DE60007799T2

DE60007799T2 - Treibladungshülse aus Metall, die mit einer inneren Erosionsschutzschicht versehen ist

Info

Publication number: DE60007799T2
Application number: DE60007799T
Authority: DE
Inventors: Isabelle Brun; Jean-Louis Paulin
Original assignee: SNPE Materiaux Energetiques SA
Current assignee: Eurenco SA
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: EP1059505B1; DE60007799D1; ATE258305T1; FR2794854B1; FR2794854A1; IL136555A0; EP1059505A1; IL136555A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Munition für Schußwaffen, insbesondere für großkalibrige Artilleriegeschütze, und sie betrifft genauer eine neue Metallhülse einer Munition für Schußwaffen, die dafür vorgesehen ist, eine brennbare Treibladung aufzunehmen, mit der ein Geschoss angetrieben werden kann.
Das Problem der Abnutzung und der physikalischen und/oder chemischen Erosion von Schußwaffen, die durch die Reibung des Geschosses der Munition an der Innenwand des Rohres von Schußwaffen und die Einwirkung der heißen Verbrennungsgase der Treibladung auf die Innenwand hervorgerufen werden, ist seit sehr langer Zeit bekannt.
Es sind bereits mehrere Lösungen für dieses Problem vorgeschlagen worden, von denen keine richtig zufriedenstellend war, insbesondere weil die Kosten zu hoch waren und/oder die Wirksamkeit ungenügend war und/oder weil die Lösung andere Probleme mit sich gebracht hat.
Das Patent FR 1 526 938 lehrt beispielsweise, dass die Erosion des Rohres der Schußwaffe verringert werden kann, indem die innere Oberfläche der Metallhülse mit einer Auskleidung beschichtet wird, die aus einem Gewebe besteht, das mit einem Paraffinwachs bestrichen oder imprägniert ist, das ein oder mehrere pulverförmige Metalloxide als Füllstoff enthält, wie SiO₂, MgO, SnO₂ und TiO₂.
Diese Lösung weist mehrere Nachteile auf. Vor allem ist die anfängliche Kinetik der Ladungen, die von der Erweichungstemperatur des Wachses und der Festigkeit des Gewebes abhängt, nur schlecht beherrscht.
Sie bringt außerdem den Nachteil eines Risikos der Verschmutzung der Zündvorrichtung und des Treibladungspulvers durch die Abscheidung von Partikeln aus den Metalloxiden mit sich, die aus ihrem Träger he rausgerissen werden. Bei starken mechanischen Beanspruchungen der Munition kann eine derartige Verschmutzung zur Hemmung der Körner des Treibladungspulvers führen, was in der Folge ein schlechtes Zünden (Verzögerung) verursachen kann und dann sogar zum Bersten des Rohres der Waffe führen kann.
Außerdem ist die erosionshemmende Wirkung, verglichen mit dem von den heutigen Anwendern gewünschten Ausmaß der Erosionshemmung, ziemlich begrenzt, und man beobachtet Rückstände im Lauf der Waffe, die den Lauf verschmutzen.
Das Patent US 3 148 620 lehrt, dass das oben angegebene Problem der Verschmutzung gelöst werden kann, indem zwischen der Treibladung und dem erosionshemmenden Gewebe ein Blatt aus einem brennbaren Material angeordnet wird, man stellt dann aber eine deutliche Verringerung der erosionshemmenden Wirksamkeit fest, und das erosionshemmende Zusatzmaterial wird kompliziert und kostspielig.
Der Fachmann ist daher weiterhin auf der Suche nach einer einfachen, wirksamen und wenig kostspieligen Lösung für das oben genannte Problem der Abnutzung und der Erosion des Rohres von Schußwaffen.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine derartige Lösung vor und hat im wesentlichen eine neue Metallhülse einer Munition für Schußwaffen zum Gegenstand, die einen metallischen Boden und einen metallische Mantel (Hülsenkörper) umfaßt, der mindestens teilweise auf seiner Innenseite mit einem neuen erosionshemmenden Zusatzmaterial beschichtet ist, das Titanoxid als erosionshemmendes Mittel enthält.
