DE19741028C1 - Vorrichtung zum Härten der Innenkontur eines Waffenrohres mit Laserstrahlung - Google Patents
Vorrichtung zum Härten der Innenkontur eines Waffenrohres mit LaserstrahlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten der Innen
kontur eines Waffenrohres mit Laserstrahlung nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1.
Um die durch die heißen Treibladungsgase verursachte Erosion
des jeweiligen Waffenrohres bzw. den durch die Reibung zwi
schen der Geschosse und dem Waffenrohr verursachten abrasiven
Verschleiß gering zu halten und damit deren Lebensdauer zu
erhöhen, ist es bekannt, die innere Oberfläche des in der
Regel aus Stahl bestehenden Waffenrohres mit einer Hartme
tallschicht, z. B. einer Chromschicht oder einer Chrom ent
haltenden Legierungsschicht (z. B. einer Kobalt-Chrom-Wolfram-
Legierung), zu versehen.
Nachteilig ist bei derartigen Waffenrohren, daß die Auf
bringung der Auftragsschicht prozeßtechnisch relativ auf
wendig ist und häufig Abplatzungen und Auswaschungen dieser
Schicht auftreten, welche die Lebensdauer der Waffenrohre
vermindern.
Aus der DE 195 44 824 A1 ist es ferner bekannt, die innere
Oberfläche des jeweiligen Waffenrohres durch eine thermische
Oberflächenbehandlung mittels Laserstrahlen zu härten (Um
wandlungshärten). Dabei wird die Laserstrahlung eines CO2-
Lasers mündungsseitig axial in das Waffenrohr eingekoppelt
und mit Hilfe eines in dem Waffenrohr verschiebbar angeord
neten, eine Strahlenumlenkoptik enthaltenden Laserkopfes
senkrecht auf die zu härtende Innenflächen des Waffenrohres
geleitet.
Nachteilig ist bei dieser bekannten Laseranordnung, daß die
Verwendung des CO2-Lasers ein relativ starres Strahlführungs
system erforderlich macht, so daß der Bearbeitungsraum einge
grenzt ist. Außerdem läßt sich dieser Schrift nicht entneh
men, auf welche Weise die zwischen Waffenrohr und Laserkopf
erforderliche Relativbewegung realisiert werden könnte.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Umwandlungshärten der Innenkontur eines Waf
fenrohres anzugeben, mit der das Waffenrohr sehr genau und
homogen gehärtet werden kann und mit deren bestimmungsgemäßer
Verwendung eine Vergrößerung des Bearbeitungsraumes verbunden
ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren
die Unteransprüche.
Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde,
einerseits als Laser einen ND:YAG-Laser zu verwenden, da
durch die gegenüber CO2-Lasern geringere Wellenlänge von
1,06 µm Glasfasern für die Übertragung des Laserstrahles
eingesetzt werden können. Andererseits wird durch die
Befestigung des Laserkopfes an einer in dem Waffenrohr zen
trierbaren (und damit an den Rohrwänden abstützbaren) und in
Richtung der Seelenachse des Waffenrohres verschiebbaren
Ziehstange die Fokuslage des Laserstrahles bei dem Härtungs
vorgang sehr genau eingehalten.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn es
sich bei der Ziehstange um die Ziehstange einer programmge
steuerten Nutenziehmaschine handelt, bei der die Ziehstange
sehr genau auf einer definierten Bahn über einen Maschinen
schlitten programmgesteuert durch das Waffenrohr gezogen wer
den kann. Die relative Fokuslage des Laserstrahles bleibt
durch die mitgeführten Buchsen im Rohr immer konstant.
Da der Absorptionsgrad der Laserstrahlen eines ND:YAG-Laser
etwa 30-35% höher ist als derjenige eines CO2-Lasers, sind
bei Verwendung eines ND:YAG-Lasers keine absorptionserhöhen
den Coatingmittel erforderlich, so daß sich gegenüber einem
CO2-Laser homogenere Härteschichten ergeben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus dem folgenden anhand einer Figur erläuterten Ausführungs
beispiel. Dabei zeigt die Figur die Seitenansicht eines zu
härtenden Waffenrohres in Verbindung mit einer Laseranlage
und einer programmgesteuerten Nutenziehmaschine.
In der Figur ist mit 1 das Waffenrohr bezeichnet, welches auf
der Nutenziehmaschine 2 ausgerichtet und fixiert ist. Die
Ziehstange 3 der Nutenziehmaschine erstreckt sich innerhalb
des Waffenrohres 1 entlang deren Seelenachse 4 und stützt
sich an der inneren Oberfläche 5 des Waffenrohres 1 über zwei
Führungsbuchsen 6 und 7 ab.
An dem dem mündungsseitigen Ende 8 des Waffenrohres 1 zuge
wandten Ende 9 der Ziehstange 3 ist ein Laserkopf 10 ange
ordnet, welcher über eine Lichtleitfaser 11 mit einem Nd:YAG-
Laser 12 (z. B. mit 2 kW Ausgangsleistung) verbunden ist.
Außerdem ist der Laserkopf 10 über eine erste Schlauchleitung
13 mit einer Kühlvorrichtung 14 und über eine zweite
Schlauchleitung 15 mit einer Schutzgasquelle 16 (z. B. mit
Argon gefüllte Gasflasche) verbunden.
