CH710139B1 - Vorrichtung zur Verbesserung der Schussleistung von Rohrwaffen und Rohrwaffe mit einer solchen Vorrichtung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Schussleistung und Schusseigenschaften von Rohrwaffen, welche ihre Projektile durch Druckgase aus einem Druckbehälter oder durch Pulvergase aus einer Treibladung auf hohe Mündungsgeschwindigkeit beschleunigen. Dazu wird die hinter dem Projektil im Lauf befindliche Gassäule örtlich mindestens zwei Geschosslängen vor der Laufmündung und zeitlich kurz vor dem Mündungsdurchgang durch den Schaltvorgang eines Ventils (600) in zwei Teile getrennt, die vor dem nächsten Schuss zwecks Gaswechsel und Druckentlastung des Laufs ganz oder teilweise über ein oder mehrere Drosselventile (DV1, DV2) entspannt und über ein oder mehrere Auspufföffnungen (A1, A2) an die Umgebung abgegeben werden, wobei die Schliesskraft für den Schliessvorgang des Ventils aus dem Druckanstieg und der Strömung hinter dem Projektil stammt, die bei seiner Passage durch das Ventil entstehen, wodurch der Lauf versperrt und die Gassäule getrennt wird, und wobei die Rückstellenergie für das Ventil während des Schaltvorgangs in einer oder mehreren Federn (710) gespeichert wird, und die Haltekraft für das geschlossene Ventil aus den Druck- und Strömungskräften der durch das Ventil ausströmenden Gase stammt, und wobei das Ventil (600) mittels der Kräfte aus der oder den Federn (710) selbsttätig öffnet, sobald die Haltekräfte aus dem ausströmenden Gas einen Mindestwert unterschreiten.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Schussleistung und Schusseigenschaften von Rohrwaffen, welche ihre Projektile durch Druckgase aus einem Druckbehälter oder durch Pulvergase aus einer Treibladung auf hohe Mündungsgeschwindigkeit beschleunigen. Dazu gehören Revolver, Pistolen, Gewehre, Kanonen, Haubitzen und Mörser. Die Erfindung ist besonders geeignet für Rohrwaffen, deren Geschosse den Lauf mit Überschallgeschwindigkeit verlassen. Bei solchen Waffen stammt die Beschleunigungsenergie der Projektile in der Regel aus der Verbrennung einer Treibladung. Die Erfindung wird am Beispiel von Gewehren mit Kaliber .50 und Kaliber .338 und mit Überschallgeschossen erläutert. Die Prinzipien sind im Weiteren auf alle anderen Rohrwaffen anwendbar.

[0002] Überschallgeschosse mit Kaliber .50 und Kaliber .338 verlassen den Lauf mit einer Geschwindigkeit von etwa 900 m/s an der Mündung, das sind über 3200 km/h. Dieser Wert wurde bei Schussversuchen mit einem 1100 mm langen Gewehrlauf für Kaliber .50 und mit einem 650 mm langen Gewehrlauf für Kaliber .338 ermittelt. Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, dann haben die Pulvergase am Geschossboden die gleiche Geschwindigkeit wie das Projektil und stehen nach wie vor unter hohem Druck. In den Versuchen wurde ein Mündungsdruck von über 500 bar für Kaliber .50 gemessen, und ein Mündungsdruck von über 1000 bar für Kaliber .338.

[0003] Nach diesen Versuchen braucht ein Projektil Kaliber .50 oder .338 mit Auslösen des Schusses weniger als zwei Millisekunden Zeit bis zur Mündung. Danach strömen die Pulvergase mit Überschall aus dem Lauf und expandieren dann auf Atmosphärendruck. Hierdurch entsteht der Mündungsknall, der sich als kugelförmige Stosswelle nach allen Seiten ausbreitet, wobei deren Mittelpunkt ein gutes Stück vor der Mündung liegt, was mittels Hochgeschwindigkeitsphotographie dokumentiert ist. Durch die Restexpansion der Pulvergase wird das Projektil kurz nach Verlassen der Mündung von hinten überströmt und sogar überholt. Dadurch kann das Projektil nach Verlassen der Mündung einen seitlichen Impuls erfahren, der die Präzision des Schusses mindert. Neben dem Mündungsknall kann bei unvollständiger Verbrennung der Treibladung auch «Mündungsfeuer» entstehen, bei der noch brennende Partikel in der Pulvergaswolke vor der Mündung leuchten. Schliesslich erfährt die Waffe wegen der Impulserhaltung einen Rückstoss, der vom Schützen oder von einem Trägersystem aufgefangen werden muss. Damit gibt es vier wesentliche Aspekte, welche die Eigenschaften und Leistungen einer Rohrwaffe nachteilig beeinträchtigen:

1. Das Überströmen des Projektils vor der Mündung aus der Restexpansion der Pulvergase vor dem Lauf mindert die Präzision des Schusses. Diese kann weiterhin durch Laufschwingungen verschlechtert werden, die durch den Schlagbolzen, den Abbrand des Pulvers und die Schussbewegung angeregt werden.

2. Die Restexpansion der Pulvergase vor dem Lauf führt zu einem Mündungsknall mit kugelförmiger Stosswelle, die das Gehör des Schützen oder von anderen Menschen oder Tieren in der Nähe schädigen kann, und die Ortung eines Schützen durch Dritte erleichtert.

3. Nachleuchtende Pulverpartikel können Mündungsfeuer verursachen, das den Schützen blenden kann, und eine Ortung durch Dritte erleichtert.

4. Der Rückstoss gemäss Impulserhaltung muss aufgefangen werden, was bei grösseren Kalibern einen erheblichen Aufwand erfordert und einen Schützen belastet.

[0004] Nach dem Stand der Technik gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Eigenschaften einer Rohrwaffe in diesen vier Bereichen zu verbessern:

A. Die Präzision des Schusses kann durch Gestaltung des Geschosshecks, durch einen schwingungsarmen Lauf und durch die Laborierung der Treibladung verbessert werden. Die rückwärtige Überströmung des Geschosshecks kurz nach der Mündung lässt sich damit aber nicht vermindern. Je nach Ausströmung und Laufschwingung erhält das Projektil dadurch immer auch einen Seitenimpuls, der während des Fluges erhalten bleibt und die Treffergenauigkeit mindert.

B. Der Mündungsknall kann durch einen Schalldämpfer vermindert werden, der vor die Mündung montiert wird. Typische Schalldämpfer reduzieren die Gasmenge, welche dem Projektil aus der Mündung folgt durch partielle Expansion innerhalb einer Reihe von Kammern, die jeweils von einer Durchschussöffnung durchsetzt sind. Ein typisches Beispiel ist aus DE 4 231 183 C1 bekannt. Hier tritt jedoch immer noch eine erhebliche Restgasmenge mit Überdruck und Überschall aus der Mündung aus und verursacht einen wenn auch reduzierten Mündungsknall. Innerhalb des Schalldämpfers wird das Projektil ebenso durch Pulvergase überholt, was die Präzision mindert, weil die Kammerstücke das Projektil nicht mehr führen und innerhalb des Schalldämpfers ein lateraler Versatz des Projektils infolge der rückwärtigen Überströmung auftreten kann.

C. Die Leuchtwirkung glühender Pulverpartikel kann durch einen Mündungsfeuerdämpfer gemindert werden, der vor die Mündung montiert wird oder im Lauf der Rohrwaffe integriert ist. Solche Vorrichtungen sind beispielswei se aus DE 8 127 637 U1 bekannt. Diese Geräte mindern nur die Leuchtwirkung glühender Pulverpartikel, nicht aber den Rückstoss oder die Schallsignatur.

D. Der Rückstoss kann durch eine Rückstossbremse vermindert werden. Dabei strömen Pulvergase kurz vor der Mündung seitlich aus dem Lauf und übertragen ihren Impuls teilweise an Prallbleche oder eine Umlenkvorrichtung, welche die seitlich ausströmenden Gase rückwärts gegen die Schussrichtung ablenken. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus D 69 604 097 T2 bekannt. Damit lässt sich der Rückstoss mindern, nicht aber das Mündungsfeuer oder der Mündungsknall. Die Präzision wird ebenfalls nicht verbessert.

[0005] Neben diesen genannten Beispielen gibt es zahlreiche andere Lösungen, darunter auch Kombinationen, die zum Teil auch mehrere Aspekte gleichzeitig in einer Vorrichtung verbessern sollen. Nachteilig bei diesen Methoden ist jedoch, dass jedes dieser Mittel schwerpunktmässig nur eine oder zwei, manchmal drei Eigenschaften verbessert. Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, die alle vier Aspekte gleichzeitig verbessert und deshalb:

• die Präzision steigert und den Mündungsknall mindert und das Mündungsfeuer mindert und den Rückstoss mindert.

[0006] Eine solche Vorrichtung ist nach dem Stand der Technik noch nicht bekannt.

