DE8702338U1 - Vorrichtung zur Herstellung einer Treibladungshülse für Patronenmunition - Google Patents

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Anm; Marion Heide, Berliner Strasse 22, 4o3o Ratingen 1

Vorrichtung zur Herstellung einer TreibladunqshUlse für Patronenmunition

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verschweissung eines Bodenteils und eines HUlsenteils einer Treibladunashülse für Patronenmunition, die eine relativ zu den zu verbindenden Teilen in einer Vakuumkammer drehbar und/ oder verschiebbar angeordnete Elektronen- oder Laserstrahlkanone besitzt.

Aus der DE-OS 3U M7 853 Al ist ein Verfahren zur Herstellung einer Treibladungshülse für Patronenmunition bekannt. Unter anderem wird dort vorgeschlagen, daß ein Bodenteil und ein Hülsenteil durch Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen verschweißt werden. Dazu gehören Elektronenstrahl- und Laserschweiß verfahren seit langem zum Stand der Technik (vergleiche u.a. KEH 1983, April,S. 57 ff.; Sonderdruck aus DVS-Berichte,Band 7U, deutscher Verlag für Schweißtechnik GmbH., Düsseldorf, Seite 3 ff.). Vorteile dieser Verfahren sind insbesondere die genaue und extrem schnelle Positionierung d«.s Schweißstrahles , wodurch eine wirtschaftliche Fertigung von Fügebauteilen - meist ohne das Erfordernis der Nachbearbeitung - herstellbar sind. Hierdurch ergeben sich erhebliche Eineparungen an Werkstoff und Fertigungskosten. Nachteilig ist jedoch bei diesen Verfahren, daß das Schweißen in einer Vakuum-Kammer unter Vakuum oder Schutzgas durchgeführt werden muß und hierzu bisher erhebliche Aufwendungen erforderlich waren.

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Es ist daher Aufgabe der vorlieaenden Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, welche die genannten Nachteile beseitigt und ein exaktes Ausrichten der zu fügenden Teile, Boden und Hülse, relativ zum Schweiss-Strahl ohne grosse Arbeits-, Kosten- und Zeitaufwand ermöglicht.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäss eine Vakuumkammer mit einem Zentrierzapfen zur Aufnahme des Bodenteiles aufweist, dem eine öffnung mit einem radial verformbaren elastischen Formring gegenüberliegt und wobei eine ausserhalb der Vakuumkammer angeordnete Abstützungs- und Zentriervorrichtung mit einer Hohlspindel vorgesehen ist, welche in bzw. an der Hülse anliegen, wobei die Hohlspindel einen elastischen Ringbalg aufweist, der an der Hülseninnenmantelseite abdichtend anliegt.

Neben dem kleinvolumigen Aufbau der Vakuumkammer besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß die Geometrie der zu verbindenden Boden- und Hülsenteile zur exakten Zentrierung ausgenutzt werden. So wird eine Senkung im Bodenteil, welche die spätere Anzündung aufnimmt, als Zentrierung in der Schweiß- und Vakuumkammer verwendet. Die Stirnseite des aus der Vakuumkammer herausragenden Hülsenteils bzw. das Hülsenteil selbst nehmen ebenfalls eine abstützende Zentrierung auf. Die außerhalb der Vakuumkammer liegende Abstu zungs- und Zentiervorrichtung beaufschlagt das freia stirnseit ge Ende des Hülsenteils mit Druck, wodurch gleichzeitig das in der Vakuumkammer befindliche Hülsenteilende auf den Bund des Bodenteils gedrückt wird. Gleichzeitig dient die Hohlspindel mit einem elastischen Ringbalg, der an der Hülseninnenmantelseite abdichtend anliegt, als Drehkraftübertragungsmittel.

