NL1009393C2

NL1009393C2 - Sealing system for artillery guns and method of manufacturing them.

Info

Publication number: NL1009393C2
Application number: NL1009393A
Authority: NL
Inventors: Gert Schlenkert; Helmut Isgen; Rolf Bartolles; Henning Van Seidlitz
Original assignee: Rheinmetall Ind Ag
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 1998-12-15
Also published as: GB2326222A; NO981487D0; DE19724847A1; ITMI981259A1; NO981487L; GB9812155D0; DE19724847B4; GB2326222B; JPH1114297A

Description

Korte aanduiding: Afdichtingssysteem voor artilleriege- schutten en werkwijze voor het vervaardigen ervan.Short designation: Sealing system for artillery guns and method of manufacturing them.

De uitvinding heeft betrekking op een afdichtingssysteem voor artilleriegeschutten volgens de aanhef van conclusie 1. De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijk afdichtingssysteem.The invention relates to a sealing system for artillery guns according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for the manufacture of such a sealing system.

5 Een afdichtingssysteem voor artilleriegeschutten is bekend uit DE 40 06 215 Al. Het bestaat in hoofdzaak uit een bodemring, een afdichtingsring en een afsluit-inzetstuk en moet de afdichting aan de achterzijde van de loop van het geschut tegen de bij het schot ontstaande kruitgassen 10 waarborgen. Met het oog op de bij het schot optredende hoge belastingen zijn de afdichtingssystemen in de regel uit staal vervaardigd.5 A sealing system for artillery guns is known from DE 40 06 215 A1. It mainly consists of a bottom ring, a sealing ring and a sealing insert and must ensure the sealing at the rear of the barrel of the gun against the gunpowder gases 10 generated during the shot. In view of the high loads that occur during the bulkhead, the sealing systems are generally made of steel.

In tegenstelling tot patroonmunitie, waarbij de betreffende patroonhuls de loop van het geschut aan de achterzijde 15 in de regel slechts eenmaal tegen kruitgassen hoeft af te dichten, vindt bij artilleriegeschutten de afdichting door het afdichtingssysteem voor een groot aantal schoten plaats. Aangezien de afdichtingssysteemdelen direct zijn blootgesteld aan de kruitgassen en kruitresten, zijn ze onderhevig aan 20 hoge thermische, corrosieve, schurende en in het geval van doorblazers (d.w.z. een puntsgewijs ontwijken van de hete kruitgassen tussen het afdichtingssysteem en het afsluit-inzetstuk) ook erosieve belastingen. Door de kruitgassen en kruitresten worden de oppervlakken van de afdichtingssysteem-25 delen sterk corrosief en schurend aangetast, zodat betrekke-lijk snel een oppervlaktestructuur met nerven ontstaat, waaraan de kruitresten goed hechten en die een optreden van doorblazers bevordert.In contrast to cartridge ammunition, where the cartridge case in question usually only has to seal the barrel of the rear guns against gunpowder gases once, in artillery guns the sealing is effected for a large number of shots. Since the sealing system parts are directly exposed to the gunpowder gases and powder residues, they are subject to 20 high thermal, corrosive, abrasive and in the case of blowers (ie a point-by-point avoidance of the hot powder gases between the sealing system and the sealing insert) also erosive loads . The surfaces of the sealing system parts are strongly corrosive and abrasive to attack by the powder gases and powder residues, so that a surface structure with veins adheres relatively quickly to which the powder residues adhere well and which promotes the occurrence of blowers.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een afdich-30 tingssysteem voor een geschut te verschaffen, waarbij het ruwer worden van de oppervlakken van de afdichtingssysteemdelen - een daarmee doorblazers - ook bij hoge drukken 1009393 -2- en opeenvolging van schoten vergaand vermeden wordt. Verder dient een werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijk afdichtingssysteem geopenbaard te worden.The object of the present invention is to provide a sealing system for a gun, whereby the roughening of the surfaces of the sealing system parts - a blower with them - is largely avoided even at high pressures 1009393 -2 - and succession of shots. Furthermore, a method of manufacturing such a sealing system is to be disclosed.

Dit doel wordt voor wat betreft het afdichtingssysteem 5 door de kenmerken van conclusie 1 en voor wat betreft de werkwijze door de kenmerken van conclusie 4 bereikt. Verdere voordelige uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn vast-gelegd in de onderconclusies.This object is achieved with regard to the sealing system 5 by the features of claim 1 and with regard to the method by the features of claim 4. Further advantageous embodiments of the invention are defined in the subclaims.

In principe ligt aan de uitvinding het idee ten grond-10 slag, ten minste de oppervlaktegebieden van de afdichtings-symsteemdelen die bij het schot de afdichtvlakken vormen, te voorzien van een geschikt bekledingsmateriaal. Als bekle-dingsmaterialen hebben zich harde materialen, zoals chroomni-tride (CrN), titaannitride (TiN), titaancarbonitride (TiCN), 15 titaanaluminiumnitride of een combinatie van deze materialen voldaan.In principle, the invention is based on the idea of providing at least the surface areas of the sealing system parts which form the sealing surfaces at the partition with a suitable coating material. Hard materials such as chromium nitride (CrN), titanium nitride (TiN), titanium carbon nitride (TiCN), titanium aluminum nitride or a combination of these materials have been used as coating materials.

Het afdichtingssysteem volgens de uitvinding heeft het grote voordeel, dat de levensduur en de betrouwbaarheid van het systeem ten opzichte van de bekende afdichtingssystemen 20 aanzienlijk wordt vergroot, zodat een tijdrovende uitwisseling van de bodemring en/of het afsluit-inzetstuk slechts zeer zelden vereist is.The sealing system according to the invention has the great advantage that the service life and reliability of the system is considerably increased compared to the known sealing systems 20, so that a time-consuming exchange of the bottom ring and / or the sealing insert is only very rarely required.

Bovendien bestaan er door de relatief dunne bekleding (2-5 μπ\) geen passingsproblemen.Moreover, due to the relatively thin coating (2-5 μπ \) there are no fitting problems.

25 Tenslotte is gebleken dat de bekledingen uit een hard materiaal gemakkelijk te reinigen zijn en door de reiniging niet afgewreven worden.Finally, it has been found that the hard material coatings are easy to clean and are not rubbed off by cleaning.

Met voordeel vindt de bekleding van het oppervlak van het betreffende afdichtingssysteemdeel plaats door een damp-30 afscheiding van de bekledingsmaterialen. Dergelijke bekle-dingstechnieken zijn ook onder de aanduiding PVD- (physical vapour deposition) of CVD- (chemical vapour deposition) proces bekend. Het afscheiden van de harde materialen, metalen, legeringen of keramische materialen vindt plaats bij 35 temperaturen tussen 200°C en 650°C.Advantageously, the coating of the surface of the respective sealing system part takes place by a vapor separation of the coating materials. Such coating techniques are also known under the designation PVD (physical vapor deposition) or CVD (chemical vapor deposition) process. The hard materials, metals, alloys or ceramic materials are separated at temperatures between 200 ° C and 650 ° C.

Met deze op zich bekende processen (vergelijk bijvoorbeeld K. Reichel, "Bekledingen uit de dampfase: een inleiding", in: H.D. Steffens en W. Brandl, "Moderne bekledings-processen", DGM Verlag, 1992, blz. 225-228) worden bekledin- 10 0 0 0 0 3 -3- gen ook bij reeds veredelde staalsoorten zonder hardheidsver-liezen en onverwijld mogelijk. Een verandering van het basismateriaal vindt daarbij niet plaats.With these processes known per se (compare, for example, K. Reichel, "Vapor phase coatings: an introduction", in: HD Steffens and W. Brandl, "Modern coating processes", DGM Verlag, 1992, pp. 225-228) coatings are also possible without loss of hardness and without delay, even with already refined steels. There is no change in the base material.

Bij een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding 5 wordt het betreffende afdichtingssysteemdeel voorzien van een dubbele bekleding. Daartoe wordt op het basismateriaal eerst een CrN-laag en hierop vervolgens een TiN-laag aangebracht. Daardoor kan op eenvoudige wijze worden vastgesteld wanneer het betreffende afdichtingssysteemdeel vervangen moet worden. 10 Want wanneer de goudglanzende TiN-laag na een tijd af gesleten is, komt de daaronder liggende chroomglanzende basislaag tevoorschijn. Deze basislaag neemt weliswaar voor een bepaalde tijd volledig de functie van de af deklaag over, maar duidt door het kleurverschil aan, dat een vervanging van de 15 afdichtingssysteemdelen (bijvoorbeeld van de afdichtingsring) raadzaam is.In an advantageous embodiment of the invention, the relevant sealing system part is provided with a double coating. For this purpose, a CrN layer is applied to the base material and then a TiN layer is applied to it. This makes it easy to determine when the relevant sealing system part must be replaced. 10 Because when the gold-shiny TiN layer has worn off after a while, the underlying chrome-shiny base layer emerges. Although this base layer completely takes over the function of the covering layer for a certain period of time, it indicates through the color difference that a replacement of the sealing system parts (for instance of the sealing ring) is advisable.

De combinatie van lagen van CrN en TiN dient niet alleen als visuele slijtage-indicator, maar de combinatie maakt ook betere totaaleigenschappen mogelijk. Daarbij dient de CrN-20 laag hoofdzakelijk als corrosiebescherming, die ook een afschuurbeschermingswerking bezit. De TiN-laag verbetert de afschuurbescherming van de afdichtingssysteemdelen aanzienlijk.The combination of layers of CrN and TiN not only serves as a visual wear indicator, but the combination also allows for better overall properties. The CrN-20 layer mainly serves as corrosion protection, which also has an abrasion protection effect. The TiN layer significantly improves the abrasion protection of the sealing system parts.

Verdere details en voordelen van de uitvinding blijken 25 uit de hiernavolgende, aan de hand van de tekening toegelichte uitvoeringsvoorbeelden. In de tekening toont:Further details and advantages of the invention will become apparent from the following exemplary embodiments explained with reference to the drawing. In the drawing shows:

Fig. 1 een langsdoorsnede van een deelgebied van het einde van een loop van een geschut aan de zijde van de afsluiting, enFig. 1 is a longitudinal sectional view of a partial region of the end of a gun barrel on the side of the barrier, and

30 Fig. 2 een vergrote weergave van het in fig. 1 met IIFIG. 2 is an enlarged representation of the view shown in FIG. 1 by II

aangeduide detail.indicated detail.

In fig. 1 is met 1 een loop van een geschut aangegeven, waaraan aan de achterzijde een afsluitwig 2 is aangebracht. De afsluitwig 2 bevindt zich in zijn gesloten stand en omvat 35 een afsluit-inzetstuk 3. Dit vormt het aanligvlak van een rechthoekig uitgevoerde afdichtingsring 4, die is opgenomen in een uitsparing 5 van een bodemring 6, die op zijn beurt met de loop 1 van het geschut is verbonden. De werking van 1 00339 3 -4- dit afdichtingssysteem is op zich bekend en in het aan het begin genoemde DE 40 06 215 Al uitvoerig beschreven.In Fig. 1, 1 indicates a barrel of a gun, to which a closing wedge 2 is arranged at the rear. The sealing wedge 2 is in its closed position and comprises a sealing insert 3. This forms the contact surface of a rectangular sealing ring 4, which is received in a recess 5 of a bottom ring 6, which in turn, with the barrel 1 of the gun is connected. The operation of this sealing system is known per se and is described in detail in DE 40 06 215 A1 mentioned at the outset.

Anders dan bij in het DE 40 06 215 Al geopenbaarde afdichtingssysteem is er ook bij het systeem volgens de 5 uitvinding in voorzien, het afsluit-inzetstuk 3, de afdich-tingsring 4 en de bodemring 5 te voorzien van een 2 - 5 μιη dikke bekleding uit chroomnitride, titaannitride, titaan-carbonitride of een combinatie van deze materialen. De betreffende bekledingen zijn in fig. 2 met onderbroken lijnen 10 aangeduid en met de verwijzingscijfers 7-9 aangegeven.Contrary to the sealing system disclosed in DE 40 06 215 A1, the system according to the invention also provides the sealing insert 3, the sealing ring 4 and the bottom ring 5 with a 2 - 5 μ thick coating from chromium nitride, titanium nitride, titanium carbonitride or a combination of these materials. The respective coatings are indicated in broken lines 10 in FIG. 2 and are indicated by the reference numerals 7-9.

Daarbij is bijzonder voordelig gebleken, de bekleding van het oppervlak van het betreffende afdichtingssysteemdeel ofwel met behulp van het PVD- of het CVD-proces uit te voeren. Daardoor worden bekledingen ook op reeds veredelde 15 staalsoorten zonder hardheidsverliezen en onverwijld mogelijk en vindt er geen verandering van het basismateriaal plaats.It has proved to be particularly advantageous to perform the coating of the surface of the respective sealing system part either by means of the PVD or the CVD process. As a result, coatings are also possible immediately on already refined steels without hardness losses and without any change in the base material.

De uitvinding is vanzelfsprekend niet op het concreet weergegeven en hiervoor beschreven uitvoeringsvorm beperkt. Zo is het bijvoorbeeld voordelig gebleken als in plaats van 20 slechts één laag op het betreffende afdichtingssysteemdeel een dubbele bekleding wordt aangebracht. Daartoe wordt op het betreffende basismateriaal, bijvoorbeeld van de afdichtings-ring, eerst een CrN-laag en daarop vervolgens een TiN-laag aangebracht. Want, zoals hiervoor reeds toegelicht werd, kan 25 door deze maatregel op eenvoudige wijze worden vastgesteld, op welk moment het betreffende afdichtingssysteemdeel vervangen zou moeten worden, omdat beide bekledingen een verschillende kleur hebben.The invention is of course not limited to the concrete embodiment described above. For example, it has proved advantageous if instead of only one layer a double coating is applied to the respective sealing system part. To this end, a CrN layer is applied to the respective base material, for example of the sealing ring, and then a TiN layer is applied thereto. For, as has already been explained above, this measure makes it easy to determine when the relevant sealing system part should be replaced, because both coatings have a different color.

Als bekledingsmaterialen komen naast harde materialen 30 ook metalen, legeringen, en keramische materialen in aanmerking, voorzover ze een corrosie- en slijtagebescherming van het afdichtingssysteemdeel waarborgen. Als corrosievaste metalen komen bijvoorbeeld chroom, goud, wolfraam, niobium, tantalium en legeringen ervan en als keramische materialen 35 komen vooral zirkoniumoxide en aluminiumoxide in aanmerking.As coating materials, in addition to hard materials 30, metals, alloys, and ceramics are also eligible, insofar as they ensure corrosion and wear protection of the sealing system part. As corrosion-resistant metals, for example, chromium, gold, tungsten, niobium, tantalum and alloys thereof, and zirconium oxide and aluminum oxide are particularly suitable as ceramic materials.

10033931003393

Claims

Sealing systems for artillery guns with a bottom ring (6) and sealing ring (4) and a sealing insert (3), characterized in that the surface of at least one of the sealing system parts 5 (3, 4, 6) faces the gunpowder gases ) is provided with at least one layer (7-9) of a hard material or a corrosion and wear resistant metal resp. a metal alloy or a ceramic material.

Sealing system according to claim 1, characterized in that the hard material is chromium nitride, titanium nitride, titanium carbon nitride, titanium aluminum nitride or a combination of these materials.

Sealing systems according to claim 2, characterized in that the respective sealing system part (3, 4, 6) is provided with at least two superimposed layers, the first layer of chromium nitride facing the uncoated sealing system part and the adjacent second ( outer layer consists of titanium nitride. 20

Sealing system according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the wall thickness of the covering (7-9) applied to the respective sealing system part (3, 4, 6) is between 2 and 5 μτη. 25

Method for manufacturing a sealing system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the coating (7-9) of the respective sealing system part (3, 4, 6) is effected by vapor deposition of the coating materials (PVD or CVD process).

6. Method according to claim 5, characterized in that the separation of hard materials, metals, alloys or ceramic materials takes place at temperatures between 200 ° C and 650 ° C. 1 00939 3