[0007] Die Aufgabe wird erfüllt durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Die Erfindung wird anhand von 15 Figuren beschrieben:

Fig. 1 Schematische Darstellung der Mündungsballistik eines Projektils kurz nach dem Verlassen des Laufs.

Fig. 2 Erster Verfahrensschritt zur Steigerung der Präzision von Rohrwaffen.

Fig. 3 Schematische Abbildung des ersten Schritts auf eine Rohrwaffe.

Fig. 4 Zweiter Verfahrensschritt zur Minderung des Mündungsknalls.

Fig. 5 Schematische Abbildung des zweiten Schritts auf eine Rohrwaffe mit Minderung des Rückstosses.

Fig. 6 Gesamtes Verfahren zur Verbesserung aller vier Merkmale.

Fig. 7 Schematische Abbildung des gesamten Verfahrens auf eine Rohrwaffe.

Fig. 8 Schematische Darstellung eines Schaltventils für das Verfahren.

Fig. 9 Druckverlauf in der Rohrwaffe nach dem Verfahren.

Fig. 10 Eine Sicherheitseinrichtung für die Durchführung des Verfahrens.

Fig. 11 Beispiel einer konstruktiven Umsetzung - Ventil offen.

Fig. 12 Beispiel einer konstruktiven Umsetzung - Ventil geschlossen.

Fig. 13 Beispiel der konstruktiven Ausführung eines Ventilkörpers.

Fig. 14 Beispiel der konstruktiven Ausführung eines Ventils.

Fig. 15 Schematische Darstellung des Schaltvorgangs bei dem Ventil.

ABSCHNITT A - Grundgedanken [0008] Der Grundgedanke der Erfindung ist mit Analyse des Mündungsdurchgangs eines Projektils leicht verständlich. Physikalisch gesehen ist der Vorgang ähnlich wie bei einer Sektflasche, deren Korken mit einem «Knall» gezogen wird - das Projektil ist der Korken, der Lauf ist die Sektflasche - und bei Kaliber .50 hat die Flasche 500 bar Innendruck, wenn der Korken aus der Mündung kommt. Der Lauf ist ein Druckbehälter mit 150 cm³ Volumen, und er enthält Pulvergas mit einem Druck von 500 bar bei Mündungsdurchgang des Projektils. Dieses Gasvolumen strömt durch eine Mündung mit 1,27 cm² Strömungsfläche und expandiert binnen 3 Millisekunden auf etwa 30 Liter Volumen, dabei «knallt es». Die Ursache ist leicht einsehbar: Umgerechnet auf eine Sekunde erfordert ein Volumenstrom von 30 Litern in 3 Millisekunden einen Durchsatz von 10 000 Litern pro Sekunde. Bei 900 m/s Geschwindigkeit von Projektil und Strömung kann die Mündung aber nur 1,27 cm² mal 900 m/s transportieren, das sind 114 Liter pro Sekunde. Dieser Wert liegt nur etwas über 1% der erforderlichen Strömungsleistung. Das Gas muss also in der Mündung mit Überschall UND Überdruck strömen, und den Druck erst ein Stück vor der Mündung abbauen. Dort kommt es zur Ausbildung der kugelförmigen Stosswelle, deren

Mittelpunkt vor der Mündung liegt, und die das Geschoss dann auch noch überholt. Daraus kann dann ein Seitenimpuls auf das Geschoss entstehen, der die Präzision des Schusses mindert.

[0009] Dieser Vorgang ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Kurve zeigt den Druck im Lauf 200 gemessen über die Zeit. Bei Zeitpunkt t4 verlässt das Geschoss 100 die Mündung AO und das Gas hat Mündungsdruck p4. Die Kräfte aus dem Schuss F_x und F_y versetzen den Lauf 200 samt Mündung in Schwingung. Das Heck des Projektils 100 wird von ausströmenden Pulvergasen überholt, die während einer Wirkdauer At_w eine Seitenkraft F_p bewirken. Diese Kraft prägt dem Projektil eine Lateralbewegung auf und verursacht ein Drehmoment M_P, aus dem bei Drall-stabilisierten Geschossen zusätzliche Kreiselbewegungen resultieren. Es entstehen Präzession und Nutation, die nachfolgend wiederum die Geschossbahn beeinflussen und die Präzision mindern.

[0010] Die Präzision des Schusses resultiert daher wesentlich aus den Vorgängen beim Mündungsdurchgang.

[0011] Aus dieser Analyse ergeben sich zwei einfache Anforderungen an die Erfindung:

1. Um den Mündungsknall zu mindern, darf das Pulvergas nicht so schnell ausströmen und sein Austrittsdruck muss gesenkt werden.

2. Um die Präzision zu steigern, darf das Pulvergas das Geschoss nicht überholen, der Mündungsdruck muss gesenkt werden, ebenso die Menge des Gases, das dem Geschoss aus der Mündung folgt.

[0012] Daraus entstehen einfache Anforderungen an das Verfahren der Erfindung:

A. Um den Knall zu mindern, muss das Pulvergas möglichst mit Unterschall ausströmen bei geringem Druck.

B. Um die Präzision zu steigern, darf das Pulvergas das Geschoss nicht überholen und muss an der Mündung einen geringen Druck haben.

C. Um den Rückstoss zu mindern, muss das Pulvergas quer zum Lauf oder rückwärts ausströmen, das fordert der Impulssatz.

D. Um das Mündungsfeuer zu mindern, muss das Pulvergas aus einer weiteren Öffnung strömen können, einem «Auspuff».

[0013] Aus diesen Anforderungen ergibt sich folgender Lösungsansatz für Verfahren und Vorrichtung der Erfindung:

• Das Pulvergas muss bei geringem Druck verzögert aus dem Lauf strömen. Der Druck muss innerhalb der Vorrichtung gesenkt werden - also muss die Vorrichtung ein Drosselventil enthalten.

• Die Mündung muss das Projektil durchlassen, aber so wenig Pulvergas wie möglich - also braucht die Mündung ein Schaltventil, welches das Pulvergas umleitet.

• Es soll möglichst wenig Pulvergas aus der Mündung strömen, um das Geschoss nicht zu beeinflussen - also braucht der Lauf einen zweiten «Auspuff».

• Die Mündung alleine ist zu klein für den erforderlichen Gasdurchsatz bei vollständiger Expansion der Pulvergase. Um den Gasdruck innerhalb der Vorrichtung zu senken und nicht vor der Mündung, muss der Strömungsquerschnitt des Auspuffs zum Volumenstrom passen. Der Auspuff muss daher grösser sein als die Mündung, und die Zeit für die Expansion muss gestreckt werden. Ein Zahlenbeispiel soll den Gedanken verdeutlichen: Im Lauf befinden sich 150 cm³ Pulvergas bei 500 bar. Diese expandieren auf 30 Liter Volumen bei Atmosphärendruck. Wenn das Gas den Auspuff mit 60 m/s verlässt, und dieser eine Fläche von 125 cm² aufweist, dann müssen 40 Millisekunden Zeit vergehen, bis 30 Liter Volumen durch den Auspuff geströmt sind. (Nachrechnung: 60 m/s mal 125 cm² ergeben einen Volumenstrom von 750 Litern pro Sekunde. 40 Millisekunden mal 750 Liter pro Sekunde ergeben genau 30 Liter).

• Der Auspuff muss grösser sein als die Mündungsfläche für den Geschossaustritt. Um den Auspuff nicht zu gross werden zu lassen, muss die Zeit für die Expansion des Pulvergases verlängert werden. Bei Rohrwaffen legt man den Auspuffvorteilhafterweise auf die Seitenfläche des Rohres, also auf dessen Zylinderfläche, und nicht auf die Stirnfläche, wo das Projektil die Mündung verlässt. (Anmerkung: Der Auspuff aus dem Rechenbeispiel benötigt eine Fläche von 125 cm². Ein Kreis mit dieser Fläche hat einen Durchmesser von 126 mm. Es ist einsichtig, dass ein solcher Auspuff nicht auf der Stirnfläche des Laufs liegen kann.) Im Rechenbeispiel für ein Gewehr mit Kaliber .50 ist der Auspuff 100-mal grösser als die Mündungsfläche.

[0014] Mit diesem Hintergrund kann ein Verfahren entwickelt und beschrieben werden.

ABSCHNITT B - Verfahren, erster Schritt [0015] Fig. 2 beschreibt den ersten Schritt des Verfahrens. Danach ist der Lauf ein Druckbehälter DB1 mit Restgas, das über eine Strömung XF1.0 (XF = exit flow) in ein Schaltventil SV1 fliesst. In dem Schaltventil verzweigt sich die Strömung in einen ersten Anteil XFO, welcher durch die Mündungsöffnung AO strömt, und einen zweiten Anteil XF1.1, der durch eine Auspufföffnung A1 strömt. Das Schaltventil kann offen sein, dann strömt nichts durch den Auspuff, oder es kann geschlossen sein, dann strömt XF1.1 durch den Auspuff und der Rest als XFO durch die Mündung AO. Der Anteil von XF1.1 soll dabei möglichst gross sein und den Anteil XFO deutlich übersteigen.