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Bevorzugt ist die Abstützungs- und Zentrierungsvorrichtung mit einem in Hülsenlängsrichtung verschiebbaren Linearschlitten verbunden und die Hohlspindel mittels eines Spindelantriebe;s drehbar gelagert.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der elastische Ringbalg an einem Flansch der Hohlspindel befestigt (Anspruch 5) und besitzt einen mit über- bzw. Unterdruck beaufschlagbaren inneren Hohlraum (Anspruch 6 )· Bildet man den Ringbalg U-förmig aus und stülpt man dessen Schenkel über den genannten Flansch, der eine mit dem Innenraum der Hohlspindel und dem Hohlraum des Ringbalges in Verbindung stehende Bohrung besitzt, so ergibt sich der Vorteil, daß der Ringbalg in radialer Richtung verformbar ist. Dies zahlt sich insbesondere bei konischen Hülsenteilen aus, wobei der entlüftete Hohlraum des Ringbalges mit einem kleineren Durchmesser leicht durch den kleinsten Durchmesser des Konus des Hülsenteils sti nseitig eingeführt werden kann und nach fentrierung des Hülsenteils der Ringbalg mit Druck beaufschlagbar ist, wodurch sich der Ringbalg abdichtend an die Kegelmantelinnenfläche anlegt. Der Reibungsschluß zwischen dem Ringbalg und dem Kegelinnenmantel ist dann so prd5 ,daß die in Rotation versetzte Hohlspindel das Hülsenteil unter exakter Führung an dem Elektronen- oder Laserstrahl vorbeiführt.

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Diese Konstruktion ermöglicht einen breitflächigen Presssitz des Ringbalges gegen die Kegelinnenmantelfläche d€s '' Hülsenteils.

Während der Ringbalg zur Abdichtung des entsprechenden Hülseninnenvolumens, das sich in der Vakuumkammer befindet, dient, wird bevorzugt die äussere Abdichtung durch

einen elastischen Formring herbeigeführt, der doopelschenklig ausgebildet ist und dessen Dichtungsschenkel radial

auf dem Außenmantel der Hülse anliegen. Bevorzugt ist der der Vakuumkammer weiter abgewandte Dichtringschenkel als Führungsund Abstützungslippe ausgebildet und besitzt Entlüftungsbohrungen, wodurch die Führung des Hülsenteils während der Rotation weiter verbessert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt zeigt.

Die dargestellte Treibladungshülse besteht aus einem Bodenteil 1 und einem Hülsenteil 2, welche miteinander verbunden werden sollen. Das Bodenteil 1 besitzt einen sich in axial^v Richtung erstreckenden, im wesentlichen rohrförmigen Ansatz

g, la. der in das Hülsenteil 2 eingeschoben ist und einen Bund

X Ib, an dem die betreffende Stirnseite des Hülsenteiles 2 an

liegt. In diesem Bereich ist die Verbindung der genannten Teile durch Elektronen- oder Laserstrahlschweißung herbeizuführen woba. der Elektronen- bzw. Laserstrahl parallel zur Längsachse (Treibladungshülsenmittenachse) Io verläuft. Das Bodenteil besitzt ferner eine zentrisch angeordnete Senkung 19,velche