Diese neue Hülse ist dadurch gekennzeichnet, dass das neue erosionshemmende Zusatzmaterial aus einer steifen Auskleidung besteht, die aus einer brennbaren Matrix besteht, die pulverförmiges Titandioxid als Füll stoff enthält, dass der gewichtsbezogene Mengenanteil an TiO₂ im Bereich von 10 bis 30% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Auskleidung, wobei die Grenzwerte eingeschlossen sind, und dass die brennbare Matrix faserförmige Nitrocellulose, faserförmige Cellulose und ein organisches Harz enthält.
Es wurde die unerwartete Feststellung gemacht, dass so eine hervorragende Verteilung des Füllstoffs TiO₂ in dem Gasstrom während des Schusses und eine sehr viel bessere erosionshemmende Wirkung erhalten werden, die einen Faktor von 30 erreichen kann, bezogen auf die Wirkung, die beobachtet wird, wenn die gleiche Menge an TiO₂ in einem imprägnierten Gewebe verwendet wird, wie es in dem weiter oben angegebenen Stand der Technik beschrieben wird, wobei gleichzeitig die Herstellung dieser Auskleidung und ihr schnelles Anbringen ohne Kleben an ihrem Platz in dem Hülsenmantel einfache und wenig kostspielige Verfahrensschritte darstellen.
Außerdem wurde festgestellt, dass der Füllstoff TiO₂ während der gesamten Lebensdauer der Munition hervorragend durch das Fasermaterial festgehalten wird, es ist daher nicht erforderlich, zur Vermeidung der Verschmutzung der Treibladung einen Schutz zwischen der erosionshemmenden Auskleidung und der Ladung vorzusehen. Dies stellt einen beträchtlichen Vorteil dar, der den oben erwähnten Kompromiß zwischen der Funktionssicherheit der Munition und der Effizienz der erosionshemmenden Wirkung betrifft.
Im übrigen wurde auch beobachtet, dass eine Verschmutzung des Rohrs der Waffe und sogar der Hülse während des Schusses ausbleiben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weiterhin das oben angegebene neue erosionshemmende Zusatzmaterial und eine neue Munition für Schußwaffen, die die oben angegebene erfindungsgemäße Metallhülse umfaßt, die eine brennbare Treibladung enthält und die mit einem Zündhütchen und einem Geschoß ausgestattet ist, die in der dem Fachmann bekannten Weise in der Hülse fixiert sind.
Das Metall, aus dem die neue erfindungsgemäße Hülse, insbesondere der Boden und der Mantel, besteht, kann ein beliebiges Metall oder eine beliebige metallische Legierung sein, das/die üblicherweise für die Anfertigung von Metallhülsen verwendet wird, wie z.B. Stahl und/oder Messing.
Erfindungsgemäß ist die Hülse auf ihrer Innenseite entweder vollständig über die gesamte Länge des Hülsenmantels oder nur teilweise über einen Teil dieser gesamten Länge mit der erosionshemmenden Auskleidung beschichtet.
Unter "beschichtet" ist zu verstehen, dass sich die Auskleidung vollständig oder partiell im Kontakt mit der Innenseite des Mantels befindet. Der partielle Kontakt kann die Form eines Punktes, einer Linie oder einer Fläche haben. Ganz allgemein ist im Falle eines partiellen Kontakts dieser Kontakt durch mehrere Kontaktzonen in Form von Punkten und/oder Linien und/oder Flächen verwirklicht.
Ebenfalls ganz allgemein schmiegt sich die Auskleidung mit ihrer Form an die Form der Hülse an. Die Auskleidung kann beispielsweise zylindrisch oder beinahe zylindrisch oder kegelstumpfartig sein, oder sie kann einen zylindrischen und einen kegelstumpfartigen Teil aufweisen.
Die Auskleidung kann auch aus einer Stapelung von mehreren Teilstücken bestehen.
Die Auskleidung weist vorzugsweise auf ihrer Außenseite in Längsrichtung angeordnete Furchen auf, die sich im Kontakt mit der inneren Oberfläche des Mantels der Hülse befinden. Diese Kontaktzonen sind linear oder quasi linear, oder sie bilden schmale, in Längsrichtung angeordnete Streifen. Eine derartige Gestaltung führt zur Entstehung von in Längsrichtung angeordneten Kanälen zwischen der Innenwand des Mantels und der Auskleidung, die die Verbrennung der brennbaren Matrix der Auskleidung sowie das Ausströmen aller Verbrennungsgase der Treibladung und der Auskleidung fördern.