[0016] Fig. 3 bildet diesen Schritt schematisch auf eine Rohrwaffe ab. Im Lauf 200 befindet sich das Projektil 100 und das Schaltventil SV1301. Es leitet einen einzigen Gasstrom. Das Schaltventil SV1 befindet sich kurz vor der Mündung AO, und trennt die Gassäule GSO im Lauf 200 in zwei separate Teile GS1 und GS2. Die erste Gassäule GS1 befindet sich im hinteren Teil des Laufs 210, der nun die Funktion eines ersten Druckbehälters DB1 erhält. Sie erstreckt sich vom Patronenlager bis zum Ventil. Die zweite Gassäule GS2 befindet sich im vorderen Teil des Laufs 220, der nun die Funktion eines zweiten Druckbehälters DB2 erhält. Sie erstreckt sich vom Ventil bis zum Boden des Projektils. Drei Positionen werden unterschieden, dazu gehören die Schaltzustände des Ventils:

• 100.1 - das Projektil ist im Laufabschnitt 210 vor dem Schaltventil. Das Ventil ist geöffnet.

• 100.2 - das Projektil ist im Laufabschnitt 220 hinter dem Schaltventil. Das Ventil ist geschlossen.

• 100.3 - das Projektil fliegt in der Luft vor der Mündung. Das Ventil ist wieder geöffnet.

[0017] Das Schaltventil wird geschlossen, sobald das Projektil am Ventil vorbeifliegt und von DB1 nach DB2 wechselt. Dann leitet das Ventil die Strömung XF1.0 über XF1.1 an den ersten Auspuff A1 410 weiter, der sie vorteilhafterweise seitwärts oder rückwärts ausströmen lässt, um den Rückstoss zu mindern.

[0018] Sobald das Ventil geschlossen ist, wird die Gassäule GS1 aus Druckbehälter DB1 nur über das Ventil und den Auspuff nach aussen abgegeben. Die Gasmenge der Gassäule GS2 in Druckbehälter DB2 befindet sich zwischen dem Boden des Projektils und dem Ventil. Weil das Projektil sich in Richtung der Mündung bewegt, wirkt es als «Kolben». Durch dessen Bewegung expandiert die Gassäule und der Druck in Behälter DB2 sinkt - symbolisch dargestellt durch Pfeil 4. Nachdem das Projektil die Mündung verlassen hat, fliesst der Inhalt von Druckbehälter DB2 als Strömung XFO durch die Mündung nach aussen ab und das Ventil öffnet wieder.

[0019] Die Gassäule GSO gelangt nun nicht mehr vollständig durch die Mündung nach aussen, vielmehr wird sie in GS1 und GS2 geteilt und fliesst über zwei Wege ab:

• Gassäule GS1 fliesst durch ein Ventil über den Auspuff nach aussen. Hier kann nun die Zeit gewählt werden, den das Gas für die Expansion erhalten soll. Je mehr Zeit zur Verfügung steht, desto langsamer ist die Geschwindigkeit im Auspuff und desto kleiner kann man seine Fläche gestalten. Damit kann man den Mündungsknall, das Mündungsfeuer und den Rückstoss beeinflussen.

• Gassäule GS2 fliesst hinter dem Projektil durch die Mündung. Durch das Ventil soll möglichst kein Gas nachströmen. Dann expandiert dieser Gasanteil von GS2 bis zur Mündung infolge der «Kolbenbewegung» des Projektils. Mit der Länge des Rohrabschnitts 220 kann man den Mündungsdruck beeinflussen.

[0020] Damit ist der erste Schritt des Verfahrens beschrieben: Trennung der Gassäule GSO durch ein Schaltventil SV1 in zwei Teile GS1 und GS2, Schalten des Ventils mit Passage des Projektils durch das Ventil, Entlüften des Druckbehälters DB1 über Ventil und Auspuff, Drucksenkung in Druckbehälter DB2 durch Expansion, anschliessend Entlüften hinter dem Projektil durch die Mündung.

ABSCHNITT C - Verfahren, zweiter Schritt [0021] Fig. 4 beschreibt den zweiten Schritt des Verfahrens. Um den Druck zu senken und die Ausströmungszeit zu beeinflussen, wird nun vor den Auspuff ein Drosselventil DV1 eingefügt. Damit wird der Druck in der Strömung XF1.1 nach dem Schaltventil SV1 gesenkt und die Strömung XF1.2 fliesst dem Auspuff A1 mit vermindertem Druck zu. Mit dem Drosselventil wird die Zeit eingestellt, die das Pulvergas aus Druckbehälter DB2 für die Expansion erhalten soll.

[0022] Fig. 5 bildet den zweiten Schritt schematisch auf eine Rohrwaffe ab. Er ist identisch mit dem ersten Verfahrensschritt in Fig. 3, mit dem Unterschied, dass der Gasstrom XF1.0 aus dem ersten Druckbehälter DB1 210 hinter dem Ventil 301 über die Strömung XF1.1 jetzt zusätzlich durch ein Drosselventil DV1 510 fliesst und mit geringerem Druck dem Auspuff A1 410 zuströmt und das System verlässt.

[0023] Der Anteil der zweiten Gassäule fliesst unverändert hinter dem Projektil aus der Mündungsöffnung AO. Eine Drucksenkung erfolgt nur über die «Kolbenexpansion» durch die Bewegung des Projektils im vorderen Laufabschnitt 220 bis zur Mündung.

[0024] Mit diesem Schritt kann die Zeitkonstante der Expansion von Gassäule GS1 und deren Drucksenkung unabhängig von der Dynamik des Projektils eingestellt werden.

ABSCHNITT D - Verfahren, dritter Schritt [0025] Fig. 6 zeigt nun den dritten Schritt des Verfahrens. In den Fig. 3 und 5 ist das Pulvergas zwischen dem Boden des Projektils und dem Ventil als zweite Gassäule GS2 dargestellt, die sich im vorderen Laufabschnitt 220 befindet; das ist der Druckbehälter DB2 für das Restgas hinter dem Projektil. Das Pulvergas im zweiten Druckbehälter wird bisher nur über die Mündung A0 entlüftet. Nun wird das für den Druckbehälter DB1 bekannte Prinzip der stufenweisen Expansion über ein Schaltventil, ein Drosselventil und einen Auspuff auch auf die Gasmenge im zweiten Druckbehälter DB2 erweitert. Hierzu ist ein anderes Schaltventil SV2 erforderlich, welches zusätzlich das Restgas aus der Gassäule GS2 über eine Strömung XF2.0 nach XF2.1 abfliessen lässt, und seinen Druck durch ein zweites Drosselventil DV2 senkt, bevor es durch einen zweiten Auspuff A2 das System verlässt. Optional können die Auspuffströme XF1.2 und XF2.2 anschliessend gemeinsam geführt werden. Sie gelangen dann durch einen gemeinsamen Auspuff A3 nach draussen. Eine Drucksenkung durch ein weiteres Drosselventil DV3 vor Auspuff A3 ist möglich und wird als Option dargestellt.

[0026] Fig. 7 bildet diesen dritten Schritt wieder schematisch auf eine Rohrwaffe ab. Gegenüber den Fig. 3 und 5 besitzt das System jetzt ein Zwei-Wege-Schaltventil SV2 302, das die Gassäule GS2 im Druckbehälter DB2 des vorderen Laufabschnitts 220 mittels Eingangsgasstrom XF2.0 und Ausgangsgasstrom XF2.1 über ein zweites Drosselventil DV2 520 entspannt, worauf sie mit vermindertem Druck als XF2.2 einem zweiten Auspuff A2 420 zugeführt wird und diesen als XF2.3 verlässt. Optional können die beiden Druck-reduzierten Gasströme XF1.3 und XF2.3 aus den Gassäulen GS1 und GS2 nun noch gemeinsam weitergeführt werden. Hier kann optional ein weiteres Drosselventil DV3 530 vor den gemeinsamen Auspuff A3 430 eingesetzt werden, um den Druck weiter zu senken.

[0027] Der entscheidende Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die dem Projektil nachfolgende Gasmenge der Gassäule GS2 im vorderen Laufabschnitt 220 nun auf zwei Arten günstig beeinflusst wird:

• Zum einen wird der Gasdruck im Druckbehälter DB2 durch die nach vorne gerichtete «Kolbenbewegung» des Projektils gesenkt, was den verbleibenden Mündungsdruck mindert. Dieser Vorgang wird durch den Pfeil 4 symbolisiert.

• Zum anderen wird die Gasmenge im Druckbehälter DB2 über den rückwärts gerichteten Gasstrom XF2.0 durch das Schaltventil SV2 reduziert, was sowohl die dem Projektil nachfolgende Gasmenge in der Mündungsströmung XF0 mindert als auch deren Druck. Dadurch lässt sich die dem Projektil folgende Gasmenge und deren Restexpansion vor der Mündung wesentlich reduzieren, was die Präzision entscheidend verbessert und den «Knall» auf einen sehr geringen Bruchteil reduziert. Dieser Vorgang wird durch den Pfeil 5 symbolisiert.