&iacgr;&idigr; . später die Anzündung aufnimmt. Das Hülsenteil 2 ist im wesent-

:- _&Sgr; liehen konisch mit einer sich zun dem Bodenteil abgewendeten

% s Ende verjüngender Forsi geformt. Beide Teile werden in nach dem

ig &ogr; Stand der Technik ^bekannter^ Weise durch Drehen oder Schmieden

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hergestellt-

Die vormontierte, zusammengefügte Treibladungshülse aus einem metallischen Bodenteil 1 und einer metallischen Hülse 2 ist in die Vakuumkammer 3 eingesetzt, deren Volumen dadurch kleihgtmöglich ist, daß das freie Ende der Hülse 2 aus der Vakuumkammer herausragt. An der Bodenflädte im Bereich der Senkung 19 besitzt die Vakuumkammer eine exakt gelagerte Zentrieraufnahme mit einem Zentrierzapfen 4, der dar. inaßfertige Bodenteil aufnimmt. An der Vakuumkammer angebracht ist ferner eine Elektronenstrahlkanone 15, welche ein Elektronenstrahlbündel 16 mit exakter Zentrierung im Bereicli der späteren Schweißnaht erzeugt. Die Vakuumkammer 3 wird über einen Stutzen 14 evakuiert. Dem Zentrierzapfen 4 liegt eine öffnung der Vakuumkammer gegenüber, aus der das freie Ende des Hülsenteils 2 herausragt. Diese kreisförmige öffnung wird durch einen elastischen Formring 5 begrenzt der in zwei Dichtringschenkel 5a, 5b mündet, wovon der dem freie Ende des Hulsenteiles zugewandte Dichtringschenkel 5a als FUhrur und AbstUtzungslippe ausgebildet ist und EntlUftungsbohrunpen er h'ilt, wodurch eine Vakuum- bzw. eine atmosphärische Beaufschlagt auf die vakuumabdichtende Doppellippe kontaktschließend auf den Außendurchmesser der Hülse 2, die hier konisch verläuft, ermöglich!: wi rd.

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Im Inneren des Hülsenteils 2, etwa in gleicher Höhe, ist ein durch Innendruck beaufschlagbarer elastischer Ringbalg 6 vorgesehen, der entweder einfach U-förmig, wi*? im oberen Teil der Zeichnung dargestellt, ausgebildet ist, wobei die Schenkel des Balges 6 über den Flansch 7, der mit einer Hohlspindel 8 verbunden ist, gestülpt sind. Die genannte Hohlspindel 8 liegt zentrisch zum Hülsenteil 2 und dient in Verbindung mit dem oder den Ringbalgen zur Positionierung der inneren Vakuumkammerabdichtung und gleichzeitig zur Drehantriebsübertragung der Treibladungshülse über einen Spindelantrieb 9. Der Ringbalg 6 ist über eine durchgehende Bohrung 18 des Flansches 7, die mit dem Innenraum 17 der Hohlspindel 8 in Verbindung steht, mit Druck beaufschlagbar. Im unteren Teil der Zeichnung ist der Ringbalg einmal im evakuierten Zustand 6b und im belüfteten Idealzustand 6c gezeichnet.

Der Spindelantrieb 9 ist regelbar und richtet sich nach der spnrifischen Schweißgeschwindigkeit des auf die Schweißbedingungen eingestellten Elektronenstrahles, wobei die Schweißparameter in der Regel empirisch ermittelt werden bzw. nach dem Sta der Technik Erfahrungswerte vorliegen.

Der das innere abdichtende Ringwulst legt sich bei Überdruck birnenförmig an die Innenseite des Hülsenteils breitflMchig an. Bei der Evakuierung durch Vakuumerzeugung stülpt sich der Ringbalg 6 so nach innen auf einen wesentlich kleineren Durchmesser, so daß die Hohlspindel aus bzw. in das Hülsenteil 2 gefallen werden kann, wozu ein axial versetzter Linearschlitten dient. Gegebenenfalls können der Drehspindelantrieb 9 und der

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Linearschlitten in einer Vorrichtung kombiniert werden. Auf dem Linearschlitten 11 befindet rieh in Höhe der Mittenachse der gesamten Apparatur, die mit derTreibladungshülsenmittenachse Io zusammenfällt.D ie im Hülsenmund (dem freien Ende des Hülsenteiis befindliche Abstützungszentierung 12, die gleichzeitig

zentriert, stirnseitig an dem freien Ende des Hülsenteils anliegt und unter Druck stehend,das gesamte Hülsenteil kontaktschlüssig positionsmaximierend auf den Bund des Bodenteils 2 und aufliegend an die linke Stirnringfläche 13 des Hülsenteils 2 drückt. Gleichzeitig befindet sich in dieser Abstützungszentrierung 12 die Lagerung der Antriebsspindel 9. Somit dient der Linearsch¹itten 11 in der in der Abbildung dargestellten Anordnung zu einer zeitsparenden Beschickung und Herausnahme der Treibladungshülse aus der Vakuumkammer.

