Kleinkalibermunition und Verfahren zu ihrer Herstellung |
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| 申请号 | EP83201455.9 | 申请日 | 1983-10-11 | 公开(公告)号 | EP0106411B1 | 公开(公告)日 | 1987-06-24 |
| 申请人 | Schweizerische Eidgenossenschaft vertreten durch die Eidg. Munitionsfabrik Thun der Gruppe für Rüstungsdienste; | 发明人 | Kneubühl, Beat; Schwendimann, Hans; Ruf, Max; | ||||
| 摘要 | |||||||
| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kleinkalibermunition bestehend aus einem rotationssymetrischen Geschoss, einer Patronenhülse mit einer Pulverladung und einem zentral in bezug auf deren Längsachse angeordneten Zündhütchen, wobei die Patronenhülse in einem Abschnitt zwischen der abgeflachten Spitze des Geschosses und dessen hinteren Ende befestigt ist. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Herstellung der Kleinkalibermunition und auf eine Anwendung dieses Verfahrens. Unter Kleinkalibermunition ist eine Munition mit einem Kaliber unter 12,7 mm, insbesondere mit einem Kaliber im Bereich von 4 bis 6,35 mm zu verstehen. Ein rotationssymmetrisches Mantelgeschoss ist aus der Veröffentlichung des US Department of Commerce, National Technical Information Service, No. AD-A025 131 (Michael Pino, «The Effect of Varying certain Parameters on the Performance of the S.C.A.M.P. produced 5.56 mm Projectile», DARCOM Intern Training Center, May 1976) bekannt. Das bekannte Geschoss hat ein ogival geformtes Profilteil, ein zylindrisches Mittelteil und ein kegelstumpfförmiges rückwärtiges Endteil. Das beschriebene Profilteil ist parabolisch, konisch oder sphärisch geformt. Es wird ausdrücklich festgestellt, dass eine Änderung des Profilteils, eine Änderung in der Konstruktion der Waffe erfordere. In der DE-A 25 25 230 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mantelgeschossen und die mit diesem Verfahren hergestellten Geschosse beschrieben und dargestellt. Bei diesen Geschossen ändert sich die Krümmung ihrer Spitze, sie ist jedoch nicht präzise definiert, so dass man die Krümmung nur nach der Zeichnung beurteilen kann. Bei der Herstellung werden aus einem rohrförmigen Geschossrohling in an sich bekannter Weise die Geschosse geformt und getrennt. In den US-A 2 301 565 und US-A 2 920 374 sind verschiedene Arten beschrieben, auf die der Mantel des Geschosses geformt wird. Es werden mehrere Schritte mit verschiedenen Werkzeugen verwendet. Die Formen der Mäntel der Geschosse sind nicht mathematisch definiert und man kann sie nur ungenau aus den Zeichnungen ablesen. Es ist bekannt, dass die Wirkungen durch Änderungen in der Form der Spitze und/oder des rückwärtigen Endes in bezug auf das ballistische Verhalten des Geschosses hervorgerufen werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Geschoss der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine bessere Trefferwahrscheinlichkeit und eine erhöhte ballistische Endenergie aufweist. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mantelgeschosses zu schaffen, welches trotz gesteigerter Durchschlagsleistung wirtschaftlich für eine Gross-Serienfabrikation geeignet ist. Es darf sich zudem im Ziel nicht zerlegen und muss den Anforderungen des CICR (Comite International de la Croix-Rouge) genügen. Erfindungsgemäss wird die vorgenannte Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass, das Profil des Geschosses durch eine Summenfunktion Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass entgegen der Erwartung durch die Fachwelt, eine aerodynamische Ausbildung von Kleinkalibermunition die