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(11) | EP 1 715 080 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Verfahren zur Beschichtung der inneren Oberfläche des Waffenrohres Process for coating the inner surface of a gun barrel Procédé pour le revêtement de l'intérieur d'un tube d'arme |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Waffenrohr, das auf seiner inneren Oberfläche mindestens in einem Teilbereich mit einer Schutzschicht versehen ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Beschichtung der inneren Oberfläche des Waffenrohres.
[0002] Um eine längere Lebensdauer der in der Regel aus Stahl bestehenden Waffenrohre zu erhalten, ist es bekannt, die innere Oberfläche des jeweiligen Waffenrohres mit einer Schutzschicht aus z.B. galvanisch abgeschiedenem Hartchrom zu versehen. Es hat sich allerdings gezeigt, daß insbesondere beim Verschießen leistungsgesteigerter Munition die relativ spröde Hartchromschicht sich partiell von dem Waffenrohr ablösen kann. Dadurch ist der Grundwerkstoff des Waffenrohres in diesen Bereichen bei Schußabgabe den heißen Verbrennungsgasen direkt ausgesetzt und es tritt dort ein starker Erosionsverschleiß des Grundwerkstoffes auf.
[0003] Aus der DE 199 19 688 A1 und der DE 102 43 314 A1 ist es bekannt, hochschmelzende Schichtwerkstoffe auf die innere Oberfläche des Waffenrohres durch Auftragsschweißen aufzubringen. Als nachteilig hat sich bei diesen Waffenrohren erwiesen, daß bei dem Auftragsschweißen der Grundwerkstoff des Waffenrohres stark erwärmt und damit negativ beeinflußt wird.
[0004] Ferner ist aus der DE 199 26 246 A1 ein Waffenrohr bekannt, bei dem eine Schutzschicht durch Sprengplattieren auf die innere Oberfläche des Waffenrohres aufgebracht wird. Hierzu ist allerdings ein erheblicher verfahrensbedingter Aufwand erforderlich, um diebeim Plattieren auftretenden Kräfte im Rohr aufzufangen. Außerdem treten häufig Bereiche mit einer schlechten Bindung zwischen Schutzschicht und Grundwerkstoff auf, so dass die Beschichtung in diesen Bereichen bei Schussabgabe abplatzen kann.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beschichtung der inneren Oberfläche des Waffenrohres mit einer Schutzschicht anzugeben, die einfach und kostengünstig aufbringbar ist, und die sich auch bei hoher Beanspruchung des Waffenrohres nicht von dem Grundwerkstoff des Waffenrohres löst.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
[0007] Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, durch Kaltgasspritzen eine Schutzschicht auf die Innenseite des Waffenrohres aufzubringen. Hierzu können alle bekannten Refraktärmetalle und deren Mischungen sowie keramische Werkstoffe als Schichtwerkstoff eingesetzt werden. Die Anbindung des Schichtwerkstoffes an den Grundwerkstoff des Waffenrohres erfolgt durch die hohe kinetische Energie der auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigten Teilchen beim Auftreffen auf das Grundmaterial. Ähnlich wie bei dem Sprengplattieren treten lokal hohe Drücke und Umformungsgeschwindigkeiten auf. Hierdurch entsteht, ohne thermisches Aufschmelzen, eine dichte, fest haftende Schutzschicht aus hochschmelzendem Material.
[0008] Die Erfindung weist also den großen Vorteil auf, dass eine fest haftende Erosionsschutzschicht in den Waffenrohren erzeugt werden kann, ohne dass Wärmeeinflußzonen gebildet werden oder eine Oxidation des Beschichtungswerkstoffes auftritt.
[0009] Außerdem besteht die Möglichkeit, durch Mischen unterschiedlicher Metallpulver Schutzschichten aus so genannten Pseudolegierungen herzustellen. Hierbei handelt es sich um Metallmischungen, welche auf schmelzmetallurgischem Weg nicht herstellbar sind, well die entsprechenden Metalle im schmelzflüssigen Zustand nicht mischbar sind, oder es zu unerwünschten Reaktionen wie Phasenausscheidung oder Versprödung kommt.
[0010] Ferner haben Versuche gezeigt, daß der jeweilige Beschichtungswerkstoff eine ausreichend hohe Duktilität besitzen sollte. So haben sich Schutzschichten aus Tantal als hervorragend erwiesen, während Schutzschichten aus dem relativ spröden Molybdän weniger geeignet erschienen. Auch Niob, Vandium oder Wolfram bieten sich hier an.
[0011] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel, welches anhand einer Figur erläutert wird.
[0012] Die Figur zeigt den Längsschnitt eines Teiles eines mit 1 bezeichneten Waffenrohres einer Panzerkanone. Das Waffenrohr 1 ist auf seiner inneren Oberfläche 2 in einem Teilbereich 3 mit einer Schutzschicht 4, beispielsweise aus Tantal, versehen.