Der Laserkopf 10 umfaßt im wesentlichen einen Facettenspiegel
17, der den von der Lichtleitfaser 11 kommenden Laserstrahl
auf die zu härtende innere Oberfläche 5 des Waffenrohres 1
fokussiert, und der aufgrund der im Betrieb auftretenden
enormen Wärmeentwicklung durch ein Kühlmittel, welches über
die Schlauchleitung 13 zugeführt wird, gekühlt werden kann.
Der Laserkopf 10 ist ferner mit einer zweiten Rohr- oder
Schlauchleitung 15 verbunden, über die ein Schutzgas beim Um
wandlungshärten auf die erhitzte Oberfläche des Waffenrohres
strömt und eine die Oberflächenqualität verschlechternde
Oxidschichtbildung verhindert.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich sowohl
gezogene Waffenrohre als auch Waffenrohre mit einem Glatt
rohrprofil umwandlungshärten. Dabei haben Versuche ergeben,
daß sich Stahlrohre bis in eine Tiefe von 0,4 bis 0,8 mm
umwandlungshärten lassen, wobei die gehärteten Oberflächen
bereiche zwischen 600 und 750 HV aufwiesen.
Wie der Figur zu entnehmen ist, umfaßt die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine elektronische Steuervorrichtung 18, mit der
die Laserleistung geregelt wird und welche auf eine dem Laser
12 ausgangsseitig nachgeschaltete Verschlußeinheit 19 wirkt
und den ordnungsgemäßen Betrieb der Laseranlage ständig
überwacht, derart, daß im Falle eines Defektes, z. B. bei
einem Faserbruch der Lichtleitfaser oder einer unterbrochenen
oder zu geringen Kühlung des Facettenspiegels etc., den
Härtungsvorgang des Waffenrohres unterbricht.
Wie in der Figur durch die gestrichelte Linie 20 angedeutet
ist, wird die elektronische Steuervorrichtung 18 vorzugsweise
mit der Steuervorrichtung 21 für die Nutenziehmaschine ver
bunden. Dadurch wird einerseits die flexible Gestaltung von
Bearbeitungszyklen und andererseits die Überwachung von
sicherheitstechnischen Verriegelungen gewährleistet.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend
beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann bei
spielsweise zusätzlich zu den Rohr- oder Schlauchleitungen 13
und 15 eine dritte Rohr- oder Schlauchleitung vorgesehen
sein, durch die Druckluft oder Stickstoff quer zur Strahl
austrittsöffnung des Laserkopfes geführt wird, um durch
diesen gerichteten Gasstrom die Spiegeloptik und den Innen
raum des Laserkopfes vor Verschmutzungen zu schützen.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Härten der Innenkontur eines Waffen
rohres (1) mit Laserstrahlung, wobei die Vorrichtung
einen Laser (12) und einen entlang der Seelenachse (4)
des Waffenrohres (1) verschiebbar anordbaren und eine
Strahlumlenkoptik (17) enthaltenden Laserkopf (10)
umfaßt, so daß die Laserstrahlung mündungsseitig in das
Waffenrohr (1) einkoppelbar und mittels der Strahl
umlenkoptik (17) senkrecht auf die innere Oberfläche (5)
des Waffenrohres (1) führbar ist, gekennzeichnet durch
die Merkmale:
- a) bei dem Laser (12) handelt es sich um einen Nd:YAG- Laser;
- b) der Laser (12) ist mit dem Laserkopf (10) über eine Lichtleitfaser (11) verbunden;
- c) der Laserkopf (10) ist an dem mündungsseitigen Ende (8) einer im Waffenrohr (1) zentrierbaren und in Richtung der Seelenachse (4) des Waffenrohres (1) verschiebbaren Ziehstange (3) befestigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei der Strahlumlenkoptik (17) des Laserkopfes
(10) um einen Facettenspiegel handelt, der die Laser
strahlung auf die innere Oberfläche (5) des Waffenrohres
(1) fokussiert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Laserkopf (10) zur Kühlung der Strah
lumlenkoptik (17) über eine mündungsseitig aus dem
Waffenrohr (1) führbare Rohr- oder Schlauchleitung (13)
mit einer Kühlvorrichtung (14) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Laserkopf (10) über eine mün
dungsseitig aus dem Waffenrohr (1) führbare Rohr- oder
Schlauchleitung (15) mit einer Schutzgasquelle (16)
verbunden ist, und daß der Laserkopf (10) derart ausge
bildet ist, daß das Schutzgas bei der Laserbestrahlung
der inneren Oberfläche (5) des Waffenrohres (1) auf
diese Oberfläche (5) strömt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine dritte Rohr- oder Schlauchlei
tung vorgesehen ist, durch die Druckluft oder Stickstoff
führbar ist und deren Austrittsöffnung derart gewählt
ist, daß das Gas quer zur Strahlaustrittsöffnung des
Laserkopfes (10) austritt, um die Strahlumlenkoptik (17)
und den Innenraum des Laserkopfes (10) vor Verschmutzun
gen zu schützen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuervorrichtung
(18) vorgesehen ist, die die Laserleistung regelt und
auf eine dem Laser (12) nachgeschaltete Verschlußeinheit
(19) wirkt, derart, daß im Falle eines Defektes der Vor
richtung (Faserbruch, keine Kühlung etc) der Härtungs
vorgang des Waffenrohres (1) unterbrochen wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß es sich bei der Ziehstange (3) um
die Ziehstange einer programmgesteuerten Nutenzieh
maschine (2) handelt.
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