Trefferwahrscheinlichkeit trotz der geringen Grösse, der relativ kurzen Reichweite und der relativ kurzen Flugzeit, die für solche Geschosse typisch sind, sehr günstig beeinflusst wird. Die im Patentanspruch aufgezeigte stetige Funktion r(x) beschreibt das Profil des Geschosses im wesentlichsten. Selbstverständlich kann die geforderte Stetigkeit an den Geschossenden sowie im Bereich der Befestigung der Patronenhülse, in praxi, ohne Einbusse der Lehre und des Resultates, partiell nicht erfüllt sein. Ausgangspunkt dieser Optimierung ist eine mathematische Formel von Haack für die Form eines Geschosses mit minimalem Luftwiderstand, die auf grosskalibrige Geschosse mit Mündungsgeschwindigkeiten im Überschallbereich anwendbar ist (Oerlikon Taschenbuch, Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon-Bührle AG, Zürich, Schweiz, Mai 1981, Kap. 5.2.3., Seiten 168 bis 171). Aus dieser Gleichung wurde eine Parametergleichung für die Berechnung einer in bezug auf den Luftwiderstand optimierten Form für den Profilteil von Kleinkalibermunition abgeleitet. Es ist zweckmässig, wenn nach Anspruch 2 der Abschnitt zur Befestigung der Patronenhülse von dem einem oberen Grenzwert von X1 entsprechenden Ort um einen Abstand im Bereich von 0,1 bis 0,5 ro in den Bereich von X2 verschoben ist. Dadurch steht ein kleines Stück des zylindrischen Teils aus der Patronenhülse vor, wenn diese mit dem Mantelgeschoss verbunden ist, wodurch günstige Führungseigenschaften erhalten werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 3 besteht darin, dass ein hinteres Ende des Geschosses zwei im wesentlichen kegelstumpfförmige Abschnitte aufweist, deren gedachte Kegelspitzen auf der Symmetrieachse des Geschosses liegen, und dass der in bezug auf das Ende innenliegende Abschnitt einen Kegelwinkel im Bereich von 5 bis 10 Grad und eine Länge im Bereich von 0,5 bis 2 ro und der in bezug auf das Ende aussenliegende Abschnitt einen Kegelwinkel im Bereich von 60 Grad aufweist und in einem Abstand von der Symmetrieachse des Geschosses endet. Durch eine solche Ausbildung des hinteren Endes werden zusätzlich die Stabilität und das Flugverhalten des Geschosses günstig beeinflusst. Vorteilhafterweise ist das Geschoss nach Anspruch 4 ein Mantelgeschoss, dessen Mantel aus einem plattierten legierten Stahl besteht, in welchem ein Schwermetallkern eingebracht ist. Durch Zug-Druckumformen lassen sich derartige Geschosse rationell herstellen. Auch bei grossen Stückzahlen kann dabei die geforderte Präzision in der Formgebung realisiert werden. In vorteilhafter Weise weist gemäss Anspruch 5 der Mantel an seinen beiden Enden einen nutförmigen Abschnitt zu seiner Befestigung an der Patronenhülse auf. Die rotationssymmetrischen Mantelgeschosse für die Kleinkalibermunition werden so hergestellt, dass ein zylindrischer, bodenseitig abgerundeter Napf tiefgezogen wird, dass danach erfindungsgemäss gemäss Anspruch 6 der vorgeformte Napf im Weiterzug in einem ersten Schritt bei gleichbleibender Bodendicke verlängert und der Winkel des Innenkonuses reduziert wird, dass in einem zweiten Schritt die Zylinderpartie des Geschosses gezogen sowie endseitig ein Abquetschkragen geformt werden, wobei der Winkel des Innenkonuses nochmals reduziert wird, dass in einem dritten Schritt in einer polierten und glatten Matrize die Spitze des Geschosses vorgeformt wird, dass in einem vierten Schritt in einer weiteren polierten und glatten Matrize die Spitze des Geschosses endgültig geformt wird, dass in einem fünften Schritt das Geschoss im