[0013] Vor Durchführung der Beschichtung wird in den Teilbereich 3 des Waffenrohres 1 eine Ausnehmung 5 eingebracht. In diese Ausnehmung 5 wird anschließend die Schutzschicht 4 erfindungsgemäß durch Kaltgasspritzen aufgebracht. Hierzu wird eine Vorrichtung 6 mit einer Laval-Düse 7 mittels einer Verfahreinrichtung 15 in den Innenraum 8 des Waffenrohres 1 eingeschoben. Die Vorrichtung 6 ist dabei über eine erste Leitung 9 mit einer Gasquelle 10 verbunden. Das entsprechende unter Druck austretende Gas (z.B. Stickstoff) wird in der Laval-Düse 7 auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Der Beschichtungswerkstoff wird aus einem Behälter 11 über eine zweite Leitung 12 der Vorrichtung 6 als Pulver zugeführt und vor der Laval-Düse 7 in den Gasstrahl injiziert und durch diesen zur inneren Oberfläche 2 des Waffenrohres 1 hin beschleunigt. Bevorzugte Partikelgeschwindigkeit sollte rund 600 m/s betragen. Als Gase können neben Stickstoff auch Brom oder Helium bei ca. 200 °C verwendet werden.
[0014] Eine flächige Beschichtung der inneren Oberfläche 2 des Waffenrohres 1 in dem Teilbereich 3 wird dadurch erreicht, daß die Vorrichtung 6 und das Waffenrohr 1 relativ zueinander eine spiralförmige Bewegung ausführen. Hierzu kann beispielsweise die Vorrichtung 6 mit Hilfe der Verfahreinrichtung 15 sowohl eine axiale als auch eine rotatorische Bewegung durchführen. Ferner kann die Vorrichtung 6 durch die Verfahreinrichtung 15 auch nur axial verschoben und das Waffenrohr 1 durch einen nicht dargestellten Antrieb um seine Seelenachse 13 gedreht werden.
[0015] Nach dem Aufbringen der Schutzschicht 4 erfolgt eine mechanische Nachbearbeitung der Oberfläche 14 der Schutzschicht 4, da die Schutzschicht 4 eine relativ rauhe Oberfläche aufweist. Die zunächst auf die innere Oberfläche 2 des Waffenrohres 1 aufzutragende Schichtdicke der Schutzschicht 4 muß daher größer sein, als die entsprechende Schichtdicke der Schutzschicht 4 bei dem fertigen Waffenrohr 1. Die Schichtdicke kann zwischen 100 µm bis 2 mm liegen. Die Größe der Partikel des jeweiligen Beschichtwerkstoffes kann ca. 25 µm betragen.
[0016] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann sich das Aufbringen der Schutzschicht sowohl auf Teilbereiche als auch über die gesamte Rohrlänge erstrecken.
Bezugszeichenliste
a) der Beschichtungswerkstoff wird durch Kaltgasspritzen auf die innere Oberfläche des Waffenrohres aufgebracht;
b) hierzu wird in dem Innenraum des Waffenrohres eine Vorrichtung mit einer Laval-Düse angeordnet, welche ein Gas auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, wobei der Beschichtungswerkstoff als Pulver vor der Düse in den Gasstrahl injiziert und mit diesem auf die innere Oberfläche des Waffenrohres hin beschleunigt wird;
c) die Vorrichtung wird relativ zum Waffenrohr bewegt, so dass sich eine flächige Beschichtung (4) der inneren Oberfläche mit dem Beschichtungswerkstoff ergibt; und (d) der Beschichtungswerkstoff aus einem Refraktärmetall, einer Mischung aus unterschiedlichen Refraktärmetallen oder einem keramischen Werkstoff besteht.
a) the coating material is applied by cold gas spraying to the inner surface of the weapon barrel;
b) for this purpose, an apparatus with a Laval nozzle is arranged in the interior of the weapon barrel and accelerates a gas to supersonic speed, with the coating material being injected as a powder into the gas jet in front of the nozzle, and being accelerated with it towards the inner surface of the weapon barrel;
c) the apparatus is moved relative to the weapon barrel so as to produce a flat coating (4) on the inner surface with the coating material; and
d) the coating material is composed of a refractory metal, a mixture of different refractory metals, or a ceramic material.
comprenant les caractéristiques suivantes :
a) le matériau de revêtement est appliqué par pulvérisation de gaz froid sur la surface intérieure du tube d'arme ;
b) à cet effet, on dispose dans l'espace interne du tube d'arme un dispositif avec une buse de Laval, qui accélère un gaz à la vitesse des ultrasons, le matériau de revêtement étant injecté sous forme de poudre dans le jet de gaz avant la buse et étant accéléré avec celui-ci sur la surface intérieure du tube d'arme ;
c) le dispositif est déplacé par rapport au tube d'arme, de sorte que l'on obtienne un revêtement plat (4) de la surface intérieure avec le matériau de revêtement ; et
d) le matériau de revêtement se compose d'un métal réfractaire, d'un mélange de métaux réfractaires différents, ou d'un matériau céramique.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente