DE3911575A1

DE3911575A1 - Geschossanordnung

Info

Publication number: DE3911575A1
Application number: DE19893911575
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dipl Ing Pahnke
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1989-04-08
Filing date: 1989-04-08
Publication date: 1990-10-11
Also published as: EP0392084A2; EP0392084A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Geschoßanordnung mit unterkali brigem Wuchtgeschoß und abwerfbarem Treibkäfig gemäß Ober begriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft wei terhin ein Verfahren zur Herstellung des unterkalibrigen Wuchtgeschosses für diese Geschoßanordnung.

Eine gattungsmäßige Geschoßanordnung ist aus der DE-PS 22 34 219 bekannt. Dort wird eine rohrförmige, vorgefertigte Stahlhülle mit einem bruchempfindlichen Wolframkarbid-Pene tratorkern mittels gegenseitiger Gewindeverbindung, die am gesamten Umfang des Penetratorkernes und innerhalb des Stahlrohres vorgesehen ist, oder durch Energiestrahl schweißen auf der ganzen Länge des Penetratorkernes form und kraftschlüssig miteinander verbunden. Nachteilig bei der gemeinsamen Gewindeverbindung ist das kostenintensive Bearbeitungsverfahren bzw. das Aufbringen eines Außengewin des auf den spröden Penetratorkern, wobei durch die Gewin dekerben die Bruchempfindlichkeit des Penetratorkernes noch stark erhöht wird, und das Einschneiden der Innenge windeverzahnung in das Hüllenrohr.

Die Verbindung des Stahlrohres mit dem Penetratorkern durch Energiestrahlschweißen hat sich als nicht realisier bar erwiesen, da durch eine Energiestrahlschweißung nur ei ne intensive punktförmige Verbindung, aber keine brauch bare flächenmäßige Verbindung der beiden Bauteile bewirkt werden kann. Durch die punktförmige Energiestrahlver schweißung von Stahlhülle und Penetratorkern entstehen im Penetratorkern hohe Eigenspannungen, so daß bereits bei Ab schuß aus einer Rohrwaffe Risse bzw. Brüche im Penetrator kern auftreten können.

Ein Weichverlöten einer vorgefertigten Stahlhülle mit dem Penetratorkern ergibt keine ausreichend hohe kraftschlüssi ge Verbindung, welche die hohen Scherkräfte bei Abschuß aushält und ist daher wegen mangelnder Abschußfestigkeit nicht brauchbar; ein Hartverlöten ist wegen der dabei auf tretenden hohen Temperaturen für die vergütete hochfeste Stahlhülle mit einer eingestellten 8treckgrenze von über 1000 N/mm² (ca. 100 kg/mm²) nicht realisierbar, da auf grund der erneuten, unkontrollierten Wärmeeinwirkung die eingestellte mechanische Festigkeit verlorengeht und sich danach eine nicht ausreichende Abschußfestigkeit durch Ab schereffekte der Gewindeverbindung zwischen äußerer Stahl hülle und Treibkäfig einstellen kann.

Aus der DE-OS 30 30 072 ist weiterhin ein unterkalibriges Wuchtgeschoß mit Hülle als Formschlußverbindung für einen Treibkäfig bekannt. Die Hülle soll aus einer Leichtmetalle gierung mit überwiegendem Aluminium- oder Magnesiumanteil bestehen und eine niedrige Schmelztemperatur aufweisen, um bei Auftragung z. B. als Gewindebandage oder durch Druck guß und Flammspritzen der flüssigen Legierungsschmelze kei ne Störungen im Sintergefüge des Penetratorkernes zu bewir ken.

Durch den sich bis zu niedrigen Temperaturen erstreckenden Erweichungsbereich des bekannten Hüllenwerkstoffs (Erhit zung durch Luftreibung und Reibung/Druck bei Zielauftref fen) soll spätestens beim Zieldurchgang dieser Leichtme tallwerkstoff angesichts der auftretenden Wärme seine Fe stigkeit verlieren und buchstäblich verschmieren und abge streift werden, so daß allein die Querschnittsfläche des eine hohe Dichte aufweisenden inneren Penetratorkernes zielwirksam wird bzw. in die Panzerung eindringt. Versuche mit diesem Hüllenwerkstoff haben jedoch ergeben, daß eine ausreichende Abschußfestigkeit nicht gewährleistet werden kann und die Hülle spätestens bei Zielauftreffen ihre Stützwirkung verliert.