Bereich des Abquetschkragens auf seine vorläufige Länge abgeschnitten wird, dass in einem sechsten Schritt ein vorgeformter Schwermetallkern in das Geschoss eingepresst wird, dass in einem siebten Schritt das Heckteil des Geschosses konisch geformt wird, dass in einem achten Schritt die Heckkante über den Schwermetallkern gebördelt wird, dass in einem neunten Schritt das hintere Ende des Geschosses endgültig geformt wird und dass in einem zehnten Schritt das Geschoss durch eine Kalibrier-Matrize hindurch geschoben wird. Diese Verfahren stellt eine Optimierung der Verformungsarbeit pro Verfahrensschritt dar und erlaubt trotz hoher Taktzahl der Presse die Herstellung von Geschossen hoher und reproduzierbarer Qualität. Zweckmässig sind gemäss Anspruch 7 der erste bis zehnte Verfahrensschritt miteinander verkettet sind und erfolgen auf einer einzigen Stufenpresse. Auf diese Weise wird eine wirtschaftliche Herstellung erreicht. Vorteilhaft wird gemäss Anspruch 8 das vorgenannte Verfahren zur Herstellung eines kleinkalibrigen Hartbleikerngeschosses angewendet. Diese Anwendung ist besonders vorteilhaft und praxiserprobt. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und werden nachfolgend im einzelnen anhand von Zeichnungen erläutert und beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Kleinkalibermunition mit einem Kaliber von 5,56 mm, die eine übliche Art von Kleinkalibermunition darstellt. Diese Munition besteht aus einer konventionellen Patronenhülse 1 aus Messing, die eine Pulverladung 2 üblicher Zusammensetzung enthält (z.B. aus einem rauchlosen Pulver für Kleinkaliberwaffen) sowie aus einem Mantelgeschoss, dessen Mantel 3 aus dem dafür üblicherweise verwendeten Material besteht (z.B. aus plattiertem legiertem Stahl, aus kupferreichem Nichteisenmetall und dergleichen). Der darin enthaltene Kern 15 besteht aus einem dafür üblicherweise verwendeten Material wie Blei oder einer Bleilegierung; der Kern 15 kann aber auch aus Stahl oder Sintermaterial bestehen. Das Geschoss weist ein Vorderteil 4 auf, das in seiner Form aerodynamisch so optimiert ist, dass der Luftwiderstand auf ein Minimum reduziert ist, wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird. Weiterhin besteht das Geschoss aus einem im wesentlichen zylindrischen Mittelteil 5 und einem im allgemeinen kegelstumpfförmigen hinteren Ende 6. Das Mittelteil 5 ist mit einem nutförmigen Abschnitt 7 zur Befestigung des Mantels 3 an der Patronenhülse 1 versehen. Anstelle der Nut kann aber auch das zylindrische Mittelteil 5 zur Befestigung der Patronenhülse 1 gerändelt sein. Das zylindrische Mittelteil 5 erstreckt sich von dem Abschnitt 7 um 0,254 mm nach aussen, entsprechend ungefähr 0,1 ro, wobei ro den Radius des zylindrischen Mittelteils 5 darstellt. Die nach aussen, vorstehende Verlängerung kann in dem Bereich zwischen 0,1 und 0,5 ro bemessen sein. Der verbleibende Abschnitt des zylindrischen Mittelteils 5 und das hintere Ende 6 sind in der Patronenhülse 1 eingeschlossen. In dem geschlossenen Ende 10 der Patronenhülse 1 ist ein Zündhütchen 11 angeordnet, das in bezug auf die Längsachse der Patronenhülse 1 zentriert ist. Das beschriebene Geschoss ist in Fig. 2 im einzelnen und in einem vergrösserten Massstab im Längsschnitt dargestellt. Das Vorderteil 4 weist ein abgestumpftes Vorderende 12 aus Vollmaterial auf. Das zylindrische Mittelteil 5 und 5a mit dem Abschnitt 7 und das hintere Ende 6, gebildet aus einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 13 und einem weiteren kegelstumpfförmigen