Mit der beschriebenen Vorrichtung wird folgendermi.ssen gear-r beitet: Zunächst wird bei evakuiertem Balg 6 die Hohlspindel in das Hülsenteil eingeführt, an dessen einem Ende das Bodenteil 1 lose anliegt. Dies geschieht solange, bis die Stirnseite 13 des Hülsenteils 2 an einem ringförmigen Bund der Abstfltzungszcntrierung 12 zur Anlage kommt. Der Schlitten 11 befördert dieue Anordnung durch die öffnung der Vakuumkammer hindurchpjoitend soweit, bis das Bodenteil 2 im Bereich des Zentrierzapfen;; M der Vakuumkammer 3 zur Anlage kommt. Die weitere Druckbcaufschlagung auf die Stirnseite 13 des Hülsenteils gewährlei rstct einen festen Sitz von Hülsen- und Boden teil. Anschließend v/ird über den Innenraum 17 der Hohlspindel fl und die Bohrung 18 flor. Flansches 7 der Rinpbalg 6 bzw. el»·«- Bd Ly fib solange mit Druck beaufschleißt, bis sich der Balg 6 breltflüchlc? und unter Reibungsschluß an die Mantelinnenflilclie des Mülsenteilf 2 anlegt. Gleichzeitig oder danach wird, gegebenenfalls nach Evakuierung, ein Kontaktschluß des elastischen Formringen 5 auf den

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Außendurchmesser des Ilülsenteils 2 herbeigeführt. Sodann wird dio Vakuumkammer über den Stutzen 14 evakuiert und der Elektronenstrahl 16 justiert. Die Elektrodenstrahlverschweißung kann im Bereich des Bundes des Bodenteils 1 nunmehr erfolgen. Hierbei wird mittels des Spindelantriebes 0 unter Vermittlung der Hohlspindel 8 das Hülsenteil 2 und gleichzeitig das Bodrinteil 1 in gleichmäßige Rotation versetzt, bis ein Winkel von 36 8 Grad überfahren

Mit der erfindung^gemässen Vorrichtung ist ein stoffschlüssiges, hochdruckfestes Verbinden der zweiteiligen Treibladunoshülse aus kostengünstigen Werkstoffen, so auch das Verbinden verdeckter Fügestellen z.B. durch den Boden hindurch, möglich. Die Vorrichtung hat insbesondere den Vorteil, dass nicht mehr das gesamte aus Hülse und Boden bestehende Stück in eine dementsprechend große Vakuumkammer zwecks Schweiften gebracht werden muß, sondern nur der Boden und ein daran anliegendes HülsenteilstUck. Damit wird der zur Evakuierung bzw. zur Füllung mii: Schutzgas notwendige Raum erheblich verkleinert, womit sich die Materialkosten für die Vakuumkammer erheblich senken lassen und der Hohlraum schneller evakuiert bzw. mit Schutzgas gefüllt werden kann. Gleichzeitig werden die zu fügenden Teile, nämlich das Bodenteil und das HUlsenteil unter Ausnutzung ihrer Formgestaltung sicher zentriert, was zu einer genauen Schweißnahtherstellung bzw. Elektronenoder Laserstrahlführung beiträgt.

Um den Elektronen- oder Laserstrahl relativ zu den zu fügenden Teilen zu bewegen, kann die Elektronen- oder Laserstrahlkanone bei feststehenden Boden- und Hülsenteilen ent-

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sprechend herumgeführt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch die Elektronenoder Laserstrahlkammer fest mit der Vakuumkammer, vorzugsweise mit deren Zentriervorrichtung für das Bodenteil, verbunden und es werden das Boden- und das Hülsenteil, die mittels Pressdruck aneinanderliegen, in Rotation versetzt. Hierzu wird bevorzugt die innere Abdichtung in Form von elastischen Ringbalgen als Antri->bs-Ubertraaungsmittel eingesetzt.

