EP1757892A1

EP1757892A1 - Liderungssystem für Artilleriewaffen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: EP1757892A1
Application number: EP06016080A
Authority: EP
Inventors: Gert Schlenkert; Helmut Isgen; Almuth Dr. Kessler; Klaus-Achim Dr. Kratzsch; Horst Reckeweg; Henning Von Seidlitz
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: DE502006000488D1; ATE389861T1; EP1757892B1; DE102005039899A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Liderungssystem für Artilleriewaffen mit einem Bodenring (4), einem Liderungsring (2) und einem Verschlußeinsatz (1), wobei die Liderungssystemteile (1, 2, 4) aus Stahl bestehen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Liderungssystems.

Um zu erreichen, daß die Oberflächen der Liderungssystemteile (1, 2, 4) auf kostengünstige Weise derart veredelt sind, daß sie gegen die thermischen, korrosiven, abrasiven und erosiven Belastungen besser geschützt werden, als dieses bei vergleichbaren bekannten Liderungssystemteilen der Fall ist, schlägt die Erfindung vor, die Oberflächen der Liderungssystemteile (1, 2, 4) einer Nitrierung oder Carbonitrierung und einer anschließenden Oxidation zu unterziehen, derart, daß sich eine vollständig geschlossene 1-3µm dicke Eisenoxidschicht (5) ergibt, an die sich als Verbindungsschicht (6) eine in das Innere des jeweiligen Liderungssystemteiles erstreckende 10-15µm dicke Eisennitridschicht (6) oder Eisencarbonitridschicht anschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Liderungssystem für Artilleriewaffen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Liderungssystems.
Ein Liderungssystem für Artilleriewaffen ist zum Beispiel aus der DE 197 24 847 A1 bekannt. Es besteht im Wesentlichen aus einem Bodenring, einem Liderungsring sowie einem Verschlußeinsatz und soll heckseitig die Abdichtung des Waffenrohres gegen die beim Schuß entstehenden Pulvergase sicherstellen. Im Hinblick auf die hohen beim Schuß auftretenden Belastungen sind die Liderungssystemteile in der Regel aus Stahl gefertigt.
Im Gegensatz zu patronierter Munition, bei der die jeweilige Patronenhülse das Waffenrohr heckseitig gegen Pulvergase nur einmal abdichten muß, erfolgt die Abdichtung bei Artilleriewaffen durch das Liderungssystem für eine Vielzahl von Schüssen. Da die Liderungssystemteile den Pulvergasen und -rückständen direkt ausgesetzt sind, unterliegen sie hohen thermischen, korrosiven, abrasiven und im Falle von Durchbläsern (d.h. einem punktuellen Entweichen der heißen Pulvergase zwischen dem Liderungsring und dem Verschlußeinsatz) auch erosiven Belastungen. Durch die Pulvergase und -rückstände werden die Oberflächen der Liderungssystemteile stark korrosiv und abrasiv angegriffen, so daß sich relativ schnell eine narbige Oberflächenstruktur ergibt, an der die Pulverrückstände gut anhaften und ein Auftreten von Durchbläsern fördern.
Aus der DE 197 24 847 A1 ist es bereits bekannt, zur Vermeidung von Aufrauungen an der Oberfläche der Liderungssystemteile, und damit auch zur Vermeidung von Durchbläsern, die Liderungssystemteile mindestens in den Oberflächenbereichen, in denen sie mit den Treibladungsgasen in Berührung kommen, mit einem geeigneten Beschichtungswerkstoff zu versehen. Als Beschichtungswerkstoffe werden dabei insbesondere Hartstoffe, wie Chromnitrid, Titannitrid etc., vorgeschlagen. Die Beschichtung der Oberfläche des jeweiligen Liderungssystemteiles erfolgt durch eine Dampfabscheidung der Beschichtungswerkstoffe (d.h. mittels eines PVD- oder CVD-Verfahrens).