[0028] Die Gassäule GS2 wird also durch zwei Prozesse günstig beeinflusst: Zum einen durch die Kolbenexpansion der Projektilbewegung (4), und zum anderen durch die rückwärtige Strömung durch das Schaltventil (5).

[0029] Verfahren und Vorrichtung der Erfindung können alle vier genannten Aspekte einer Rohrwaffe günstig beeinflussen:

A. Der Mündungsknall wird gemindert, weil die dem Projektil nachfolgende Pulvergasmenge in Druck und Menge reduziert ist, und weil die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Auspuff strömenden Gases auf Unterschall verzögert wird. Dadurch kann der Mündungsknall fast vollständig unterdrückt werden.

B. Die Präzision wird gesteigert, weil die dem Projektil nachfolgende Pulvergasmenge in Druck und Menge reduziert ist, sodass sie das Projektil vor der Mündung nicht mehr überholen kann. Dadurch entfällt der Lateralimpuls auf das Projektil infolge der rückwärtigen Überströmung und die Präzision des Schusses nimmt zu. Bei Rohrwaffen mit Drall wird die Anregung der Kreiselbewegung der Projektile durch den Lateralimpuls vor der Mündung reduziert.

C. Der Rückstoss wird gemindert, weil die Auspufföffnung vergrössert wird und auf die Zylinderfläche des Rohres gelegt werden kann. Hier kann das Gas senkrecht zur Rohrachse ausströmen, oder auch mit einer rückwärts gerichteten Geschwindigkeitskomponente, was den Rückstoss nach dem Impulssatz reduziert.

D. Das Mündungsfeuer wird gemindert, weil der Hauptanteil der Pulvergase durch Drosselventile und Auspuff seitlich zur Rohrachse abfliesst und die Zeit der Ausströmung verlängert werden kann, sodass leuchtende Pulverteilchen innerhalb der Vorrichtung vollständig verbrennen können, was das Mündungsfeuer eliminiert.

[0030] Die Kombination aller Eigenschaften in einem Verfahren und einer Vorrichtung ist nach dem Stand der Technik nicht bekannt.

ABSCHNITTE-Ventil [0031] Das wichtigste Bauelement zur Umsetzung des Verfahrens ist ein Schaltventil mit folgenden Eigenschaften:

• Das Ventil muss den Lauf kurzfristig verschliessen. Deshalb braucht es einen Ventilkörper oder Ventilklappen.

• Das Ventil muss im drucklosen Zustand geöffnet sein. Deshalb braucht es im Ruhezustand eine Haltekraft.

• Das Projektil muss durch das Ventil hindurchfliegen und den Schaltvorgang auslösen. Deshalb können Lagerpunkte oder Drehachsen nicht in Laufmitte positioniert sein.

• Die Bewegung der Ventilklappen darf keine Massenkräfte verursachen, die Laufschwingungen anregen können. Deshalb muss das Ventil symmetrisch bezüglich der Laufachse sein und mindestens zwei Ventilkörper enthalten.

• Die Schaltzeit muss extrem kurz sein, um die Gassäule GS2 möglichst klein zu halten. Deshalb muss die Schaltkraft für das Ventil aus dem Gasdruck der Druckbehälter stammen.

• Das Ventil muss hinreichend lange geschlossen bleiben, um die Expansion der Pulvergase zu ermöglichen. Deshalb ist eine Schliesskraft erforderlich, die aus dem Druckbehälter DB1 erzeugt werden muss.

• Das Ventil muss sicher öffnen, sobald der Druckausgleich beendet ist. Deshalb braucht es eine Rückstellkraft, die den Ventilkörper in die Ausgangsposition zurückbringt.

[0032] Ein solches Ventil ist in Fig. 8 schematisch dargestellt, in Fig. 8.1 mit geöffnetem Schaltzustand und in Fig. 8.2 mit geschlossenem Schaltzustand.

[0033] Das Ventil besitzt zwei Ventilklappen 600_a und 600b, die symmetrisch links und rechts vom Lauf 200 positioniert sind. Sie können sich um eine Achse 610 drehen, die senkrecht zur Laufachse steht. Nach beiden Seiten ihrer Drehachse erstreckt sich jede Klappe parallel zum Lauf balkenförmig mit den beiden Schenkeln 620 in Richtung der Mündung, und 630 in Richtung des Patronenlagers. Beide Schenkel beinhalten einen Strömungskanal 621 und 631, die voneinander durch eine Wand 601 getrennt sind. Die Schenkel 620 und 630 sind in etwa gleich lang.

[0034] Die beiden Ventilklappen 600_a und 600b werden durch eine Haltekraft F_a und F_b in Ruhelage gehalten, die durch eine vorgespannte Feder 700 erzeugt wird. Sie ist in Fig. 8 nur für die obere Ventilklappe dargestellt (Index a). Die Feder 700 wechselt beim Schaltvorgang des Ventils zwischen zwei Zuständen:

1. Das Ventil ist geöffnet. Die Feder ist nur vorgespannt 700.1, und sie hält die Ventilklappe geöffnet in Ruheposition. Das Projektil 100.1 befindet sich vor dem Ventil, und das Ventil wird nicht durchströmt.

2. Das Ventil ist geschlossen. Die Feder ist ganz gespannt 700.2, und sie möchte die Ventilklappe zurück in Ruheposition bewegen. Das Projektil 100.2 befindet sich hinter dem Ventil, und das Ventil wird beidseitig von Pulvergas durchströmt.

[0035] Der Schaltvorgang wird mit Passage des Projektils durch das Ventil ausgelöst, das ist der Wechsel von 100.1 nach 100.2. In den Strömungskanälen 621 und 631 entsteht nun eine Druckkraft, die in jedem Ventilkörper ein bezüglich der Drehachse 610 gleichsinnig wirkendes Drehmoment erzeugt. Durch die symmetrische Anordnung der Ventile wirken deren Drehmomente M_a und M_b gegensinnig, und die Ventilkörper kippen gegensinnig aus ihrer Ruhelage, bis sich die Enden der Schenkel 630 im Punkt 638 berühren, was den Schaltvorgang beendet. Durch den Kippvorgang wird die bisher nur vorgespannte Feder 700.1 ganz gespannt und wechselt in den Zustand 700.2, was die Rückstellkräfte auf die Ventilklappen erhöht.

[0036] Im gekippten Zustand der Ventilkörper wird die Gassäule im Lauf geteilt. Der hintere Teil des Laufs 210 bildet jetzt den ersten Druckbehälter DB1, dessen Inhalt als Strömung XFL1 durch die hinteren Strömungskanäle 631 abfliesst, und der vordere Teil des Laufs 220 bildet jetzt mit dem Projektil 100.2 den zweiten Druckbehälter DB2, dessen Inhalt nun als Strömung XFL2 durch die vorderen Strömungskanäle abfliesst. Dadurch entsteht eine druckabhängige Haltekraft für jeden Ventilkörper, die mit abnehmendem Behälterdruck sinkt, bis die Rückstellkraft aus der Feder 700.2 grösser wird als diese Haltekraft. In diesem Moment stellt die Feder 700 die Ventilkörper 600 in die Ruhelage zurück, das Ventil öffnet, und alles Restgas aus den Druckbehältern strömt nach vorne aus der Mündungsöffnung AO.

[0037] Der Schliessvorgang des Ventils ist extrem kurz, weil die Stellkräfte und die Stellenergie für das Ventil aus dem Gas mit Mündungsdruck stammen, der kurz vor der Mündung noch 500 bar bis 1000 bar betragen kann. So sind Schliesszeiten in Bereich von 1/10 Millisekunden erzielbar. In dieser Zeit legt ein Projektil bei 900 m/s einen Weg von 90 mm zurück, je nach Kaliber ist das die Länge von ein bis zwei Projektilen. Damit bleibt die Gasmenge im vorderen Laufbereich 220 wie gewünscht sehr klein.

[0038] Mit dem Schliessvorgang wird die Rückstellenergie für die Ruheposition der Ventilkörper 600 in der Feder 700 zwischengespeichert. Sie wird erst dann wieder frei, wenn die Haltkraft aus der Gasexpansion XFL1 vom hinteren Druckbehälter DB1 unter die Kraft der gespannten Feder 700.2 gesunken ist. Damit steht genügend Zeit zur Verfügung, damit zum einen das Gas expandieren und mit Unterschall den Auspuff verlassen kann, und zum anderen das Projektil einen ausreichenden Abstand von der Mündung erreicht und dem Einflussbereich der aus der Mündung strömenden Restgase entkommen ist.