Nach einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Auskleidung über ihre gesamte Länge einen in Längsrichtung oder helixförmig angeordneten Spalt auf, wodurch für eine gewisse radiale Elastizität gesorgt wird, die das Einführen der Auskleidung durch den Hülsenhals und ihre Positionierung sowie ihren stabilen Halt auf der inneren Oberfläche des Hülsenmantels erleichtert.
Erfindungsgemäß besteht die steife Auskleidung aus einer brennbaren Matrix, die faserförmige Nitrocellulose, faserförmige Cellulose und ein organisches Harz umfaßt und die pulverförmiges TiO₂ als Füllstoff enthält. Die brennbare Matrix kann außerdem bestimmte Additive enthalten, wie Stabilisatoren, wie z.B. Diphenylamin.
Die brennbare Matrix besteht vorzugsweise im wesentlichen aus faserförmiger Nitrocellulose, faserförmiger Cellulose und organischem Harz, d.h. die Summe der gewichtsbezogenen prozentualen Anteile von Nitrocellulose, Cellulose und Harz ist größer als 95%, bezogen auf die brennbare Matrix.
Der Gehalt an TiO₂ liegt im Bereich von 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Auskleidung, wobei die Grenzwerte eingeschlossen sind.
Das TiO₂ kann eine beliebige Korngröße aufweisen. Sie kann beispielsweise etwa 50 μm betragen.
Die Auskleidung kann außerdem andere Füllstoffe als TiO₂ enthalten, insbesondere andere anorganische Oxide, die für ihre erosionshemmende Wirkung bekannt sind.
Als faserförmige Cellulose werden vorzugsweise Kraft^®-Fasern verwendet, andere natürliche oder regenerierte Cellulosefasern, eingeschlossen Holzschliff-Fasern und Viskosen, können aber genauso gut geeignet sein.
Als faserförmige Nitrocellulose kann jede industrielle Nitrocellulose, die einen Stickstoffgehalt von weniger als 13,8% aufweist, verwendet werden.
Als organisches Harz kann jedes Harz oder jedes Gemisch von Harzen verwendet werden, das die Eigenschaft hat, auf den Nitrocellulose- oder Cellulosefasern auszuflocken oder sich damit zu verbinden.
Bei den erfindungsgemäß bevorzugten Harzen handelt es sich um Acrylharze, Vinylharze, Latices auf Butadienbasis, wie Styrol-Butadien-Latices oder Acrylnitril-Butadien-Latices.
Die Mengenverhältnisse der verschiedenen Bestandteile der Auskleidung können über große Mengenverhältnis-Bereiche variieren.
Allerdings ist eine Mindestmenge an Harz erforderlich, um eine ausreichende Agglomeration der Fasern zu erzielen, und es wurde beobachtet, dass es erforderlich ist, dass die gewichtsbezogene Menge an Harz mindestens 2% der verwendeten gewichtsbezogenen Menge an Nitrocellulose und Cellulose ausmacht. Man verwendet vorzugsweise eine gewichtsbezogene Menge, die im Bereich von 5 bis 15% liegt, beispielsweise eine Menge von etwa 10%.
Das Gewichtsverhältnis Nitrocellulose/Cellulose kann im Bereich von 8 bis 1/8 und vorzugsweise im Bereich von 8 bis 1/2 liegen.
Die steife Auskleidung kann nach den dem Fachmann wohlbekannten Techniken aus einer wäßrigen Suspension der verschiedenen Bestandteile erhalten werden, beispielsweise durch Verfilzen.
Ihre Abmessungen sind an die Abmessungen der Hülse angepaßt, um die Innenwand der Hülse nach dem Einführen der Auskleidung bedecken zu können.
Das folgende nicht einschränkende Beispiel veranschaulicht die Erfindung und die mit ihr verbundenen Vorteile.
a) Herstellung einer steifen zylindrischen Auskleidung mit einer Masse von 480 g, die aus einer brennbaren Matrix (384 g), die TiO₂ als Füllstoff (96 g) enthält, besteht, mit einem Außendurchmesser von 122 mm und einer Dicke von 4 mm.
In eine wäßrige Suspension, die aus 97,6 Gewichtsteilen Kraft-Fasern, 248 Gewichtsteilen Nitrocellulose, die einen Stickstoffgehalt von 13,4% aufweist, und 9600 Gewichtsteilen Wasser besteht, werden 96 Gewichtsteile TiO₂, das einen mittleren Durchmesser von 44 μμm aufweist, 33,6 Gewichtsteile eines Acrylharzes vom Methyl- und Ethylpolyacrylat-Typ und 4,8 Gewichtsteile Diphenylamin gegeben.