Die Abdichtung der Vakuumkammer entlang der Hülsenmantelaussenseite wird durch einen elastischen doppelschenkligen Formring gewährleistet, der zwei Dichtringschenkel besitzt, die radial auf dem Außenmantel des Hülsenteils angelegt werden. Mach einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist der der Vakuumkammer abgewandte Dichtringschenkel als Führungs- und Abstützungslippe aufgebildet und über dortige Entlüftungsbohrungen mit Unter- bzw. Überdruck beaufschlagbar. Zur Abdichtung der Vakuumkammer entlang des Innenmantels der Hülse dient ein in das Hülsenteil einführbarer elastischer Ringbalg, der mit Innendruck beaufschlagt wird.

Da das Hülsenteil nur im Bereich der späteren Schweißstellen in die Vakuumkammer eingeführt wird, arbeitet das geschilderte Verfahren infolge geringer Evakuierungszeiten bzw. Zeiten für die Schutzgaseinleitung extrem zeitsparend und erfordert in materialsparender Weise nur eine sehr kleine Vakuumkammer, dabei kann auf die nach dem Stand der Technik bekannten Vorteile des Elektronen- oder Laserstrahlschweißens zurückgegriffen werden, wobei das Hülsen- und das Bodenteil gemeinsam um einen Drehwinkel von 36o Grad, vorzugsweise 36o Grad plus acht Grad, an der Elektronenstrahl- bzw. Laserstrahlquelle vorbei-

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geführt werden. Hierbei nutzt man mittels Elektronenstrahldurchdringung den bekannten Tiefenschweißeffekt bei einer Eindringtiefe von Tiefen zwischen 2oo bis 32o mm, vorzugsweise bis 16o mm. Demgegenüber ist die Eindringtiefe eines Laserstrahls bekanntlich geringer, sie wird normalerweise bis zu einer Größe von sechs mm genutzt. Es versteht sich von selbst, daß das genannte Verfahren auch so durchgeführt werden kann, daß der Elektronen- oder Laserstrahl bei Bedarf radial, radial nebeneinander gelagert, rückseitig seimig xum Bodenteil oder schräg zur Hülse geneigt sein kann, gcgebfin^nfnlln nach entsprechender Strahlumlenkung. Selbstverständlich wird die Rotationsbewegung der Hülse bzw. des Bodens dem Schweißparameter angepaßt.

Der Einfachheit halber gleiten die elastischen Außenabdichtungen, d.h. der Formring 5, während der Elektronenstrahleindringung auf dem Außeninantel des Hülsenteils 2. In Höhe des Formrings 5 wii-d beim Schweißvorgang das Hülsenteil nur so geringfügig erwämrt,daß heute verfügbare Elastomere als Material für den Formring 5 hohe Standzeiten besitzen. Während des Schweißvorganges, bei dem der Elektrodenstrühl leitend justiert durch die Zentrierung 4 unterstützt wird, trifft der Elektronenstrahl 16 durch eine entsprechende öffnung <J»r Vakuumkammer 3 hindurch auf die stirnseitige Fläche des Bodenteils 1, durchdringt diese achsfluchtend der Restfügeflache beider Komponenten I, 2 auf dem jeweiligen. Radius der Fügeflächen, neigend oder parallel, und bewirkt tiefenendend bei dem Obergang des Ansatzendes und der Hülsenwand die Verschweißung.