ABSCHNITT F - Druckverlauf [0039] Durch den Schaltvorgang des Ventils und die Entspannung der Pulvergase über Drosselventile ändert sich der gesamte zeitliche Druckverlauf im Rohrinneren der Waffe. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 9 mit den ausgezeichneten Zeitpunkten t1 bis t9 und dazugehörigen Druckwerten p1 bis p9 dargestellt:

1. Der Schuss wird ausgelöst - der Schlagbolzen trifft das Zündhütchen.

2. Die Treibladung zündet - das Pulver brennt ab.

3. Der Maximaldruck im Lauf ist erreicht.

4. Der Mündungsdruck im Lauf ist erreicht. Bis hier ist der Druckverlauf im Lauf bei der Erfindung identisch wie beim Stand der Technik. Doch nun beginnen die Unterschiede:

a. Bei herkömmlichen Rohrwaffen verlässt das Projektil bei p4 die Mündung und fliegt in der Luft weiter. Die Pulvergase strömen nach und expandieren mit einem Knall vor der Mündung. Der Druck im Lauf folgt der gestrichelten Kurve von p4 nach p7.

b. Bei der Erfindung schliesst jetzt das Ventil und trennt die Gassäule im Lauf in zwei Teile, die unterschiedlich ausströmen. Das Projektil wird zum «Kolben» für Druckbehälter DB2, dessen Inhalt zusätzlich nach hinten über das Schaltventil SV2 ausströmt. Damit gilt:

i. Die Strömung XF1 aus Druckbehälter DB1 folgt dem Kurvenzug von p4 nach p9, wobei das Drosselventil DV1 den Druck senkt.

II. Die Strömung XF2 aus Druckbehälter DB2 folgt dem Kurvenzug von p4 nach p6, wobei das Drosselventil DV2 den Druck senkt.

5. Mündungstransition nach der Erfindung. Das Projektil verlässt den Druckbehälter DB2 durch die Mündung AO, und die Restgase aus DB2 strömen nach. Ab jetzt fliegt das Projektil in der Luft. Das Ventil bleibt geschlossen.

6. Abschluss der Restexpansion der Gasmenge aus DB2 entsprechend der Erfindung. Dieser Zeitpunkt liegt wesentlich vor t7, weil die Gasmenge und Gasdruck der Restexpansion gegenüber dem Stand der Technik erheblich verringert sind.

7. Abschluss der Restexpansion der Pulvergase vor der Mündung bei Rohrwaffen nach dem Stand der Technik. Dieser Zeitpunkt liegt stets hinter t6, weil die Restgasmenge und der Restgasdruck im Lauf bei herkömmlichen Rohwaffen erheblich höher sind als bei der Erfindung.

8. Abschluss der Restexpansion der Pulvergase aus Druckbehälter DB1 im Hinterteil des Laufes. Die Haltekraft der Expansionsströmung sinkt unter die Federkraft des Ventils, es öffnet und gelangt zurück in den Ruhezustand. Die noch im Lauf verbliebene Restgasmenge expandiert durch die Mündung.

9. Abschluss der Restexpansion verbliebener Gase nach Öffnung des Ventils. Der Zeitpunkt t9 liegt stets hinter dem Zeitpunkt t7, weil die Pulvergase mit Hilfe der Drosselventile verzögert ausströmen.

[0040] Das Schaltventil schliesst bei t4 und öffnet bei t8. Aus dem Druckverlauf wird der Unterschied zwischen der Erfindung und dem Stand der Technik deutlich:

1. Nach dem Stand der Technik strömen die Pulvergase ab p4 aus der Mündung. Ihre Expansion findet auf dem Pfad p4 nach p7 vor der Mündung statt, was einen Mündungsknall verursacht.

2. Nach der Erfindung strömen die Pulvergase ab p4 auf vier Wegen aus dem Lauf:

a. Das Gas aus Druckbehälter DB1 folgt dem Pfad p4 nach p8, bis das Ventil wieder öffnet. Die Strömung XF1 fliesst durch das Schaltventil und das Drosselventil DV1 und liefert die Haltekraft für das Schaltventil im geschlossenen Zustand.

b. Das Gas aus Druckbehälter DB2 folgt dem Pfad p4 nach p6, bis das Projektil die Mündung verlässt. Die Strömung XF2 fliesst durch das Schaltventil und das Drosselventil DV2, und der Druck im Gas wird durch die Kolbenbewegung des Projektils gesenkt.

c. Sobald das Projektil die Mündung verlässt, strömt das Restgas aus dem Druckbehälter DB2 hinter dem Projektil aus der Mündung. Das ist der Pfad von p5 nach p6.

d. Sobald das Schaltventil wieder öffnet, strömt das Restgas aus dem Druckbehälter DB1 durch das geöffnete Schaltventil frei durch den Lauf und verlässt ihn durch die Mündung. Das ist der Pfad von p8 nach p9.

[0041] Bei der Erfindung wird die Mündung also nur von kleinen Restgasmengen mit geringem Druck p5 und p8 durchströmt. Deren Restexpansion verursacht dann keinen Knall mehr, und ihre Energie ist so weit gesenkt, dass sie das Projektil nicht mehr überholen können. Der Störfaktor aus der rückwärtigen Überströmung entfällt.

[0042] Dieser Vorteil kann mit Rohrwaffen nach dem Stand der Technik nicht erzielt werden, auch nicht mit vorgeschalteten Hilfsmitteln bekannter Bauart.

ABSCHNITT G - Sicherheit [0043] Es ist offensichtlich, dass ein Schuss nicht ausgelöst werden darf, wenn das Ventil ganz oder teilweise geschlossen oder eine andere Fehlfunktion aufgetreten ist, denn ein Schuss auf einen vorne versperrten Lauf würde die Waffe zerstören. Deshalb ist eine Sicherheitseinrichtung erforderlich, die einer Kontrolleinheit mitteilt, ob das Ventil ordnungsgemäss geöffnet ist und ein Schuss ausgelöst werden darf.

[0044] Eine solche Sicherheitseinrichtung ist in Fig. 10 schematisch dargestellt. Nach Fig. 10.1 ist ein Schuss möglich, nach Fig. 10.2 darf die Kontrolleinheit den Schuss nicht freigeben.

[0045] Die Sicherheitseinrichtung benötigt dazu einen Sensor 320, der den Schaltzustand des Ventils 301 bzw. 302 registriert und mittels Zustandsinformationen 320.1 oder 320.2 einer Kontrolleinheit 330 anzeigt, ob das Ventil geöffnet ist, wobei die Kontrolleinheit einen Auslöser (Trigger) 310 freigibt oder blockiert:

• Im Zustand 320.1 des Sensors ist das Ventil geöffnet, und die Kontrolleinheit 330 darf den Auslöser 310 freigeben.

• Im Zustand 320.2 des Sensors ist das Ventil geschlossen, und die Kontrolleinheit 330 muss den Auslöser 310 blockieren.

[0046] Im einfachsten Fall besteht der Sensor aus einer mechanischen Anzeige, die einem Schützen signalisiert, ob das Ventil geöffnet ist. Die Kontrolleinheit 320 wird dann durch den Schützen repräsentiert, der aufgrund der Anzeige entscheidet, ob er den Abzug 310 bedienen kann oder nicht.

ABSCHNITT H - Vorrichtung [0047] Im folgenden Abschnitt wird das Beispiel einer konstruktiven Umsetzung des Verfahrens in einer Vorrichtung beschrieben, die als Zubehör für Gewehre und Handfeuerwaffen geeignet ist. Wo es sinnvoll ist, werden die Funktionsbezeichnungen der Elemente in den Figuren angegeben, um die Lesbarkeit zu erleichtern. Das hier dargestellte konstruktive Beispiel ist nur eine Möglichkeit von vielen, um das Verfahren zu realisieren.

[0048] Die Fig. 11 und 12 zeigen eine erfindungsgemässe Vorrichtung für Gewehre mit geöffnetem und geschlossenem Ventil. Das Ausführungsbeispiel kann mittels Gewinde an einen Lauf angefügt werden. Fig. 11 und 12 zeigen hierzu laufzeitig einen Gewindeeinsatz, dazu an beiden Enden Sechskantflächen zur Montage. Fig. 11.1 zeigt eine Aussenansicht mit Strömungsangaben und Fig. 11.2 eine Schnittansicht mit einem Geschoss 100.1 kurz vor der Passage durch das geöffnete Ventil. Fig. 12.1 zeigt die Vorrichtung im Schnitt nach der Passage des Geschosses 100.2 mit geschlossenem Ventil und dem Federmechanismus in gespanntem Zustand. Fig. 12.2 zeigt die Strömungskanäle der Ventilkörper im gekippten Zustand sowie die Strömungen innerhalb der Vorrichtung. Im Beispiel befindet sich die Drehachse der Ventilkörper mehr als zwei Geschosslängen vor der Mündung.