Weiterhin ist aus der EP-B-01 37 106 ein unterkalibriges Wuchtgeschoß mit Hülle bekannt, bei dem die Hülle bzw. ein Trägermantel als Formschlußmittel zum Treibkäfig aus einem um den Penetratorkern gewickelten Band besteht, das durch Warmformgebung und einen sich anschließenden Schrumpfvor gang kraftschlüssig mit dem Penetratorkern verbunden wer den soll. Dieses Herstellungsverfahren hat sich jedoch für eine Serienfertigung als zu aufwendig und kostenintensiv erwiesen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, für eine Treibkäfig-Ge schossanordnung, insbesondere für große Kaliber wie z. B. 120 mm, mit einem unterkalibrigen Wuchtgeschoß eine tragen de Verbindung zwischen dem bruchempfindlichen Penetrator kern und einer diesen umgebenden Stahlhülle anzugeben, wel che die Nachteile bekannter Geschoßanordnungen vermeidet und eine ausreichende Abschußfestigkeit selbst bei recht kurzer axialer Längenerstreckung der Formschlußzone mit dem Treibkäfig aufweist und zudem eine kostengünstige Her stellung eines derartigen Wuchtgeschosses ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stahlhülle nicht als Rohr vorgefertigt ist, sondern durch Auftragsschweißung erst in situ, d. h. in ihrer natürli chen richtigen Lage an Ort und Stelle auf der Oberfläche des an sich bruchempfindlichen Penetratorkernes erzeugt wird und dabei eine innige kraftschlüssige Verbindung mit dem Material des Penetratorkernes eingeht. Der Penetrator kern besteht aus versintertem Wolframpulver mit einer Bin dephase aus im wesentlichen Hi, Fe und Co. Mit dieser Bin dephase geht das auftragsgeschweißte Material, vorzugswei se der Qualität SG-X2 NiCoMoTi 18 12 4 durch partielle Aufschmelzung der Oberfläche des Penetratorkernes eine fe ste chemische Verbindung ein, und es wird eine hohe Ab schußfestigkeit (Widerstand gegen auftretende Scherkräfte) zwischen Stahlhülle und Penetratorkern selbst bei kurzer Längenerstreckung der Formschlußzone mit dem Treibkäfig er reicht. Hierbei würde eine Länge der Formschlußzone von et wa dem 4- bis 6fachen Geschoßdurchmesser genügen, um die Beschleunigungskräfte bei Abschuß vom Treibkäfig auf den Geschoßkörper zu übertragen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnun gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Geschoßanordnung mit auf tragsgeschweißter Stahlhülle,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wuchtge schosses mit vergrößertem Penetratorkopf und

Fig. 3 und Fig. 4 ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung weitere Ausführungsmöglichkeiten des Übergangs bereiches X gemäß Fig. 2 zwischen durchmesser vergrößertem Penetratorkopf und durchmesser kleinerem nachfolgenden Hauptpenetratorteil.

In Fig. 1 besteht eine Geschoßanordnung aus einem unterka librigen Penetrator 10 (Wuchtgeschoß) und einem segmentier ten abwerfbaren Treibkäfig 12. Der Penetrator 10 weist ei nen glatten ungekerbten Penetratorkern 14 aus gesintertem Wolframschwermetall und eine darauf angeordnete auftragsge schweißte Stahlhülle 16 auf. Der Penetrator 10 weist spit zenseitig eine auf einem Vorderzapfen 30 des Penetrator kernes 14 befestigte ballistische Haube 18, z. B. aus Alu miniumlegierung oder Stahl, und heckseitig ein Flügelleit werk 20 auf. Die einzelnen Flügel des Flügelleitwerkes 20 können direkt auf der bis an das Ende des Penetratorkernes 14 reichenden Stahlhülle 16 oder mittels einer separaten Leitwerkshülse 22 auf dem Ende des Penetratorkernes 14 be festigt sein; im letzteren Falle reicht die Stahlhülle 16 nicht bis an das Ende des Penetratorkernes 14, sondern nur bis an die Leitwerkshülse 22.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Penetratorkern 14 bzw. die Stahlhülle 16 einen jeweils gleichbleibenden Durchmesser auf. Die auftragsgeschweißte Stahlhülle 14 endet bzw. beginnt in einem gewissen Anfang hinter der Spitze des Penetratorkernes 14. Der Penetrator kern 14 weist also in seinem vorderen Bereich über eine Länge von etwa dem 1 bis 2fachen seines Durchmessers keine Stahlhülle auf, so daß die Spitze des Penetratorkernes ge zielt z. B. in der ersten Panzerplatte eines Mehrplatten zieles vor der Stahlhülle 16 abbrechen kann.