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Hierbei wird ein hoher schmelzschlUssiger Tiefschweißeffekt mit bestimmbarer Endlage genutzt, wobei die Eindringtiefe der Elektronenstrahlen vorzugsweise bis 16o mm beträgt, es sind jedoch auch Eindringtiefen von 2oo bis 32o mm möglich. Da&bgr; Schweißen kann mit einer hohen Schweißgeschwindigkeit von 2oo bis 3oo mm pro Minute ohne Schweißzusätze wirtschaftlich durchgeführt werden. Durch die sehr engen einstellbaren Schweißkapillare kann ferner ein in Breite und Tiefe vorbestimmbares Nahtprofil mit relativ genauer Berandung hergestel werden. Gleichermaßen kann das Schweißen ohne daß das bei ander Schmelzverfahren bekannte Wegpusten der Schmelze durchgeführt w den; da nur eine schmale Wärmeeinflußzone benötigt wird, ergebe G ich ntabile Gefügezustände. Die zusammengeschweißte Treibladun, hülse braucht praktisch nicht riachbearbeitet zu werden. Als Materi für das Boden- und Hülsenteil kann z.B. die Werkstoffkombination Aluminium-Stahl verwendet werden. Das erfindungsgemässe Verfahren ist wegen seiner hohen Reoroduzierbarkeit ohne weiteres automatisierbar. Bei Bedarf können auch komplizierte Geometrien wie Linien und Kurven hergestellt bzw. miteinander verbindbar gefertigt werden, so z.B. cruerliegende, am äusseren Umfang liegende Trennflächen durch Strahlumlenkung und damit verbindbare Rundlaufnähte.

Es ist selbstverständlich möglich, mittels Elektronen- bzw. Laserstrahl auch durch eine gegenüber der Abbildung um 9o° versetzte Öffnung hindurch ausführungsbedingte, in axialen und geneigten Ebenen stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Die Vorteile sind. u.a. geringe Schweisstiefe, geringer Verzug und hohe Verbindungskräfte.

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Selbstverständlich sind unit der erf indunqsgemässen Vorrichtung verschiedene Kaliber und Bauläncren von Treibladungshülsen herstellbar. Die Elemente zur Zentrierung A, Vi, Abdichtung 6, 5 bzw. Sa, 5b, werden dazu auswechselbar angeordnet, so dass für jedes Kaliber und jede Baulänge die erfinduncrsgemässe Vorrichtung umgerüstet werden kann.

X/He/Bo

Claims (1)

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   Anm: Marion Heide, Berliner Strasse 22, 4o3o Ratingen 1

   Vorrichtung zur Herstellung einer Treibladungshülse für Patronenmunition

   1· Vorrichtung zur Verschweissung eines Bodenteils und
   eines Hülsenteils einer Treibladungshülse für Patronenmunition, die eine Elektronen- oder Laserstrahlkanone besitzt, die relativ zu den zu verbindenden Teilen in einer Vakuumkammer drehbar und/oder verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, da die Vakuumkammer (3) einen Zentrierzapfen (&Oacgr; zur Aufnahme di Bodenteiles (1) aufweist, der eine öffnung mit einem radial
   verformbaren elastischen Formring (5) gegenüberliegt und dal?, eine außerhalb der Vakuumkammer (U) angeordnete Abstützungsund Zentriervorrichtung (12) mit einer Hohlsrindel (8) in bz' an der Hülse (2) anliegt, wobei die Ilohlspindel (8) einen el stischen Ringbalg (6) aufweist, der an der Hülseninnenmantel seite abdichtend anliegt.

   I. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungs- und Zentriervorrichtung einerseits mit einem in Hülsenlängsrichtung verschiebba ren Linearschlitten (11) verbunden ist und andererseits die
   Hohlspindel (8) mittels eines Spindelantriebes (9)drehbar ge lagert ist.

   J. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Formring (6) aus einem elastischen doppelschenkligen Forrnring mit Dichtringschönkel (5a, 5b)beoteht, die radial auf den Außenmantel der Hülse an liegen.

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   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennze ichnet, daß der der Vakuumkammer abgewandte Dichtringschenkel (5a) als Führungs- und Abstützungslippe ausgebildet ist und Entlüftungsbohrungen enthält.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ringbalg (6) an einem Flansch (7) der Hohlspindel befestigt ist.

   6. Vorrichtung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbalg (G) einen mit Ober- bzw. Unterdruck beaufschlagbaren inneren Hohlraum besitzt.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbalg (6) U-förmig ausgebildet ist und dessen Schenkel über den Flansch (7) gestülpt sind, der eine mit dem Innenraum (17) der Hohlspindel (8) verbundene Bohrung (18) besitzt.