[0049] Zu Fig. 11.1:

[0050] In dem Konstruktionsbeispiel soll die Vorrichtung den typischen Gasstrom aus der Mündung eines Gewehrs mit Kaliber .50 verarbeiten. Dem Druckbehälter DB1 fliesst ein Gasstrom XF1.0 mit 900 m/s und 500 bar zu. Aus der Mündung AO am Ende von Druckbehälter DB2 fliesst ein Gasstrom XF0 mit 900 m/s und einem reduzierten Druck von maximal 20 bar ab. Im Rohrgehäuse befinden sich die Auspufföffnungen A1 und A2 für die Gasströme XF1.3 und XF2.3, die durch das Schaltventil und die Drosselventile geflossen sind. Hier fliesst die Strömung quer zur Laufachse mit 1 bar und 60 m/s ab, sodass der Rückstoss gemindert ist und kein Knall entstehen kann. Oben ragt der Bügel einer ungespannten Feder 711.1 aus dem Gehäuse. Daran kann man die Ventilposition erkennen. Der Bügel erfüllt die Funktion des Sensors 320.1 für die Sicherheitseinrichtung.

[0051] Zu Fig. 11.2:

[0052] Im Schnittbild sieht man die beiden symmetrisch angeordneten Ventilkörper 600.1_a und 600.1_b in geöffnetem Zustand oberhalb und unterhalb des Laufs, die drehbar um die Achsen 610_a und 610b gelagert sind. Index a bezeichnet den oberen Ventilkörper, und Index b den unteren. Im geöffneten Zustand des Schaltventils kann das Projektil 100.1 im Lauf die Ventilkörper ungehindert passieren. Die Feder 700 aus Fig. 8 ist nun auf drei einzelne Federn 710 sowie 720_a und 720_b aufgeteilt. Die Feder 710 ist als ungespannter Bügel mit geraden Schenkeln ausgeführt, die beide Ventilkörper formschlüssig miteinander koppeln. Sie ragt mit ihrem Bügel 711 oben aus dem Gehäuse der Vorrichtung und dient damit zusätzlich als Anzeige für die Ventilstellung (Sensor 320). Bei geschlossenem Ventil liefert sie später den Hauptanteil der Rückstellkraft für die beiden Ventilkörper. Die Federn 720 liefern die Haltekraft im Ruhezustand und zusätzlich einen Anteil Rückstellkraft. Bei geöffnetem Ventil ist die Feder 710.1 entlastet, und die Federn 720.1_a und 720.1_b sind schwach vorgespannt. Die Feder 700 aus Fig. 8 ist mit dieser Konstruktion redundant ausgeführt, was die Ausfallsicherheit des Schaltventils erhöht. Die Drosselventile DV1 und DV2 sind als gelochte Rohre ausgeführt, DV1_a und DV1_b sowie DV2_a und DV2_b. Sie befinden sich oberhalb und unterhalb der beiden Laufsegmente mit den Druckbehältern DB2 und DB1. Der Zufluss erfolgt vom Ventilgehäuse durch die Stirnseite der gelochten Rohre, der Abfluss quer zu der jeweiligen Rohrachse durch die zahlreichen kleinen Löcher. Damit ist ein Drosseleffekt gewährleistet. Die Rohre des Drosselventils DV1 sind länger als diejenigen von DV2, weil der Druckbehälter DB2 eine grössere Gasmenge enthält als DB1.

[0053] Zu Fig. 12.1:

[0054] Das Projektil 100.2 hat das Ventilgehäuse durchquert, die Ventilkörper 600.2_a und 600.2_b sind gekippt und die Federn 710.2, 720.2_a und 720.2_b sind gespannt. Das Ventil ist geschlossen, und die Ventilkörper stützen sich am Kontaktpunkt gegenseitig ab. Der Lauf ist jetzt versperrt. Die Drosselventile 510_a und 510_b sowie 520_a und 520_b werden durchströmt. Der Ventilzustand wird durch den Federbügel 711.2 angezeigt, der die Funktion des Sensors 320.2 übernimmt.

[0055] Zu Fig. 12.2 [0056] Die Kanäle der beiden Ventilkörper werden nun von den Strömungen XF1.1_a und XF1.1_b sowie XF2.1_a und XF2.1_b durchflossen, die das Gas aus den beiden Druckbehältern den Drosselventilen DV1 und DV2 stirnseitig zuführen. Die Strömungsrichtung wird dabei jeweils um 180 Grad gewendet. Aus den Löchern der Drosselrohre fliessen die Strömungen XF1.2 und XF2.2 quer zur Laufachse mit vermindertem Druck ab. Die Strömungen XF1.3 und XF2.3 strömen weiter durch die Auspufföffnungen des Aussenrohres in die Umgebung.

[0057] Die Ventilkörper 600_a und 600_b sind in Fig. 13 detailliert dargestellt. Sie sind spiegelsymmetrisch mit gleichem Abstand neben dem Lauf angeordnet. Fig. 13.1 zeigt die Ventilkörper in einer Projektion, Fig. 13.2 einen Längsschnitt durch die Strömungskanäle.

[0058] Jeder Ventilkörper 600 ist als Balkenelement mit zwei in etwa gleich langen Schenkeln 620 und 630 ausgeführt, die sich in Laufrichtung erstrecken. Schenkel 620 weist in Richtung Mündung, Schenkel 630 weist in Richtung Patronenlager. Quer zum Lauf ist jeder Ventilkörper spiegelsymmetrisch. Er kann sich um eine Achse 602 senkrecht zur Symmetrieebene drehen und wird auf zwei zylindrischen Zapfen 610 drehbar gelagert, die in Balkenmittefest mit dem Ventilkörper verbunden sind. Beide Zapfen haben stirnseitig eine Aussparung 611 für den Formschluss mit der Rückstellfeder 710. Die Aussparung 611 kann auch als Bohrung ausgeführt sein. Der Schenkel 620 besitzt eine Aussparung 624 für den Formschluss mit der Haltefeder 720.

[0059] In den Schenkeln des Ventilkörpers befinden sich die Strömungskanäle 621 und 631, welche durch die Wand 601 des Ventilkörpers voneinander getrennt sind. Sie werden zur Mitte hin durch die schrägen Strömungsflächen 625 und 635 begrenzt und in Querrichtung durch die Seitenwände 622 und 623 sowie 632 und 633. Mündungsseitig können die Seitenwände 622 und 623 auch zu einem einzigen Steg 626 vereinigt werden. Der rückwärtige Schenkel 630 trägt zusätzlich zwei Sperrbacken 636 und 637, die in geschlossenem Zustand den Laufdurchmesser versperren. Die Breite des Ventilkörpers b620 ist im gesamten Balkenbereich stets kleiner als der Laufdurchmesser, also unterkalibrig. Die Breite des Ventilkörpers b630 im Sperrbackenbereich ist stets grösser als der Laufdurchmesser, also überkalibrig.

[0060] Im geöffneten Zustand liegt der Ventilkörper mit der Rastkante 628 im Ventilgehäuse auf, was die Drehbewegung beim Öffnen des Ventils begrenzt. Im geschlossenen Zustand berühren sich beide Ventilkörper an der Rastkante 638 und stützen sich gegenseitig ab, was die Drehbewegung beim Schliessen des Ventils begrenzt und die Abdichtung des Ventils gegenüber dem nachströmenden Gas bewirkt. Der Schaltvorgang wird durch Überströmen der Kante 639 ausgelöst. Der Rückstellvorgang wird durch Federkräfte bewirkt.

[0061] Der Ventilmechanismus ist in Fig. 14 dargestellt. Die Fig. 14.1 bis 14.3 zeigen das Ventil in geöffnetem Zustand, die Fig. 14.4 bis 14.6 in geschlossenem Zustand.

[0062] Das Ventilgehäuse ist zweifach spiegelsymmetrisch bezüglich der Laufmitte angelegt und besteht aus zwei Gehäusehälften 800r und 800l rechts und links der Laufmitte, in denen die Zapfen 610_a und 610_b der Ventilkörper 600_a und 600_b drehbar gelagert sind. In den Aussparungen 805 befinden sich die Federn 720, welche die Haltekraft für das geöffnete Ventil durch Vorspannung erzeugen. Die Rückstellfeder 710 ist im Ruhezustand nicht vorgespannt und wird durch Schlitze 806 seitlich geführt, sodass der Formschluss der Feder 710 mit den Drehzapfen 610 über die Aussparung 611 gesichert ist. Die Drehbewegung der beiden Ventilkörper 600 ist durch den Formschluss mit den beiden geraden Schenkeln der

Feder 710 miteinander gekoppelt. Wenn das Ventil schliesst, dann kippen beide Ventilkörper aus der Ruhelage, wodurch das Mittelsegment der Feder 710 gebogen wird. So wird die Kippbewegung der beiden Ventilkörper 600 synchronisiert. Die Biegung der Haltefedern 720 erhöht dann zusätzlich die Rückstellkraft auf die Ventilkörper.