Abschnitt 14, enthalten einen Geschosskern 15. In der Fig. 2 ist der abgerundete Vorderteil 4 des Geschosses als x1 bezeichnet und der zylindrische Mittelteil 5 mit seinem Abschnitt 5a als x2. Die Entfernung des Endes der gedachten Spitze zum Anfang des zylindrischen Mittelteils 5 und 5a des Geschosses ist mit h bezeichnet. Neben dem Vorderteil 4 und dem Mittelteil 5 sind die entsprechenden Gleichheiten für die Radien r1 und r2 beider Teile erwähnt. Aus dieser Fig. 2 ist sichtbar, dass der Radius r1 des Vorderteils sich von der Spitze zum zylindrischen Mittelteil 5a, 5 vergrössert, wobei sich seine Krümmung von der Spitze zum Mittelteil verkleinert, bis sie kontinuierlich stufenlos in den zylindrischen Mittelteil 5a, 5 übergeht. Das Profil des Geschosses ist durch die weiter unten angegebene Parametergleichung bestimmt, die aus der an sich bekannten Haack-Gleichung abgeleitet wurde und sich auf eine Form minimalen Luftwiderstands für grosskalibrige Geschosse bezieht, wobei der Luftwiderstand durch den Luftwiderstandsbeiwert cw ausgedrückt wird. Die tatsächliche Spitze des Mantelgeschosses befindet sich entsprechend Fig. 2 im Ursprung eines rechtwinkligen Koordinatensystems, in dem die Höhe des Mantelgeschosses entlang der positiven X-Achse verläuft, während sich der Radius des Geschosses in der Y-Richtung erstreckt. Mit Ausnahme des Vorderendes 12, des Abschnitts 7 und des rückwärtigen Endes 6 wird das Profil des Mantelgeschosses durch eine stetige Funktion r(x) dargestellt, deren stetiger Differentiaiquotient d r dx einen endlichen Wert annimmt. Diese Funktion stellt eine Summenfunktion dar: Diese Summenfunktion umfasst einen Bereich r1 (xi), der mit einem kontinuierlich abnehmenden Differentialquotienten verbunden ist und einen Bereich r2 (X2), in dem der Differentialquotient konstant und gleich Null ist. Die Summenfunktion erstreckt sich bis zu einer gedachten Spitze des Mantelgeschosses, die um einen Abstand -s gegen den Ursprung des Koordinatensystems verschoben ist. Ausgehend von der Haack-Gleichung für x wird für das erste Glied der obengenannten Summenfunktion die folgende Parametergleichung erhalten: Darin ist h die gedachte Höhe des Mantelgeschosses von dem Wert für x1 bei a = π bis zur gedachten Spitze, s ist die Verschiebung des tatsächlichen Vorderendes 12 gegenüber der gedachten Spitze und a ist ein Parameter, der innerhalb des Bereiches von arc cos Das zweite Glied in der obengenannten Summenfunktion bezieht sich auf den Bereich X2 > h und ist durch die Gleichung In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat s einen Wert von 0,65 mm bzw. 0,232 Einheiten des Radius ro des Mantelgeschosses; s kann aber jeden Wert im Bereich von 0,1 bis 0,5 ro annehmen. Das Vorderende 12 erzeugt während des Fluges des Mantelgeschosses eine definierte Turbulenz, so dass Instabilitäten aufgrund einer sonst im wesentlichen laminaren Strömung vermieden werden. Das zylindrische Mittelteil 5, das in der oben gegebenen Formel dem Bereich X2 entspricht, hat einen nutförmigen Abschnitt 7 zur Verbindung mit der Patronenhülse entsprechend Fig. 1. Der Abschnitt 7 kann durch einen gerändelten Abschnitt ersetzt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das zylindrische Mittelteil 5 über den Abschnitt 7 um einen Abschnitt 5a hinaus, dessen axiale Länge 0,254 mm bzw. ungefähr 0,1 ro beträgt. Der Abschnitt 5a kann jeden Wert in dem Bereich zwischen 0,1 und 0,5 ro annehmen. An dem dem Vorderteil 4abgewandten Ende schIiesst sich an das Mittelteil 5 das hintere Ende 6 an, das