In Fig. 2 weist das Wuchtgeschoß 10 in seinem vorderen Be reich einen durchmesservergrößerten Penetratorkopf auf. Die Länge des durchmesservergrößerten Kopfteiles beträgt etwa 10 bis 30% der Gesamtlänge des Geschosses. Der vorde re verdickte Penetratorbereich kann innerhalb der um schließenden Stahlhülle aus einzelnen separaten Teilkernen 32, 34 und dem einstückig mit dem Hauptpenetrator verbunde nen vorderen Bereich 24 bestehen. Der Vorderzapfen 30 ist als Halterung für die ballistische Haube 18 bzw. Stahlspit ze schlank ausgebildet und dafür vorgesehen, daß er bei Zielaufprall leicht abbrechen kann. Die Teilkerne 32, 34 bzw. der Vorderbereich 24 des Hauptpenetrators weisen um fangsseitig an ihrer Vorderfläche scharfe Schneidkanten zum Anbeißen des Penetrators an den einzelnen Platten eines Mehrplattenzieles auf.

Der Übergangsbereich von durchmesservergrößertem Penetra torkopf zum durchmesserkleineren Hauptpenetrator ist mit X gekennzeichnet und in den Fig. 3 und 4 in anderen Aus führungsformen vergrößert dargestellt.

In Fig. 3 ist der vordere Bereich des Penetrators ein stückig mit dem Hauptpenetratorkern 14 ausgebildet und weist einen rechtwinkligen Übergang bzw. Durchmessersprung auf. Dieser Durchmessersprung wird durch ein mehrlagiges Auftragsschweißen von der Stahlhülle 16 im Übergangsbe reich 26 ausgefüllt, so daß sich ein konischer Übergang vom kleineren zum größeren Durchmesser ergibt. Am durchmes servergrößerten Kopfteil des Penetrators kann die Stahlhül le vergleichsweise dünn ausgebildet sein und nur aus einer Lage der Auftragsschweißung bestehen, während die Hülle im Bereich des Hauptpenetrators 14 dicker ausgebildet ist und aus z. B. einer 3lagigen Auftragsschweißung besteht. In Fig. 3 wird deutlich, daß der Formschluß zwischen dem Treib käfig 12 und der äußeren Oberfläche der Stahlhülle 16 durch eine an sich übliche Gewinde- bzw. Ringrillenverzah nung 28 realisiert wird. Dadurch, daß sich der Treibkäfig 12 an der Schrägfläche der Stahlhülle 16 im Übergangsbe reich 26 vom kleineren Durchmesser auf den größeren Durch messer des Penetratorkopfes abstützen kann, wird vorteil hafterweise ermöglicht, daß auch über diesen Formschluß Schubkräfte in den Penetrator eingeleitet werden können, wodurch die Gewindeverzahnung im Formschlußbereich 28 nied riger ausgebildet sein kann, d. h., daß nicht so tiefe scharfe Gewindekerben erforderlich sind oder daß die Ge samtlänge der Formschlußzone zwischen äußerer Stahlhülle 16 und Treibkäfig 12 erheblich verkürzt werden kann.

In Fig. 4 ist bei einem Ausführungsbeispiel mit durchmes servergrößertem Kopf ein konischer Übergang von durchmes serkleinerem Penetratorkern auf den durchmesservergrößer ten Penetratorkopf 24 mit äußerer, dieser Kontur angepaß ten Stahlhülle im Übergangsbereich 26 dargestellt. Bei die ser Ausführung wird der durchmesservergrößerte Penetratorkopf 24 nicht mehr von der Stahlhülle umschlossen, sondern es findet lediglich eine Abstützung und ein Schutz durch die Hülle im Übergangsbereich vom größeren auf den kleineren Durchmesser statt.

Mit der erfindungsgemäßen Auftragsschweißung der Stahl hülle auf einen Wolfram-Penetratorkern lassen sich sehr vorteilhaft noch dünnere Penetratorkerne mit genügender Abschußfestigkeit und hoher Leistung im Ziel für den Ver schuß aus großkalibrigen Rohrwaffen stabilisieren. Hier nach ist es möglich, Penetratoren von hohem Schlankheits grad mit einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von 30 bis 40 zu realisieren. Als Hüllenwerkstoff wird vorzugsweise ein Martensit-aushärtender Stahl (Maraging Steel) der Qualität SG-X2 NiCoMoTi 18 12 4 mit einem im Eisen gelöstem Kohlen stoffgehalt von kleiner 0,6% verwendet. Durch die im Stahl enthaltenen Molybdän-Anteile und die aus den Wolfram körnern des Penetratorkernes durch Diffusion gelösten Wolfram-Anteile vermindert sich in der Stahlhülle deren Anlaßsprödigkeit beim Vergüten. Die Martensitbildung des Stahles wird gefördert durch hohe Abkühlgeschwindigkeiten bei niedrigen Temperaturen.

Für die Hüllendicke hat sich ein Verhältnis von Durchmes ser des Stahlrohres zu Durchmesser des Penetratorkernes von 1,2 bis 1,33, vorzugsweise ca. 1,27 als günstig heraus gestellt. Die Dicke der Stahlhülle sollte im Kerbgrund der Gewindeverzahnung noch eine Mindeststärke von 1 mm bis zur Oberfläche des Wolframpenetratorkernes betragen. Die Stahl hülle wird vorzugsweise in zwei bis drei Lagen auftragsge schweißt, es können jedoch auch fünf bis sechs Lagen, ins besondere in Übergangsbereichen von durchmesserkleinerem Penetratorkern auf durchmessergrößeren Penetratorkopf, vor gesehen werden. Die Scherfestigkeit der Stahlhülle auf dem Wolframpenetratorkern beträgt ca. 400 N/mm², das sind etwa 45% über der geforderten Scherfestigkeit. Die Festigkeit des Stahles selbst liegt bei ca. 1150 N/mm² und entspricht damit etwa der Festigkeit des Wolframpenetratorkernes. So mit besteht keine Gefahr einer Abscherung der äußeren Ge windeverzahnung durch die vom Treibkäfig angreifenden Be schleunigungskräfte.

Durch die mehrlagige Auftragsschweißung und die damit ver bundene überlagerte Wärmebehandlung nimmt vorteilhafterwei se die Dehnbarkeit des Wolframpenetratorskernes um ca. 15% zu, so daß dadurch dessen Bruchempfindlichkeit wei terhin vermindert wird. Die Dicke der Stahlhülle sollte also möglichst dünn sein, um keine wesentlichen Verluste an Masse (spez. Gewicht) bzw. kinetischer Energie in Kauf nehmen zu müssen.

Bezugszeichen-Liste

10 Wuchtgeschoß
12 Treibkäfig
14 Penetratorkern
16 Stahlhülle
18 Haube
20 Leitwerk
22 Leitwerkhülse
24 vorderer Penetratorbereich
26 Übergangsbereich
28 Formschlußbereich
30 Vorderzapfen
32 Vorkern
34 Vorkern

Claims

1. Geschoßanordnung mit unterkalibrigem Wuchtgeschoß großen Länge/Durchmesser-Verhältnisses aus gesinter tem Wolframschwermetall, insbesondere mit Flügelleit werk zur Pfeilstabilisierung, und mit segmentiertem abwerfbarem Treibkäfig, der mit dem Wuchtgeschoß ei nen gemeinsamen Formschlußbereich mit Gewinde- oder Ringrillen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus bruchempfindlichem Wolframschwermetall beste hende Penetratorkern (14) des Wuchtgeschosses (10) glatt bzw. ungekerbt ist und wenigstens im Form schlußbereich (28) eine auftragsgeschweißte Hülle (16) aus Stahl aufweist, die auf ihrer Innenseite kraftschlüssig mit dem Penetratorkern (14) verbunden ist und auf ihrer Außenseite die Ring- bzw. Gewinde rillen (28) zum Formschluß mit dem Treibkäfig (12) aufweist.

2. Geschoßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (16) durch eine spiralförmige Auftrags schweißung aus kohlenstoffarmem Stahl direkt auf dem Wolframschwermetall-Penetratorkern (14) in situ bzw. in der natürlichen richtigen Lage an Ort und Stelle hergestellt bzw. ausgebildet ist.

3. Geschoßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (16) durch eine mehrlagige, sich überlap pende Auftragsschweißung ausgebildet ist, wobei die spiralförmige Materialauftragung zueinander und zu dem später aufgebrachten Gewinde parallel verlaufend ausgebildet ist.

4. Geschoßanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mittels Auftragsschweißung direkt auf dem Penetratorkern (14) hergestellte Stahlhülle (16) über die gesamte Länge des Penetratorkernes (14) er streckt und heckseitig ein Flügelleitwerk (20) auf der Stahlhülle (16) befestigt ist.

5. Geschoßanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Penetratorkern (14) im vorderen Bereich (24) ei nen vergrößerten Durchmesser aufweist und die Stahl hülle (16) mit einem leicht konischen Übergang beide Durchmesserbereiche des Penetratorkernes (14) über deckt und den bruchempfindlichen Übergangsbereich des Penetratorkernes (14) vom größeren auf den klei neren Durchmesser abstützt und gegen Bruch schützt.

6. Geschoßanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlhülle (16) durch Auftragsschweißung unter einer Argon-Schutzgasatmosphäre nach dem WIG-Verfah ren (Wolfram-Inert-Gas-) oder MIG-Verfahren (Metall-Inert-Gas-) auf dem Penetratorkern (14) her gestellt ist.

7. Geschoßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlhülle (16) durch Auftragsschweißung unter einer CO₂-Schutzgasatmosphäre nach dem Laserstrahl- Auftragsschweißverfahren auf dem Penetratorkern (14) hergestellt ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Geschoßkörpers mit äußerer Stahlhülle und innerem Wolfram-Penetrator kern, dadurch gekennzeichnet, daß der Penetratorkern (14) in einer entsprechenden Vor richtung wie z. B. einer Drehbank langsam gedreht wird und mittels einer axial verschiebbar gelagerten Auftragsschweißvorrichtung beim Auftragsschweißen die Auftragselektrode langsam am Penetratorkern (14) entlang verschoben wird und dabei das Auftragsmate rial spiralförmig auf den glatten, ungekerbten Pene tratorkern (14) aufgetragen und dabei die Hülle in situ, d. h. an Ort und Stelle ausgebildet bzw. herge stellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsmaterial ein Stahl der Qualität SG-X2 Ni- CoMoTi 18 12 4 verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragsmaterial unter Schutzgasatmosphäre nach dem an sich bekannten WIG- oder MIG-Schweißverfahren auf den Penetratorkern (14) aufgetragen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragsmaterial unter CO₂-Schutzgasatmosphäre nach dem an sich bekannten Laserstrahl-Auftrags schweißverfahren auf den Penetratorkern (14) aufgetragen wird.

12. Verfahren zur Herstellung eines unterkalibrigen Wuchtgeschosses großen Länge/Durchmesser-Verhältnis ses mit Stahlhülle und innerem Wolfram-Penetrator kern zum Verschießen mittels eines segmentierten, ab werfbaren Treibkäfigs, dadurch gekennzeichnet, daß der aus gesintertem Wolframschwermetall bestehende schlanke Penetratorkern des Wuchtgeschosses in einer entsprechenden Vorrichtung langsam gedreht wird und mittels einer axial verschiebbar gelagerten Auftrags schweißelektrode, die beim Auftragsschweißen langsam verschoben wird, das Auftragsmaterial spiralförmig auf dem glatten, ungekerbten Geschoßkörper aufgetra gen und dabei die Stahlhülle in situ ausgebildet bzw. hergestellt wird und danach in die auftragsge schweißte Stahlhülle Ring- bzw. Gewinderillen als Formschlußmittel zur formschlüssigen Verbindung mit dem abwerfbaren Treibkäfig eingebracht werden.