[0063] Die Rückstellfeder 710 ist so lang dimensioniert, dass der Bügel 711 zwischen den beiden geraden Federschenkeln und deren Enden 712 aus dem Gehäuse herausragen. So kann die Feder 710 von aussen von einem Schützen manuell erreicht werden, um die sichere Funktion des Ventils zu prüfen, ohne es zu demontieren. Die Funktion der Federn 720 und der beiden Ventilkörper kann ebenfalls geprüft werden, wenn die Feder 710 ein Stück herausgezogen wird, bis der Formschluss nur ein Ventil erreicht. Durch Hin- und Herschwenken der Feder 710 können die beiden Ventilkörper600 dann einzeln bewegt und die Haltefedern 720 geprüft werden. Der Vorgang ist beidseitig zu wiederholen. Das gewährleistet die Sicherheit im Gebrauch der Vorrichtung.

[0064] Bei einem Schuss gelangt das Projektil durch die Eingangsöffnung 801 in das Ventilgehäuse und verlässt es durch die Ausgangsöffnung 802. Während der Passage wird es durch die zylindrischen Seitenflächen 804 zentrisch geführt. Die Ventilkörper 600 können in den Aussparungen 807 zur Laufmitte einschwenken, wobei die Sperrbacken 636 und 637 in der Gehäuseaussparung 803 den Laufdurchmesser versperren. Die Aussparung 807 ist stets unterkalibrig ausgeführt, um das Projektil während der Passage durch das Ventil in den Seitenflächen 804 zu führen, und die Aussparung 803 ist stets überkalibrig ausgeführt, um den Lauf bei Ventilschluss sicher zu versperren.

[0065] Die Schenkel 620 und 630 der Ventilkörper 600 bewegen sich im Gehäuse 800 in dazu passenden Aussparungen 820 und 830 mit den Öffnungen 821 und 831 sowie den Prall- und Umlenkflächen 822 und 832 mit besonderen Funktionen:

• Bei offenem Ventil liegt die Kante 628 des Ventilkörpers auf der Kante 828 des Gehäuses auf. Dann bildet der Strömungskanal 621 mit der Prallfläche 822 und der Kante 828 eine nach vorne geschlossene Tasche, in der bei der Passage des Projektils etwas Pulvergas expandiert und gestaut wird. Der daraus resultierende Staudruck induziert dann den Schaltvorgang, der das Ventil schliesst.

• Bei geschlossenem Ventil fliessen die Strömungen XF1.0 und XF2.0 durch die Kanäle 621 und 631 der Ventilkörper und werden um 180 Grad gewendet, XF1.0 an der Umlenkfläche 832, und XF2.0 durch die gekippten Ventilkörper, die den Lauf versperren und sich bei 638 gegenseitig abstützen. Anschliessend verlassen die Strömungen das Gehäuse 800 als XF1.1 und XF2.1 durch die Öffnungen 821 und 831.

[0066] Der Schliessvorgang ist hochdynamisch, er wird in Fig. 15 dargestellt.

[0067] In Fig. 15.1 befindet sich das Projektil gerade neben den Ventilkörpern. Das Gehäuse ist noch drucklos und die Ventilkörper liegen an der Gehäusekante 828 in Ruheposition auf. Das Heck des Projektils verlässt gerade den ersten Laufabschnitt und eine Überströmung des Projektils beginnt.

[0068] In Fig. 15.2 hat das Heck des Projektils die Drehachse der Ventilkörper fast passiert und wird nun innerhalb der Aussparung 807 von der Strömung XF1.0 überholt. Es bilden sich zwei Strömungszweige:

• Am vorderen Schenkel 620 der Ventilkörper bildet sich in der Tasche zwischen der Prallfläche 822, der Kante 828 und dem Kanal 631 eine Pilotströmung XFP, die dort gestaut wird, sodass der Druck in der Tasche steigt. Dadurch entsteht ein Drehmoment, das die Ventilkörper kippt und den vorderen Schenkel 620 nach aussen bewegt. So wird der Abfluss für die Strömung XF2.1 durch die Gehäuseöffnung 821 frei.

• Am hinteren Schenkel 630 der Ventilkörper wird die Kante 639 des Kanals 631 überströmt und die Strömung XF1.1 beginnt zu fliessen. Dadurch entsteht ein gleichgerichtetes Drehmoment, das die Ventilkörper kippt und die hinteren Schenkel 630 zur Laufmitte bewegt. So wird der Durchfluss im Lauf zunehmend versperrt und der Abfluss für die Strömung XF1.1 durch die Gehäuseöffnung 831 wird frei.

[0069] Sobald die entstehenden Drehmomente die Haltekraft der Federn 720 überwinden, beginnen die Ventilkörper zu kippen. Dieser Vorgang ist selbstbeschleunigend, weil die Strömungskräfte auf die Ventilkörper mit zunehmendem Kippwinkel wachsen. Damit wird die Bewegung der nachfolgenden Pulvergase für den Schliessvorgang genutzt und es lassen sich sehr kurze Schliesszeiten erzielen.

[0070] In Fig. 15.3 hat das Projektil das Ventilgehäuse fast verlassen. Auf beiden Schenkeln 620 und 630 der Ventilkörper lastet nun der volle Druck. Durch das wachsende Drehmoment beschleunigt sich der Kippvorgang, und es entsteht die zweite Strömung XF2.0 in Richtung Abflussöffnung 821. Die Pilotströmung XFP nimmt mit zunehmendem Kippwinkel wieder ab.

[0071] In Fig. 15.4 ist der Schliessvorgang beendet und der Lauf ist versperrt. Die Strömungen XF1.0 und XF2.0 strömen durch das Ventilgehäuse und verlassen es als XF1.1 und XF2.1 durch die Öffnungen 821 und 831. Die Ventilkörper berühren sich bei 638 und die Pilotströmung XFP ist unterbrochen.

[0072] Das Ventil öffnet selbsttätig durch die Kräfte der Rückstellfeder 710 und Haltefedern 720, sobald die Drehmomente der ausströmenden Pulvergase an den Ventilkörpern nicht mehr ausreichen, um die Federn zu halten. Dann kippen die Ventilkörper in die Ausgangslage zurück und eventuell verbliebenes Restgas strömt ungehindert durch den Lauf in Richtung Mündung.

[0073] Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung kann man die meisten Rohrwaffen verbessern:

1. Der Mündungsknall wird fast vollständig eliminiert. So wird die Waffe sehr leise.

2. Der Lateralimpuls auf die Projektile aus der rückwärtigen Überströmung durch Pulvergase in Mündungsnähe entfällt. So steigt die Präzision.

3. Das Projektil wird auf dem gesamten Weg durch das Ventil und weiter bis zur Mündung seitlich geführt. So steigt die Präzision.

4. Die Pulvergase strömen langsam aus einem zweiten Auspuff. So verschwindet das Mündungsfeuer.

5. Die Pulvergase strömen seitlich aus dem Auspuff. So wird der Rückstoss gemindert.

[0074] Nach dem Stand der Technik ist bisher kein Verfahren bekannt, das alle Aspekte in einer einzigen Vorrichtung realisieren kann. Es sei besonders angemerkt, dass in bekannten Schalldämpfern, Rückstossbremsen und Mündungsfeuerbremsen eine seitliche Führung des Projektils fehlt und die rückwärtige Überströmung der Projektile nach Mündungsdurchgang bei Überschallgeschossen bisher nicht eliminiert werden kann.

Verzeichnis der Abkürzungen und Bezugszeichen [0075]

Index a oberer Ventilkörper

Index b unterer Ventilkörper

Index L Linkes Ventilgehäuse

Index R Rechtes Ventilgehäuse

A.n Ausströmfläche oder Auspuff, n = 0/1/2/3 = Laufmündung = Auspuff für Strömung XF1.0 aus Druckbehälter DB1 = Auspuff für Strömung XF2.0 aus Druckbehälter DB2 = gemeinsamer Auspuff

DB.n Druckbehälter, n = ¹/2 = Hinterer Laufabschnitt bis zum Schaltventil = Vorderer Laufabschnitt ab dem Schaltventil

DV.n Drosselventil, n = 1/2/3 = Drosselventil für Strömung XF1 aus Druckbehälter DB1 = Drosselventil für Strömung XF2 aus Druckbehälter DB2 = gemeinsames Drosselventil

F_n Kraft, n = x/y/a/b/P

X = horizontale Anregung von Laufschwingungen y = vertikale Anregung von Laufschwingungen a = Federkraft auf den oberen Ventilkörper b = Federkraft auf den unteren Ventilkörper

P = Störkraft auf das Projektil an der Mündung

GS.n Gassäule, n = 0/1/2 = Gassäule im gesamten Lauf = Gassäule im hinteren Laufabschnitt bis zum Schaltventil = Gassäule im vorderen Laufabschnitt ab dem Schaltventil

M_n Drehmoment, n = a/b/P a = Drehmoment am oberen Ventilkörper b = Drehmoment am unteren Ventilkörper