aus zwei im wesentlichen kegelstumpfförmigen Abschnitten 13 und 14 besteht. Der innenliegende Abschnitt 13 hat bei diesem Ausführungsbeispiel einen Kegelwinkel von 8°, kann aber jeden Wert im Bereich von 5° bis 10° annehmen. Seine Länge beträgt 1,82 mm entsprechend 0,65 ro. Der aussenliegende Abschnitt 14 hat einen Kegelwinkel von 60°, kann aber auch andere Werte in diesem Bereich aufweisen. Dieser Abschnitt endet in einem Abstand von der Symmetrieachse. Die vorerwähnten Kegelwinkel enden jeweils in einer gedachten Kegelspitze, die ausserhalb des Mantelgeschosses auf einer gedachten Verlängerung der Symmetrieachse liegt. Die besondere Form des hinteren Endes 6 unterstützt die Wirkung des vorstehend beschriebenen Profils auf das Flugverhalten des Geschosses, indem sie die Stabilität und das Luftwiderstandsverhalten günstigt beeinflusst. Das vorstehende beschriebene Mantelgeschoss schliesst einen Kern 15 aus Blei oder einer Bleilegierung ein, der auch aus einem anderen konventionellen Material wie Stahl oder Sintermaterial bestehen kann. Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mantelgeschosses besteht in einer Variation des hinteren Endes 6 in dem innenliegenden, kegelstumpfförmigen Abschnitt 13, dessen Kegelwinkel nur 7° und dessen Länge 3,6 mm bzw. 1,3 ro beträgt. Erfindungsgemässe Mantelgeschosse werden nach folgender Methode hergestellt:
Der Napf 16 wird in grossen Stückzahlen vorfabriziert und ist im Sinne eines Halbfabrikates zur Zwischenlagerung bestimmt. Zu gegebener Zeit wird der Napf 16 einer Stufenpresse mit zehn Arbeitsstationen zugeführt, welche in einem Rahmenständer, durch einen mittels einer Kurbelwelle und zwei Pleuel angetriebenen Monoschlitten, mit einer Taktzahl von 120 Takten/Min. betrieben wird. Die einzelnen Arbeitsstationen sind untereinander durch eine Linear-Vorschubeinrichtung verkettet. Die Zuführung der Näpfe 16 erfolgt mit Hilfe eines an sich bekannten Vibrators mit spiralförmigen Führungsbahnen. Das Geschoss wird in dieser Stufenpresse in den zehn aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten fertig gepresst, und zwar in der folgenden Reihenfolge:
In einem zweiten Schritt wird die Zylinderpartie gemäss Fig. 5 gezogen und endseitig ein Abquetschkragen mit dem überflüssigen Material geformt. Dabei wird der Winkel des Innenkonuses nochmals reduziert; die Wandstärke des zylindrischen Teils des Geschosses besitzt hier bereits sein kalibrierfähiges Mass. In einem dritten Schritt wird in einer fein polierten und glatten Matrize die Spitze des Geschosses, entsprechend Fig. 6, vorgeformt. In einer vierten Arbeitsstation wird die Spitze des Geschosses, ebenfalls in einer fein polierten und glatten Matrize, endgültig geformt, vgl. Fig. 7. In einem fünften Verfahrensschritt wird das Geschoss im Bereich des Abquetschkragens auf seine vorläufige Länge, entsprechend Fig. 8, abgeschnitten. In einem sechsten Schritt wird in das Innere des Geschosses ein Hartbleikern (98 % Pb + 2 % Sb), entsprechend der Form Fig. 9 vorfabriziert, eingepresst; es entsteht das Schnittbild Fig. 10. Der Hartbleikern ist hier, wie auch in den weiteren Figuren, durch Punkte symbolisiert. In einer siebten Arbeitsstation wird das in einer Matrize befindliche Geschoss in seinem Heckteil konisch vorgeformt, wie Fig. 11 zeigt. Entsprechend der Darstellung Fig. 12 wird in einem nächsten Verfahrensschritt die Heckkante über den Schwermetallkern gebördelt. In einem neunten Schritt wird das Heckteil des Geschosses endgültig geformt, wie Fig. 13 zeigt. In einer zehnten