Nach der Entstehung eines homogenen Gemischs werden nach der dem Fachmann wohlbekannten Verfilzungstechnik 2 Teilstücke der Auskleidung mit einer Länge von 185 mm, einem Außendurchmesser von 122 mm und einer Dicke von 4 mm hergestellt, von denen jedes eine Masse von 240 g aufweist.
Die gemessene apparente Dichte beträgt 0,85 g/cm³.
Die mechanischen Eigenschaften und die Verbrennungseigenschaften in einer Aufschlußbombe, die bei einer Dichte der Ladung von 0,1 g/cm³ gemessen werden, sind:

Abbrandverhalten (Lebhaftigkeit): 177 Hz

charakteristische Verbrennungszeit (0,5 bis 0,9 p_max): 3,6 ms

Gesamtdauer der Verbrennung (3 MPa bei/bis p_max): 51 ms
b) Herstellung einer erfindungsgemäßen Hülse, Patrone und Munition mit einem Durchmesser von 105 mm, die die unter a) hergestellte Auskleidung als erosionshemmendes Zusatzmaterial enthält.
Nachdem die beiden unter a) hergestellten Teilstücke der Auskleidung in Längsrichtung mit einem Spalt versehen worden sind, werden sie leicht zusammengedrückt, um sie durch den Hülsenhals einer Messinghülse vom Typ 105F4 einführen zu können, die einen Boden und einen näherungsweise zylindrischen Mantel mit einer Länge von 607 mm aufweist.
Der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Hülsenhalses betragen 104 mm bzw. 107 mm.
Der Hülsenmantel weist einen zylindrischen Teil mit einem Innendurchmesser von 122 mm und einer Länge von etwa 400 mm sowie einen kegelstumpfartigen Teil auf, der den zylindrischen Teil mit dem Hülsenhals verbindet.
Nachdem die beiden Teilstücke der Auskleidung nacheinander durch den Hals in die Hülse eingeführt worden sind und sich entspannt haben, werden sie hinein gedrückt, bis sie aufeinander gestapelt sind und den zylindrischen Teil des Hülsenmantels auf seiner Innenseite bedecken.
Eine Patrone wurde erhalten, indem ein dem Fachmann bekanntes Zündhütchen vom Typ TPA 27 × 320 im Bereich des Hülsenbodens angeordnet wurde und dann die Hülse mit 5,6 kg einer Treibladung gefüllt wurde, die aus einem zweibasigen Nitrocellulose/Nitroglycerin-Pulver vom Typ GB 19 T (1,65) GR besteht, die dem Fachmann ebenfalls wohlbekannt ist.
Anschließend wurde eine Munition erhalten, indem auf dem Fachmann bekannte Weise ein Geschoß vom Typ der flügelstabilisierten Geschosse (Pfeilgeschosse) OFL 105 mit einem Gewicht von 5,8 kg, das auf ein Gewicht von 6,25 kg gebracht wurde, durch den Patronenhals in der Patrone positioniert wurde.
c) Beurteilung der unter b) erhaltenen Munitionen in einer Waffe
Die Beurteilung von 20 identischen Munitionen, die wie unter b) beschrieben erhalten wurden, in einer Waffe (Kanone vom Typ 105 F1) hat es ermöglicht, eine Abnutzung des Rohrs der Waffe von 0,5 μm pro Schuß festzustellen, die nach den 20 Schüssen mit Hilfe eines Metrologiesterns auf dem Fachmann wohlbekannte Weise gemessen wurde.
Bei diesen Schüssen liegt die gemessene Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses bei 1527 m/s, und die gemessenen Maximaldrücke, die bei 110 mm bzw. 508 mm des Verschlusses gemessen werden, betragen 405 MPa und 387 MPa (Mittelwerte). Im übrigen wird festgestellt, dass es während des Schusses zu keiner Verschmutzung des Rohres und nicht einmal der Hülse kommt.
Parallel zu diesem erfindungsgemäßen Beispiel wurden zwei Vergleichsbeispiele ausgeführt, die nicht zur Erfindung gehören, um die durch die Erfindung gelöste Aufgabe und die mit der Erfindung verbundenen Vorteile hervorzuheben.