Pi	P = Drehmoment am Projektil aus Störkraft an der Mündung Druck im Lauf zum Zeitpunkt t,, i = 1 ...9
SV.n ti	Schaltventil, n = 1/2 1 = Ein-Weg-Schaltventil 2 = Zwei-Weg-Schaltventil Zeitpunkt, i = 1 ...9 1 = Schlagbolzen trifft Zündhütchen 2 = Pulver brennt ab 3 = Maximaler Druck im Lauf 4 = Projektil geht durch Mündung / Stand der Technik 4 = Projektil geht durch Schaltventil, Ventil schliesst / Erfindung 5 = Projektil geht durch Mündung / Erfindung 6 = Druckausgleich im Druckbehälter DB2 7 = Druckausgleich im Lauf / Stand der Technik 8 = Ventil öffnet / Erfindung 9 = Druckausgleich im Druckbehälter DB1 / Erfindung
XF.a.a	Strömung, «exit flow», a.a = 0 / n.m / P, n = 1/2/3, m = 0/1/2/3 0 = Strömung aus der Mündung 1. m = Strömung aus Druckbehälter DB1 2. m = Strömung aus Druckbehälter DB2 3. m = gemeinsame Strömung n.O = vor dem Schaltventil n.1 = nach dem Schaltventil n.2 = nach dem Drosselventil n.3 = nach dem Auspuff P = Pilotströmung bei Schliessvorgang
100.n	Projektil, n = _/1/2/3 1 = örtlich im Lauf und vor dem Schaltventil 2 = örtlich im Lauf und hinter dem Schaltventil 3 = örtlich frei in der Luft und vor der Mündung
200	Lauf 210 - hinterer Laufabschnitt bis Schaltventil 220 - vorderer Laufabschnitt ab Schaltventil
300. n	Schaltsystem, n = 1/2 1 = Ventil offen 2 = Ventil geschlossen 301 - Ein-Weg-Schaltventil 302 - Zwei-Weg-Schaltventil 310 - Schussauslöser (Trigger) 320 - Sensor für Position des Schaltventils 330 - Steuereinheit (Control)
400	Auspuff 410 - Auspuff für hinteren Laufabschnitt 210 bis Schaltventil 420 - Auspuff für vorderen Laufabschnitt 220 ab Schaltventil 430 - gemeinsamer Auspuff
500	Drosselventil 510 - Drosselventil für hinteren Laufabschnitt 210 bis Schaltventil 520 - Drosselventil für vorderen Laufabschnitt 220 ab Schaltventil 530 - gemeinsames Drosselventil
600. n	Ventilkörper, n = _/1/2 1 = Ventil geöffnet 2 = Ventil geschlossen 601 - Trennwand zwischen Kanälen

602 - Drehachse

610 - Lagerzapfen

611 - Aussparung für Formschluss mit Rückstellfeder 710

620-vorderer Schenkel in Richtung Mündung

621 - Strömungskanal im Schenkel 620

622 - erste Seitenwand

623 - zweite Seitenwand

624 - Aussenseite des Schenkels 620

625 - Strömungsfläche im Kanal 621

626 - Mittelsteg aus Vereinigung der Seitenwände 622 und

623

627 - Aussparung für Formschluss mit Haltefeder 720

628 - Rastkante für offenes Ventil

630 - hinterer Schenkel in Richtung Patronenlager

631 - Strömungskanal im Schenkel 630

632 - erste Seitenwand

633 - zweite Seitenwand

634 - Aussenseite des Schenkels 630

635 - Strömungsfläche im Kanal 631

636 - erste Sperrbacke

637 - zweite Sperrbacke

638 - Rastkante für geschlossenes Ventil

639 - Überströmkante

700.n Feder, n = ¹/2 = Ventil offen = Ventil geschlossen

710 - Rückstellfeder

711 - Bügelbogen

712 - Schenkelende

720 - Haltefeder

800 Ventilgehäuse

801 - Eingangsöffnung Projektil 100.1

802 - Ausgangsöffnung Projektil 100.2

803 - Aussparung für Sperrbacken 636 und 637

804 - Führung für Projektil bei Ventilpassage

805 - Aussparung für Haltefeder 720

806 - Seitenführung für Rückstellfeder 710

807 - Aussparung zum Einschwenken der Ventilkörper 600

820 - Aussparung für vorderen Ventilschenkel 620

821 - Abflussöffnung für Strömung aus vorderem Laufabschnitt 210

822 - Prallfläche

828 - Rastkante für offenes Ventil

830 - Aussparung für hinteren Ventilschenkel 630

831 - Abflussöffnung für Strömung aus hinterem Laufabschnitt

220

832 - Umlenkfläche

Claims (6)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung für eine Rohrwaffe zum Verschiessen von Projektilen, wobei bei einem Schuss mit Hilfe der Expansion von Druckgasen aus einer Treibladung oder aus einem Druckbehälter eine expandierende Gassäule (GS0) ein Projektil (100) durch einen Lauf (200) mit einer Laufmündung (AO) vorantreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Lauf der Rohrwaffe vor der Mündung einbaubar oder dem Lauf vor der Mündung anfügbar und mit diesem fest oder abnehmbar verbindbar ist, wobei die Vorrichtung einen Auspuff (400) mit einer oder mehreren Auspufföffnungen (410, 420, 430) aufweist, wobei die Vorrichtung ein von dem Projektil passierbares Ein-Wege-Schaltventil (301) oder Zwei-Wege Schaltventil (302) in einem Gehäuse (800) aufweist, wobei das Schaltventil (301, 302) mindestens zwei drehbar in das Gehäuse eingelassene und zur Laufachse symmetrisch anordenbare Ventilkörper (600, 600_a, 600_b) aufweist, die den Lauf durch Einschwenken versperren können, wobei die Drehachse des jeweiligen Ventilkörpers mit mindestens zwei Geschosslängen von der Mündung beabstandet ist, wobei der jeweilige Ventilkörper durch eine oder mehrere Federn (700, 710, 720) bis zum Schaltvorgang in offenem Zustand gehalten werden, wobei die Federn beim Schaltvorgang gespannt werden, wobei die Federn die Ventilkörper nach dem Ausströmen der Gase aus dem Lauf vom geschlossenen Zustand wieder in die Ruhelage zurückstellen können, wobei ein Sensor (320) vorhanden ist, der den Schaltzustand des Ventils anzeigt, wobei das Schaltventil (301, 302) die hinter dem Projektil im Lauf (200) befindliche und das Projektil vorantreibende und expandierende Gassäule (GSO) in einen ersten Gassäulenteil (GS1) und einen zweiten Gassäulenteil (GS2) trennt und dabei gleichzeitig ein oder mehrere Abflussöffnungen (821, 831) freigibt, wobei der erste Gassäulenteil (GS1) sich in einem hinteren, sich bis zum Schaltventil erstreckenden Laufabschnitt (210) des Laufs befindet, und der zweite Gassäulenteil (GS2) sich in einem vorderen Laufabschnitt (220) befindet, der sich ab dem Schaltventil bis zum Boden des Projektils (100.2) im Lauf vor dem Schaltventil erstreckt, und wobei der erste und der zweite Gassäulenteil (GS1, GS2) vor dem nächsten Schuss zwecks Gaswechsel und Druckentlastung des Laufs ganz oder teilweise über die eine oder die mehreren Abflussöffnungen (821,831) sowie über ein oder mehrere Drosselventile (500, 510, 520, 530) entspannbar sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselventile (500, 510, 520, 530) den ersten und den zweiten Gassäulenanteil (GS1, GS2) derart entspannen, dass die Druckentlastung des vorderen Laufabschnitts (220) zu einem gewissen Zeitpunkt t6 beendet ist, der vor einem gewissen Zeitpunkt t9 liegt, bei dem die Druckentlastung des hinteren Laufabschnitts (210) beendet ist.
3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselventile (500, 510, 520, 530) den ersten und den zweiten Gassäulenanteil (GS1, GS2) über den Auspuff (400) mit der einen oder den mehreren Auspufföffnungen (410, 420, 430) an die Umgebung abgeben.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtfläche aller Auspufföffnungen (410, 420, 430) mehr als hundertmal grösser ist als die Ausströmfläche (AO) in der Laufmündung.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- und Strömungskräfte des durch das Schaltventil (302) ausströmenden ersten Gassäulenteils (GS1) und/ oder des zweiten Gassäulenteils (GS2) eine Haltekraft für das geschlossene Schaltventil erzeugen, wobei das Schaltventil mittels der Kräfte aus der Feder (700) selbsttätig öffnet, sobald die Schliesskraft aus dem ersten Gassäulenteil (GS1) und oder dem zweiten Gassäulenteil (GS2) einen Mindestwert unterschreitet.
6. 6. Rohrwaffe, aufweisend eine Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schaltventil (302) in einem Gehäuse (800) angeordnet ist, das in einem Lauf (200) der Rohrwaffe vor der Laufmündung (AO) eingebaut ist oder auf den Lauf (200) vor der Laufmündung angefügt ist.