EP3482152B1 - Treibkäfig mit bionischen strukturen - Google Patents

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EP3482152B1
EP3482152B1 EP17728842.0A EP17728842A EP3482152B1 EP 3482152 B1 EP3482152 B1 EP 3482152B1 EP 17728842 A EP17728842 A EP 17728842A EP 3482152 B1 EP3482152 B1 EP 3482152B1
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EP
European Patent Office
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sabot
bionic structures
segments
structures
bionic
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EP17728842.0A
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English (en)
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EP3482152A1 (de
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Andreas Blache
Lutz BÖRNGEN
Michael Gowin
Katrin Linke
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Original Assignee
Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B14/00—Projectiles or missiles characterised by arrangements for guiding or sealing them inside barrels, or for lubricating or cleaning barrels
    • F42B14/06—Sub-calibre projectiles having sabots; Sabots therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B14/00—Projectiles or missiles characterised by arrangements for guiding or sealing them inside barrels, or for lubricating or cleaning barrels
    • F42B14/06—Sub-calibre projectiles having sabots; Sabots therefor
    • F42B14/061—Sabots for long rod fin stabilised kinetic energy projectiles, i.e. multisegment sabots attached midway on the projectile
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B14/00—Projectiles or missiles characterised by arrangements for guiding or sealing them inside barrels, or for lubricating or cleaning barrels
    • F42B14/06—Sub-calibre projectiles having sabots; Sabots therefor
    • F42B14/068—Sabots characterised by the material

Definitions

  • the invention relates to the manufacture of a sabot for a sub-caliber impact projectile in the small-caliber, medium-caliber and large-caliber range.
  • the invention considers a weight-reduced, bionic sabot by, for example, globulitic cavities in the sabot.
  • So-called KE (kinetic energy) ammunition is used to achieve high penetration rates.
  • the ammunition usually consists of a metallic penetrator (kinetic energy projectile), preferably made of heavy metal with high strength and toughness.
  • the penetrators have a nail or arrow-like shape. They are smaller in caliber (sub-caliber) than the gun barrel from which they are fired.
  • a sabot, sabot cage or sabot is required, which encloses the penetrator and creates caliber stability to the barrel.
  • the sabot has the task of sealing off the gun barrel against powder gases during firing. A force is applied over projected surfaces of the sabot by means of the gas pressure created by the combustion of the powder, which accelerates the sabot together.
  • the task of the sabot is to carry the penetrator along as it passes through the barrel, to generate acceleration, to seal it against the gun barrel, to guide the penetrator and to release the penetrator without any problems after it leaves the muzzle.
  • the sabots are made of plastic, metal or a combination of both.
  • a higher penetration depth / penetration power of the penetrator can be achieved.
  • the sabot base is provided with openings.
  • the fiber-reinforced material is a carbon fiber-reinforced plastic or a carbon fiber-reinforced carbon.
  • Other reinforcing fibers for plastics can be aramid fibers or polyethylene fibers.
  • Reinforcing fibers for metals such as aluminum, magnesium or titanium include Al2 03 fibers or SiC fibers.
  • a sabot for a sub-caliber sabot projectile reveals the DE 29 24 041 C2
  • the material of the sabot is a ceramic or glass with a pre-stress. Pre-stressed glass or other ceramic materials with corresponding behavior have a very high mechanical strength.
  • the disintegration of the sabot is initiated by a mass that is thrown against the inner wall of the sabot. The mass itself is housed in a cavity.
  • a sub-caliber impact projectile with a detachable projectile guide describes the DE 30 34 471 A1
  • the bullet guide is manufactured as a pressed part from hollow glass spheres with plastic binding material or glass binding material. Alternatively, foam glass or syntactic foams are mentioned.
  • a sabot according to DE 10 2009 049 440 A1 is characterized by a complete, or at least partial, construction made of a material foam.
  • the material foam can be a metal foam, such as aluminum foam, zinc foam, Foaminale, whereby the material foam can be used as a sandwich component with layers made of the same or a different material, a reinforced fiber material and/or a core made of another material.
  • US 3,430,572 A discloses a self-disintegrating sabot, wherein the sabot consists of porous foam or sintered nylon powder and disintegrates due to overpressure in the porous interior after passing through the muzzle.
  • DE 30 34 471 A1 shows a bullet guide which is designed as a pressed part made of hollow glass balls with plastic/glass binding material.