Als nachteilig bei diesem bekannten Verfahren hat sich erwiesen, daß es relativ kostenaufwendig und die erreichbare Korrosionsfestigkeit noch nicht optimal ist.
Aus der EP 0 753 599 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Korrosions- und Verschleißschutzschichten für Eisenbasiswerkstoffe bekannt, bei dem zunächst eine aus Eisencarbonitrid bestehende Verbindungsschicht durch ein Nitrocarburieren des Basiswerkstoffes hergestellt wird. Anschließend erfolgt ein Aktivieren der Oberfläche des Werkstoffes in einem plasmagestützten Unterdruckverfahren und dann ein Oxidieren des Werkstoffes zur Bildung einer geschlossenen Oxidschicht. Einen Hinweis auf die Verwendung dieses bekannten Verfahrens zur Bildung von Korrosionsschutzschichten bei Liderungssystemen für Artilleriewaffen läßt sich dieser Druckschrift nicht entnehmen und liegt auch nicht nahe, weil die Erosion der dominante Schädigungsmechanismus für die Liderungselemente ist, die auch eine Nitrierung mit anschließender Oxidation bei auftretender Erosion nicht vermindern könnte.
Mittels dieses Verfahrens wird allerdings die Korrosion und kleine mechanische Beschädigungen der Oberfläche als mögliche Vorschädigungsmechanismen minimiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Liderungssystem für eine Artilleriewaffe anzugeben, bei dem die Oberflächen der Liderungssystemteile auf kostengünstige Weise derart veredelt sind, daß sie gegen die thermischen, korrosiven, abrasiven und erosiven Belastungen besser geschützt werden, als dieses bei vergleichbaren bekannten Liderungssystemteilen der Fall ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Liderungssystems offenbart werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Liderungssystems durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, nicht wie in der DE 197 24 847 A1 vorgeschlagen, eine Beschichtung der Oberflächen der Liderungssystemteile mittels Hartstoffen vorzunehmen, sondern die Oberfläche einer Nitrierung oder Carbonitrierung und einer anschließenden Oxidation zu unterziehen, derart, daß sich oberflächenseitig eine vollständig geschlossene 1-3µm dicke Eisenoxidschicht ergibt, an die sich als Verbindungsschicht eine in das Innere des jeweiligen Liderungssystemteiles erstreckende 10-15 µm dicke Eisennitridschicht oder Eisencarbonitridschicht anschließt.
Ein derartiges erfindungsgemäßes Liderungssystem weist unter anderem die Vorteile auf, daß es zuverlässig arbeitet und ein Wechsel, z.B. der Verschlußeinsatzplatte und des Bodenringes, durch entsprechend ausgebildetes Personal wesentlich seltener erforderlich ist als bei bekannten Liderungssystemen. Außer einem guten Korrosionsschutz läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Liderungssystem ein gegenüber bekannten Systemen verbesserter Verschleißschutz und eine leichtere Reinigung der behandelten Systemteile erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren verändert außerdem nicht den Kernstoff, sondern nur den oberflächennahen Bereich bis in eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 mm. Ferner sind prozeßbedingte Geometrieveränderungen reproduzierbar und können bei der Konstruktion berücksichtigt werden.
Das Nitrieren/Nitrocarburieren der Oberfläche des Liderungsteiles kann vorzugsweise mittels Plasmanitrieren erfolgen.
Bei Liderungssystemteilen mit vergüteter Oberfläche sollte die Nitrierung und Oxidation bei Temperaturen unterhalb der letzten Anlaßtemperatur gewählt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig.1 einen Längsschnitt durch einen Teilbereich des Liderungssystems eines Waffenrohres;
Fig.2 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnittes.