und letzten Arbeitsstation wird das Geschoss in einer Matrize kalibriert. Ausserhalb der Stufenpresse wird im Bereich des zylindrischen Teils des Geschosses eine Würgerille 20 für die Patronenhülse eingewalzt, wie der Schnitt Fig. 14 zeigt. Die vorstehend beschriebene Kleinkalibermunition und das vorstehend beschriebene Mantelgeschoss zeichnen sich dadurch aus, dass sie entgegen der Erwartung in einigen wichtigen Eigenschaften sehr erhebliche Verbesserungen gegenüber der vorbekannten Kleinkalibermunition bzw. dem vorbekannten Mantelgeschoss dieser Art aufweisen, in denen das Vorderteil ogival, d. h. parabolisch, konisch oder sphärisch ausgebildet ist. Von diesen Eigenschaften ist die hohe Trefferwahrscheinlichkeit dieses Geschosses aufgrund seiner optimalen Mantelgeometrie die bedeutendste. Dies wird erreicht, ohne dass besondere Gewehrläufe eingesetzt sind, welche dem Geschoss einen höheren Drall verleihen. Bei Schiessversuchen hat sich gezeigt, dass viele Eigenschaften des Geschosses erheblich verbessert sind; so ist die Streuung in der horizontalen und vertikalen Achse der Streuverteilung bei Schussweiten von 30 bis 300 m um 30 % bzw. 60 % günstiger. Auch weist dieses Geschoss eine Durchschlagsleistung gegen leicht gepanzerte Ziele auf, welche sich mit Stahl- und Hartkerngeschossen vergleichen lässt, ohne deren bedeutend höheren Herstellungskosten aufzuweisen. Die Verformfestigkeit sowie die gesteigerte Durchschlags- und Eindringfähigkeit lassen sich mit der massiven Geschossspitze erklären, siehe Fig. 11 bis 14. Ein erfindungsgemäss hergestelltes Geschoss besitzt eine hohe Festigkeit im Ziel und zerlegt sich nur unter extremen Bedingungen. Die nachfolgende Tabelle gibt Messdaten für einige wichtige Eigenschaften bekannter, konventioneller Munition mit einem Kaliber von 5,56 mm und die entsprechenden Werte für die erfindungsgemässe Munition des gleichen Kalibers wieder. Darin sind auch die relativen Unterschiede gegenüber den mit der bekannten Munition erhaltenen Werten in Prozenten angegeben. Es ist aus der Tabelle erkennbar, dass das in seiner Form in bezug auf den Luftwiderstand aerodynamisch optimierte Mantelgeschoss nach der Erfindung eine relativ weniger steile Flugbahn und eine etwas geringere Flugzeit aufweist. Es besitzt, besonders bei grossen Schussweiten, eine beträchtlich höhere ballistische Endenergie. Die Auslenkung durch Seitenwind wird bei allen untersuchten Schussweiten um den hohen Betrag von 25 % reduziert, obwohl das erfindungsgemässe Geschoss im Vergleich zu dem bekannten Geschoss ein höheres Gewicht und eine geringere Mündungsgeschwindigkeit aufweist. Die in der Tabelle wiedergegebenen Daten wurden in üblicher Weise durch Verwendung des bekannten Lichtschrankenverfahrens zur Bestimmung des Luftwiderstandsbeiwertes und durch übliche Berechnungen aus dem erhaltenen Luftwiderstandsbeiwert bestimmt. Die vorstehend beschriebene Kleinkalibermunition und das Mantelgeschoss dafür, haben den besonderen Vorteil, dass sie mit den meisten bedeutenden, derzeit benutzten Waffenkonstruktionen verwendet werden können. Das neue Mantelgeschossprofil erfordert keine Änderungen in der Gewehrkonstruktion für den Gebrauch. Das erfindungsgemäss aerodynamisch optimierte Profil ist in seiner Verwendung nicht auf Mantelgeschosse beschränkt. Geschosse aus einem vollen Material erscheinen aufgrund ihrer hohen Anfangsgeschwindigkeit, insbesondere für Hand- und Faustfeuerwaffen, in speziellen Anwendungen als geeignet.
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