In einem ersten Vergleichsbeispiel wurden 20 identische Munitionen hergestellt, die sich von der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Munition nur durch das verwendete erosionshemmende Zusatzmaterial unterschieden, anstelle der unter a) hergestellten steifen Auskleidung wurde ein Zusatzmaterial mit einem Gewicht von 182 g verwendet, das dem Fachmann wohlbekannt ist, das dem oben angegebenen Stand der Technik FR 1 526 983 entspricht, und aus 53 Gew.-% TiO₂ und 47 Gew.-% Wachs und Trägergewebe besteht.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Menge an TiO₂ (96 g) identisch ist mit der erfindungsgemäß verwendeten Menge.
Die Beurteilung in einer Waffe, die unter den gleichen Versuchsbedingungen wie unter c) des erfindungsgemäßen Beispiels erfolgte, hat es ermöglicht, eine Abnutzung des Rohrs der Waffe von 7 μm pro Schuß festzustellen, d.h. eine Abnutzung, die 14mal größer ist als die mit den erfindungsgemäßen Munitionen festgestellte Abnutzung.
In einem zweiten Vergleichsbeispiel wurde das Zusatzmaterial, das im ersten Vergleichsbeispiel verwendet wurde, in einer Menge von 182 g verwendet, das aber zusätzlich eine Schutzfolie zur Vermeidung der Verschmutzung der Ladung aufwies, wie dies im Stand der Technik in der oben angegebenen Druckschrift US 3 148 620 gelehrt wird.
Die Beurteilung in einer Waffe, die unter den gleichen Versuchsbedingungen wie unter c) des erfindungsgemäßen Beispiels erfolgte, hat es ermöglicht, eine Abnutzung des Rohrs der Waffe von 14 μm pro Schuß festzustellen, d.h. eine Abnutzung, die 28mal größer ist als die mit den erfindungsgemäßen Munitionen festgestellte Abnutzung.

Claims

Metallhülse einer Munition für Schusswaffen, die auf ihrer Innenseite mindestens teilweise mit einem erosionshemmenden Zusatzmaterial beschichtet ist, das pulverförmiges Titandioxid enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das erosionshemmende Zusatzmaterial eine steife Auskleidung ist, die aus einer brennbaren Matrix besteht, die Titandioxid als Füllstoff enthält, dass der gewichtsbezogene Mengenanteil an Titandioxid im Bereich von 10 bis 30% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Auskleidung, und dass die brennbare Matrix faserförmige Nitrocellulose, faserförmige Cellulose und ein organisches Harz enthält.
Metallhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die brennbare Matrix im wesentlichen aus faserförmiger Nitrocellulose, faserförmiger Cellulose und organischem Harz besteht.
Metallhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Harz/Nitrocellulose + Cellulose im Bereich von 0,05 bis 0,15 liegt und dass das Gewichtsverhältnis Nitrocellulose/Cellulose im Bereich von 8 bis 1/2 liegt.
Metallhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Harz unter Acrylharzen, Vinylharzen, Latices auf Butadienbasis und den Gemischen dieser Substanzen ausgewählt ist.
Metallhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung auf ihrer Außenseite in Längsrichtung Furchen aufweist, die im Kontakt mit der inneren Oberfläche des Mantels der Hülse stehen.
Metallhülse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung über ihre gesamte Länge einen in Längsrichtung oder helixförmig angeordneten Spalt aufweist.
Metallhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung aus einer Stapelung mehrerer Teilstücke oder Kegelstümpfe besteht.
Munition für Schusswaffen, die eine Metallhülse umfasst, die mit einem Zündhütchen, einem Geschoß ausgestattet ist, und die eine brennbare Treibladung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse eine Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Erosionshemmendes Zusatzmaterial für die Beschichtung der Innenseite der Metallhülse einer Munition für Schusswaffen, dadurch gekennzeichnet, dass das erosionshemmende Zusatzmaterial eine steife Auskleidung ist, die aus einer brennbaren Matrix besteht, die Titandioxid als Füllstoff enthält, dass der gewichtsbezogene Mengenanteil an Titandioxid im Bereich von 10 bis 30% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Auskleidung, und dass die brennbare Matrix faserförmige Nitrocellulose, faserförmige Cellulose und ein organisches Harz enthält.