In Fig. 1 ist der Teilbereich eines Liderungssystems für ein Waffenrohr wiedergegeben, wie er im Wesentlichen aus der DE 197 24 847 A1 bekannt und dort in Fig.2 dargestellt ist. Dabei ist mit 1 ein Verschlußeinsatz eines Verschlußkeiles bezeichnet. Dieser bildet die Anlagefläche für einen rechtwinklig ausgebildeten Liderungsring 2, der in einer Ausnehmung 3 eines Bodenringes 4 gelagert ist, welcher seinerseits mit dem nicht dargestellten Waffenrohr verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß der Verschlußeinsatz 1, der Liderungsring 2 und der Bodenring 4 auf ihren bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Waffenrohres den Pulvergasen zugewandten Oberflächen jeweils eine vollständig geschlossene 1-3 µm dicke Eisenoxidschicht 5 (Fig.2) aufweisen, an die sich eine in das Innere des jeweiligen Liderungssystemteiles 1, 2 und 4 erstreckende 10-15µm dicke Eisennitridschicht 6 anschließt. Bei diesem kombinierten Schichtaufbau wird durch die Eisennitridschicht 6 die Oberflächenhärte der Liderungssystemteile 1, 2 und 4 erheblich gesteigert und das Dichtsystem gegenüber mechanischen Belastungen stabiler als bei bekannten Systemen. Die Eisenoxidschicht (Fe₃O₄) 5 bewirkt hingegen eine Verbesserung der Korrosionsfestigkeit der Liderungssystemteile 1, 2 und 4.
Zur Oberflächenvergütung der erfindungsgemäßen Liderungssystemteile 1, 2 und 4 werden die den Pulvergasen ausgesetzten oberflächennahen Bereiche zunächst bei Temperaturen zwischen 450°C und 550°C mittels eines Normaldruck-Gasverfahrens mit Stickstoff angereichert, um die ca. 10-15µm tiefe, aus Eisennitrid bestehende Verbindungsschicht 6 zu bilden.
Anschließend erfolgt dann zur Bildung der geschlossenen Eisenoxidschicht 5 eine Oxidation in einem Stickstoff-Wasserdampf-Gemisch in einem Temperaturbereich zwischen 480°C bis 520°C.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann als Verbindungsschicht 6 statt der Eisennitridschicht auch eine Eisencarbonitridschicht verwendet werden. In diesem Fall muß zusätzlich zu der Anreicherung der oberflächennahen Schicht mit Stickstoff auch eine Anreicherung mit Kohlenstoff erfolgen.

Bezugszeichenliste

1: Verschlußeinsatz
2: Liderungsring
3: Ausnehmung
4: Bodenring
5: Eisenoxidschicht
6: Eisennitridschicht, Verbindungsschicht

Claims

Liderungssystem für Artilleriewaffen mit einem Bodenring (4), einem Liderungsring (2) und einem Verschlußeinsatz (1), wobei die Liderungssystemteile (1, 2, 4) aus Stahl bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der den Pulvergasen zugewandten Oberfläche mindestens eines der Liderungssystemteile (1, 2, 4) um eine vollständig geschlossene 1-3 µm dicke Eisenoxidschicht (5) handelt, an die sich eine in das Innere des jeweiligen Liderungssystemteiles (1, 2 4) erstreckende 10-15µm dicke, aus Eisennitrid oder Eisencarbonitrid bestehende Verbindungsschicht (6) anschließt.
Verfahren zur Herstellung eines Liderungssystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Nitrierung der den Pulvergasen ausgesetzten Oberfläche des jeweiligen Liderungssystemteiles bei Temperaturen zwischen 450 und 550°C erfolgt, derart, daß sich eine 0,02 - 0,5 mm tiefe Diffusionszone bildet, an die sich auf der der Oberfläche zugewandten Seite eine 10-15µm dicke Eisennitridschicht oder Eisencarbonitridschicht anschließt, und daß nach dem Nitrieren/Nitrocar-burieren der Oberfläche eine Oxidation der an die Oberfläche des Liderungssystemteiles angrenzenden Eisennitridschicht/Eisencarbonitridschicht erfolgt, derart, daß sich eine 1-3µm dicke geschlossene Eisenoxidschicht bildet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrieren/Nitrocarburieren der Oberfläche des Liderungsteiles durch Plasmanitrieren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Liderungsteilen mit vergüteter Oberfläche die Nitrierung und Oxidation bei Temperaturen unterhalb der letzten Anlaßtemperatur gewählt wird.