  • DE 10 2012 022 894 A1 discloses a method and a system for personalizing and supplying energy to projectiles and projectile delivery systems, wherein these publication refers to shotgun bullets.
  • DE 40 34 062 A1 discloses a longitudinally segmented drive ring, wherein in areas of low material stress on the drive ring a material with a lower density is used or alternatively holes are introduced.
  • US 4,155,308 A discloses a sabot for simulation purposes in order to accommodate cuboid-shaped payloads inside the sabot and to investigate their behavior upon impact.
  • the disclosure document WO 93/02333 A1 reveals another projectile with a segmented sabot.
  • the invention is based on the idea of producing the sabot or the sabot parts in a weight-reduced manner using bionic structures, whereby these structures ensure sufficient stability etc. of the sabot or the sabot parts.
  • bionic structures namely honeycombs, struts, bubbles, spherical cavities and combinations thereof, are created by the manufacturing process by omitting them during production.
  • the advantage of such processes lies in the definable design of the cavities, etc.
  • the size and shape (volume) of the cavities can be directly influenced (programming in 3D). It is also possible to directly influence the number or quantity and distribution within the sabot segments (sabot parts).
  • the segmented sabots 2.1, 2.2 have bionic structures 5. Shapes such as honeycombs, struts, bubbles, cavities and combinations thereof are defined as bionic structures 5.
  • the cavities 6 can be spherical, angular, etc.
  • the sabot segments 2.1, 2.2 can be manufactured using 3D printing or the SLS process (laser sintering).
  • the geometry data of the sabot segments 2.1, 2.2 are available in three dimensions and stored as layer data.
  • a casting model is also produced from the geometric shapes (not shown in detail).
  • the sabot segments 2.1, 2.2 are then built up layer by layer in a layered structure using the available CAD data for the sabot segments 2.1, 2.2 (e.g. STL format). Areas are left out in the layers so that the bionic structures 5, for example globulitic cavities 6, can be introduced/integrated into the sabot segments 2.1, 2.2 in a defined shape, size and volume.
  • the sabot segments 2.1, 2.2 are built up layer by layer without a mold.
  • the sabot segments 2.1, 2.2 with their bionic structures 5, 6 are available in three-dimensional data and are built up layer by layer.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
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Description

  • Die Erfindung beschäftigt sich mit der Herstellung eines Treibkäfigs eines unterkalibrigen Wuchtgeschosses im Kleinkaliber-, Mittelkaliber- und Großkaliberbereich. Die Erfindung stellt Überlegungen eines gewichtsreduzierten, bionischen Treibkäfigs an durch beispielsweise globulitische Hohlräume im Treibkäfig.
  • Zur Erzielung von hohen Durchschlagsleistungen werden sogenannte KE (kinetische Energie) Munitionen eingesetzt. Die Munition besteht in der Regel aus einem metallischen Penetrator (Wuchtgeschoss), vorzugsweise aus Schwermetall hoher Festigkeit und Zähigkeit. Die Penetratoren weisen eine Nagel oder pfeilähnliche Form auf. Sie sind im Kaliber kleiner (unterkalibrig) als das Waffenrohr, aus dem sie verschossen werden. Um aus einem Waffenrohr verschossen werden zu können, wird ein Treibspiegel, Treibkäfig oder auch Sabot benötigt, der den Penetrator umschließt und die Kaliberhaltigkeit zum Rohr erzeugt. Der Treibkäfig übernimmt die Aufgabe, während des Abschusses zum Waffenrohr hin gegen Pulvergase abzudichten. Über projizierte Flächen des Treibspiegels wird mittels des durch den Abbrand des Pulvers entstehenden Gasdruck eine Kraft aufgebracht, die den Treibspiegel gemeinsam beschleunigt.
  • Die Aufgabe des Treibspiegels besteht darin, den Penetrator während des Rohrdurchganges mitzunehmen, die Beschleunigung aufzubringen, gegen das Waffenrohr abzudichten, den Penetrator zu führen und nach dem Verlassen der Rohrmündung den Penetrator störungsfrei freizugeben.
  • Je nach Kaliberwerden die Treibkäfige aus Kunststoff, Metallen oder einer Kombination beider hergestellt. Je schwerer der Treibkäfig ist, desto geringer ist die Beschleunigung und somit eine erreichbare Mündungsgeschwindigkeit. Je leichter also der Treibkäfig ist, desto höher wird die Mündungsgeschwindigkeit und desto höher die erreichbare Kampfentfernung. Bei gleicher Kampfentfernung kann eine höhere Eindringtiefe / Durchschlagleistung des Penetrators erreicht werden.
