewicht aufweisen. Die Mischung umfaßte hier weiters 0,5 Gew.-% Zinkstearat. Die Mischung wurde gepreßt, um 9 mm Kleinwaffen-Kugeln bei Umgebungstemperatur und einem Druck von 690 MN/m² (100.000 psi) auszubilden. Eine Kupferummantelung wurde auf die Projektile durch Waschen mit Säure, Tauchen in eine Nickellösung und dann Elektroplattieren mit Kupfer aufgebracht, um eine Außenummantelung mit einer Dicke von 5 Mils oder weniger zur Verfügung zu stellen.
Die Projektile wurden in Patronen mit geeigneten explosiven Ladungen hergestellt und in bezug auf ihre Zerbrechlichkeit beim Abfeuern getestet. Die Kugeln zerbrachen beim Aufschlag in feines Eisenpulver von 1–2 Körnern oder weniger. Die Kupferummantelung zerbrach ebenfalls, jedoch mit Stücken, die groß genug waren, um den Gewehrlauf zu identifizieren, von welchem sie abgefeuert wurden.

Claims

Zerbrechliches, nicht gesintertes Projektil bzw. Geschoß für Feuerwaffen, umfassend kaltkompaktiertes bzw. kaltgepreßtes Eisenpulver.
Projektil nach Anspruch 1, wobei das Eisenpulver eine Teilchengrößenverteilung vor dem Kaltpressen von 15 bis 25 Gew.-% Teilchen bis zu 44 μm, von 5 bis 70 Gew.-% Teilchen, die eine Teilchengröße von 44 bis 149 μm aufweisen, und von 5 bis 15 Gew.-% Teilchen besitzt, die eine Teilchengröße von 149 bis 250 μm aufweisen.
Projektil nach Anspruch 2, wobei das Eisenpulver eine Teilchengrößenverteilung vor dem Kaltpressen von etwa 22 Gew.-% Teilchen bis zu 44 μm, etwa 68 Gew.-% Teilchen, die eine Teilchengröße von 44 bis 149 μm aufweisen, und etwa 10 Gew.-% Teilchen besitzt, die eine Teilchengröße von 149 bis 250 μm aufweisen.
Projektil nach Anspruch 1, weiters umfassend bis zu 1,0 Gew.-% Zinkstearat.
Projektil nach Anspruch 1, in der Form einer Kugel bzw. eines Geschosses.
Projektil nach Anspruch 5, wobei die Kugel weiters eine Ummantelung bzw. Hülse umfaßt.
Projektil nach Anspruch 6, wobei die Hülse im wesentlichen vollständig die Kugel einkapselt.
Projektil nach Anspruch 5, wobei die Hülse aus einem Material gefertigt ist, das aus Metall und Polymer gewählt ist.
Projektil nach Anspruch 8, wobei die Hülse aus einem Material gefertigt ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Kupfer, Zink, Polyethylen und Polycarbonat, gewählt ist.
Projektil nach Anspruch 9, wobei die Hülse im wesentlichen aus Kupfer besteht.
Verfahren zum Herstellen eines zerbrechlichen, nicht gesinterten, kaltkompaktierten bzw. kaltgepreßten Eisenprojektils bzw. -geschosses, umfassend die Schritte: (a) Vermischen von gepulverten bzw. pulverförmigen Eisenteilchen; und (b) Kaltpressen der gepulverten Eisenteilchen in einer Form, um ein Projektil einer gewünschten Endkonfiguration zu formen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die gepulverten Eisenteilchen gewählt werden, um eine Teilchengrößenverteilung vor einem Kaltpressen von 15 bis 25 Gew.-% Teilchen bis zu 44 μm, von 5 bis 70 Gew.-% Teilchen, die eine Teilchengröße von 44 bis 149 μm aufweisen, und von 5 bis 15 Gew.-% Teilchen auszubilden, die eine Teilchengröße von 149 bis 250 μm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die gepulverten Eisenteilchen gewählt werden, um eine Teilchengrößenverteilung vor einem Kaltpressen von etwa 22 Gew.-% Teilchen bis zu 44 μm, etwa 68 Gew.-% Teilchen, die eine Teilchengröße von 44 bis 149 μm aufweisen, und etwa 10 Gew.-% Teilchen auszubilden, die eine Teilchengröße von 149 bis 250 μm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Mischschritt weiters ein Vermischen eines Schmier- bzw. Gleitmittels mit den gepulverten Eisenteilchen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Gleit- bzw. Schmiermittel im wesentlichen aus Zinkstearat besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, weiters umfassend den Schritt eines Ummantelns des Projektils nach dem Kaltpressschritt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ummanteln ein Plattieren des Projektils mit Kupfer umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Ummanteln weiters ein Vakuumimprägnieren des Projektils mit einem auf Silicium basierenden Material vor einem Plattieren mit Kupfer umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei die gepulverten Eisenteilchen bei einem Druck von 345 bis 828 MN/m² (50.000 bis 120.000 psi) für 0,05 bis 1,5 Sekunden gepreßt bzw. kompaktiert werden.
Verfahren nach Anspruch 19, worin die gepulverten Eisenteilchen bei einem Druck von etwa 690 MN/m² (100.000 psi) gepreßt werden.
Projektil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das frei von Blei ist.