  • In der Praxis wird für Kampfpanzermunition als Material für die Treibspiegel hochfestes Aluminium oder packed Plastic verwendet. Weitere Gewichtseinsparungen werden durch Einbringen von Bohrungen, Schlitzen etc. vorgenommen.
  • Aus der DE 196 25 273 A1 ist ein unterkalibiges Wuchtgeschoss bekannt, dessen Treibkäfig aus einem faserverstärktem Werkstoff besteht. Der Treibkäfigboden ist mit Öffnungen versehen. Der faserverstärkte Werkstoff ist ein kohlefaserverstärkter Kunststoff oder ein kohlefaserverstärkter Kohlenstoff. Weitere Verstärkungsfasern für Kunststoffe können Aramidfasern oder Polyethylenfasern sein. Verstärkungsfasern für Metalle, wie Aluminium, Magnesium oder Titan sind u.a. Al2 03 - Fasern oder SiC- Fasern.
  • Ein Treibkäfig für ein unterkalibiges Treibkäfiggeschoss offenbart die DE 29 24 041 C2 . Das Material des Treibkäfigs ist eine Keramik oder Glas, mit einer Vorspannung. Vorgespanntes Glas oder andere keramische Stoffe mit entsprechendem Verhalten besitzen eine sehr hohe mechanische Festigkeit. Der Zerfall des Treibkäfigs wird durch eine Masse eingeleitet, die gegen die Innenwandung des Treibkäfigs geschleudert wird. Die Masse selbst ist in einem Hohlraum untergebracht.
  • Ein unterkalibriges Wuchtgeschoss mit einer zerlegbaren Geschossführung beschreibt die DE 30 34 471 A1 . Zur Erreichung eines geringen Eigengewichts bei Beibehaltung der Druck- und Zugfestigkeit wird die Geschossführung als Pressteil aus Hohlglaskugeln mit Kunststoffbindematerial oder Glasbindematerial hergestellt. Alternativ werden Schaumglas oder syntaktische Schäume genannt.
  • Ein Treibspiegel gemäß DE 10 2009 049 440 A1 zeichnet sich durch einen vollständigen, zumindest aber teilweisen Aufbau aus einem Werkstoffschaum aus. Bei dem Werkstoffschaum kann es sich um einen Metallschaum, wie Aluminiumschaum, Zinkschaum, Foaminale handeln, wobei der Werkschaum als Sandwich- Bauteil mit Lagen aus demselben oder einem anderen Material, einem verstärktem Fasermaterial und oder einem Kern aus anderem Material eingesetzt werden kann.
  • US 3,430,572 A offenbart einen sich selbst zerlegenden Treibkäfig, wobei der Treibkäfig aus porösem Schaum oder gesintertem Nylonpulver besteht und sich durch Überdruck im porösen Innenraum nach Mündungsdurchgang zerlegt. DE 30 34 471 A1 zeigt eine Geschossführung, welche als Pressteil aus Hohlglaskugeln mit Kunststoff-/Glasbindematerial ausgebildet ist. DE 10 2012 022 894 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zur Personalisierung und Energieversorgung von Geschossen und Geschossabgabesystemen, wobei sich diese Druckschrift auf Flintenlaufgeschosse bezieht. DE 40 34 062 A1 offenbart einen in Längsrichtung segmentierten Treibring, wobei in Bereichen geringer Materialbelastung des Treibrings ein Material mit geringerer Dichte genutzt wird oder alternativ Bohrungen eingebracht sind. US 4,155,308 A offenbart einen Treibspiegel für Simulationszwecke, um im Inneren des Treibspiegels quaderförmige Nutzlasten auszunehmen und deren Verhalten beim Einschlag zu untersuchen. Die Offenlegungsschrift WO 93/02333 A1 offenbart ein weiteres Geschoss mit einem segmentierten Treibkäfig.
  • Im Falle von Kunststoffen / Faserverbundstoffen sind Alterungen, chemische Verträglichkeit mit den Pulvern, die Anfälligkeit gegen UV- Strahlung etc. verbunden mit hohen Kosten in der Fertigung als Nachteil zu benennen. Die geforderte Unempfindlichkeit im Handling der Munition (fallenlassen, Vibration während der Fahrt in den Munitionsbehältern) ist problematisch.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, kostengünstig herstellbare, gegenüber eingeführten Systemen gewichtsreduzierte Treibkäfigteile mit ausreichender Umweltfestigkeit gewährleisten zu können, unter Beibehaltung einer maximalen Mündungsgeschwindigkeit.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 .
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Treibkäfig bzw. die Treibkäfigteile mittels bionischer Strukturen gewichtsreduziert herzustellen, wobei diese Strukturen eine ausreichende Stabilität etc. des Treibkäfigs bzw. der Treibkäfigteile sicherstellen. Dabei werden diese Strukturen erst beim Fertigungsverfahren eingestellt. D.h., durch das Fertigungsverfahren werden die bionischen Strukturen, nämlich Waben, Streben, Blasen, kugelförmige Hohlräume sowie Kombinationen davon, dadurch geschaffen, dass diese bei der Herstellung ausgelassen werden.
  • Derartige Verfahren können z.B. das 3D-Druckverfahren z.B. aus Kunststoffen oder Lasersinterverfahren sein. Mittels Kunststoff- Lasersintern können der Treibkäfig oder die Treibkäfigteile bzw. -segmente mit bionischen Strukturen aus Kunststoff hergestellt werden. Das Metall-Lasersintern ermöglicht die Herstellung des Treibkäfigs oder der Treibkäfigteile bzw. - Segmente mit den bionischen Strukturen aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium. Die Bandbreite liegt hierbei vom Leichtmetall bis zu Superlegierungen. Von diesen Überlegungen ebenfalls nicht ausgeschlossen, aber nicht zur Erfindung gehörend, ist die Herstellung mittels 3D- Cocooner, wenngleich dieses Verfahren aufwändiger erscheint. Hierbei werden die bionischen Strukturen aus einer Handling- Spinndüse geschaffen. Aktuell werden dazu Glasfasern bei gleichzeitiger Laminierung mit UV- härtendem Harz zu komplexen Strukturen verklebt.
  • Der Treibkäfig erhält bzw. die Treibkäfigsegmente erhalten durch die bionischen Strukturen die notwendige Festigkeit und Steifigkeit für den Rohrdurchgang bei maximaler Gewichtsreduktion.
  • Der Vorteil derartiger Verfahren liegt in den definierbaren Ausgestaltungen der Hohlräume etc. Es kann auf die Größe und Form (Volumen) der Hohlräume direkt Einfluss genommen werden (Programmierung in 3D). Auch auf die Anzahl bzw. Menge sowie Verteilung innerhalb der Treibkäfigsegmente (Treibkäfigteile) ist ein direkter Einfluss möglich.
  • Vorgeschlagen wird ein Treibkäfig, in dem bionische Strukturen vorgesehen sind, die durch ein 3D- Fertigungsverfahren, und zwar durch ein 3D-Druckverfahren oder durch ein SLS-Verfahren, definiert in Größe, Form und / oder Volumen und zielgerichtet innerhalb der Treibkäfigsegmente bei der Herstellung des Treibkäfigs erzeugt bzw. erst geschaffen werden Zielgerichtet sind dabei die örtliche Einbettung innerhalb des Treibkäfigs sowie die Anzahl der bionischen Strukturen, d.h., die örtliche und anzahlmäßige Einbettung innerhalb des Treibkäfigs.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt die einzige Figur skizzenhaft eine Munition 1 mit einem Treibkäfig 2 und einem Penetrator 3. Der Treibkäfig 2 umschließt den Penetrator 2 und ist zumindest im Formschlussbereich 4 mit dem Penetrator 2 verbindbar. Der Formschlussbereich 4 kann ein Gewinde aufweisen (nicht näher dargestellt). Der Treibkäfig 2 besteht aus mehreren Segmenten 2.1, 2.2, die über ein Dichtungs- und / oder Führungsband (nicht näher dargestellt) zusammengehalten werden.
  • Zur Gewichtsreduzierung weisen die segmentierten Treibkäfige 2.1, 2.2 bionische Strukturen 5 auf. Als bionische Strukturen 5 werden Formen wie Waben, Streben, Blasen, Hohlräume sowie Kombinationen davon definiert. Die Hohlräume 6 können dabei kugelförmig, eckig, etc. sein.
  • Die Treibkäfigsegmente 2.1 , 2.2 können im 3D- Druck oder im SLS-Verfahren (Lasersintern) hergestellt werden. Die Geometriedaten der Treibkäfigsegmente 2.1, 2.2 liegen dazu dreidimensional vor und sind als Schichtdaten hinterlegt.
  • Beim Metall-Lasersintern wird des Weiteren aus den Geometrieformen ein Gussmodel hergestellt (nicht näher dargestellt). Aus den vorliegenden CAD- Daten der Treibkäfigsegmente 2.1, 2.2 (z.B. STL-Format) werden die Treibkäfigsegmente 2.1, 2.2 dann in einem Schichtaufbau Schicht für Schicht aufgebaut. In den Schichten werden Bereiche ausgespart, so dass sich dann die bionischen Strukturen 5, beispielsweise globulitische Hohlräume 6, in die Treibkäfigsegmente 2.1, 2.2 definiert in Form, Größe und Volumen einbringen /einbinden lassen.
  • Beim 3D- Druck erfolgt ohne Gussform ein Schichtaufbau der Treibkäfigsegmente 2.1, 2.2 schichtweise. Dazu liegen die Treibkäfigsegmente 2.1, 2.2 mit ihren bionischen Strukturen 5, 6 in dreidimensionalen Daten vor und werden Schicht für Schicht aufgebaut.

Claims (8)

  1. Treibkäfig (2) für ein unterkalibriges Geschoss (3), wobei der Treibkäfig (2) aus wenigstens zwei Treibkäfigsegmenten (2.1, 2.2) besteht, wobei bionische Strukturen (5, 6) im Treibkäfig (2) vorgesehen sind, wobei die bionischen Strukturen (5, 6) Waben, Streben, Blasen, kugelförmige Hohlräume und/oder Kombinationen davon sind, und wobei die bionischen Strukturen (5, 6) innerhalb der Treibkäfigsegmente (2.1, 2.2) eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die bionischen Strukturen (5, 6) durch ein 3D-Druckverfahren oder durch ein SLS-Verfahren definiert und zielgerichtet bei der Herstellung des Treibkäfigs (2) geschaffen werden.
  2. Treibkäfig (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Größe, Form und / oder Volumen der bionischen Strukturen (5, 6) vorgebbar sind.
  3. Treibkäfig (2) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der bionischen Strukturen (5, 6) vorgebbar ist.
  4. Treibkäfig (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Treibkäfigs (2) ein Leichtmetall, ein Metall und / oder Kunststoff ist.
  5. Herstellungsverfahren eines Treibkäfigs (2), der aus wenigstens zwei Treibkäfigsegmenten (2.1, 2.2) besteht, wobei durch ein 3D-Druckverfahren definiert und zielgerichtet bei der Herstellung des Treibkäfigs (2) bionische Strukturen (5, 6) im Treibkäfig (2) vorgesehen werden, wobei die bionischen Strukturen (5, 6) Waben, Streben, Blasen, kugelförmige Hohlräume und/oder Kombinationen davon sind, und wobei die bionischen Strukturen (5, 6) innerhalb der Treibkäfigsegmente (2.1, 2.2) eingebettet werden.
  6. Herstellungsverfahren eines Treibkäfigs (2), der aus wenigstens zwei Treibkäfigsegmenten (2.1, 2.2) besteht, wobei durch ein SLS-Verfahren definiert und zielgerichtet bei der Herstellung des Treibkäfigs (2) bionische Strukturen (5, 6) im Treibkäfig (2) vorgesehen werden, wobei die bionischen Strukturen (5, 6) Waben, Streben, Blasen, kugelförmige Hohlräume und/oder Kombinationen davon sind, und wobei die bionischen Strukturen (5, 6) innerhalb der Treibkäfigsegmente (2.1, 2.2) eingebettet werden.
  7. Munition (1) mit einem Treibkäfig (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie einem unterkalibrigen Geschoss (3).
  8. Munition (1) mit einem Treibkäfig (2) hergestellt nach Anspruch 5 oder 6 sowie einem unterkalibrigen Geschoss (3).
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DE102016112666.7A DE102016112666A1 (de) 2016-07-11 2016-07-11 Treibkäfig mit bionischen Strukturen
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US (1) US10969211B2 (de)
EP (1) EP3482152B1 (de)
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DE (1) DE102016112666A1 (de)
ES (1) ES3008732T3 (de)
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IL (1) IL263971B2 (de)
RU (1) RU2734805C2 (de)
SG (1) SG11201900234XA (de)
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