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Die Erfindung betrifft eine Mündungsklappe mit geringem Platzbedarf.
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Waffenrohre, welche beispielsweise zum Ausstoß von Torpedos eingesetzt werden, sind üblicher Bestandteil von Unterseebooten. In Unterseebooten ergibt sich die Besonderheit, dass der Innenraum des Unterseeboots innerhalb des Druckkörpers unter normalen Atmosphärendruck verbleibt, während aufgrund des hydrostatischen Drucks mit zunehmender Tauchtiefe ein hoher Druck von außen auf den Druckkörper einwirkt. Die Waffenrohre verbinden diese beiden Bereiche, da zum einen die Waffenrohre aus dem Inneren des Unterseeboots nachgeladen werden müssen, zum anderen muss auch im getauchten Zustand eine Waffe aus dem Waffenrohr ausgestoßen werden. Daher muss das Waffenrohr druckdicht verschließbar sein und weißt daher an der Außenseite eine Mündungsklappe auf. Die Mündungsklappen sind daher vor allem stabil und dicht schließend konstruiert.
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Mündungsklappen werden üblicherweise klappbar an das Waffenrohr anmontiert, wie dieses beispielsweise aus der
DE 309117 bekannt ist.
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Zusätzlich zu dem Druckkörper weist ein Unterseeboot eine Außenhaut auf, welche teilweise mit dem Druckkörper zusammen fallen kann. Im Bereich der Waffenrohre sind Druckkörper und Außenhaut jedoch typischerweise getrennt. Die Außenhaut wird von Wasser umspült, sodass diese dem Außendruck nicht standhalten muss. Die Außenform ist hydrodynamisch optimiert. Daher weist die Außenhaut im Bereich der Waffenrohre üblicherweise Außenhautklappen auf. Die Außenhautklappen passen sich in die Außenhaut im geschlossenen Zustand ein und gewährleisten so eine hydrodynamisch günstige Form. Da die äußere Form der Außenhaut sehr wichtig ist, werden die Außenhautklappen üblicherweise nach innen, also in Richtung auf das Waffenrohr geöffnet.
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Durch diese Anordnung ergibt sich, dass zwischen dem vorderen Ende des Waffenrohrs und der Außenhaut vergleichsweise viel Platz benötigt wird, um sowohl die Mündungsklappe als auch die Außenhautklappe zu öffnen. In heutigen Unterseebooten wird hierfür bis zu zwei Metern Abstand benötigt.
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Vorteilhaft wäre es, den benötigten Platz zu reduzieren, da so das Waffenrohr verlängert werden könnte. Ein längeres Waffenrohr hat zwei grundlegende Vorteile. Zum einen können längere Waffen eingesetzt werden. Zum anderen kann bei einer gleich großen Waffe aufgrund der längeren Beschleunigungsstrecke eine langsamere Beschleunigung der Waffe beim Ausstoß erfolgen, um eine gleiche Ausstoßgeschwindigkeit zu erzielen. Hierdurch können andere, insbesondere kleinere und leichtere Antriebssysteme für den Ausstoß verwendet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Mündungsklappe für ein Waffenrohr zu schaffen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch das Waffenrohr mit einer Mündungsklappe mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Das erfindungsgemäße Waffenrohr mit einer Mündungsklappe weist ein Waffenrohr auf, welches zylinderförmig ist und eine Zylinderachse aufweist. Die Zylinderachse eines Zylinders ist die Achse, welche durch den Mittelpunkt des Querschnittes des Zylinders verläuft. Das Waffenrohr kann insbesondere einen runden oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Die Mündungsklappe ist schwenkbar mit dem Waffenrohr verbunden. Im geschlossenen Zustand schließt die Mündungsklappe das Waffenrohr druckdicht gegenüber der Umgebung ab, im aufgeschwenkten Zustand der Mündungsklappe kann eine Waffe aus dem Waffenrohr ausgestoßen werden. Die Mündungsklappe weist die Form eines Zylindersegments auf. Die Mündungsklappe weist ferner eine Rotationsachse auf, welche der Rotationsachse entspricht, welche sich durch den vollständigen Zylinder ergeben würde, von welchem das Zylindersegment ein gedachter Bestandteil ist. Die Position der Rotationsachse ändert sich beim Verschwenken der Mündungsklappe, erfindungsgemäß ist die Rotationsachse somit als die Rotationsachse der Mündungsklappe in geschlossenem Zustand definiert. Da Waffenrohr und Mündungsklappe im geschlossenen Zustand exakt aneinander anliegen, ergibt sich, dass das vordere Ende des Waffenrohrs, an welches die Mündungsklappe sich anschließt, die gleiche Krümmung wie die innere Fläche der Mündungsklappe aufweist. Die Rotationsachse ist somit auch in Bezug auf das vordere Ende des Waffenrohrs gegeben, an welches sich die Mündungsklappe anschließt. Das Zylindersegment an sich weist somit keine geartete Rotationssymmetrie bezüglich der Rotationsachse auf. Die Zylinderachse und die Rotationsachse stehen senkrecht aufeinander, das heißt, zwischen der Zylinderachse und der Rotationsachse ergibt sich ein Winkel von 90°. Das Verschwenken der Mündungsklappe erfolgt entlang einer Verschwenkachse, vorzugsweise entlang einer Kreisbahn, wobei die Verschwenkachse und die Rotationsachse parallel und beabstandet sind.
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Vorteil der Beabstandung der Verschwenkachse von der Rotationsachse ist, dass die Mündungsklappe dicht schließend auf dem Waffenrohr zum Liegen kommt. Beim Verschwenken trennt sich die Mündungsklappe von dem Waffenrohr und gleitet nicht unmittelbar am Waffenrohr zu Seite. Hierdurch wird Reibung und somit auch Geräuschbildung vermieden, welche die Position eines Unterseebootes verraten würde. Zum anderen kann die Mündungsklappe somit in räumlich sehr kompakter Weise zur Seite geführt werden, es ist nicht notwendig, ein kompletten Verschwenkbereich vor dem Waffenrohr bis zur Außenhaut frei zu halten, welcher größer als die Mündungsklappe ist.
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Die erfindungsgemäße Mündungsklappe ist im Gegensatz zu herkömmlichen Mündungsklappen somit nicht mehr kugelförmig in Forme eines Kugelausschnitts gebildet, sondern nur in eine Richtung gewölbt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Verschwenkachse und die Rotationsachse um das 0,05 bis 0,8 fache des äußeren Radius des Waffenrohrs beabstandet. Dieser Bereich hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da bei einer Beabstandung von mehr als dem 0,8 fachen des Radius des Waffenrohrs der Platzbedarf deutlich ansteigt. Ist die Beabstandung jedoch unter dem 0,05 fachen des Radius des Waffenrohrs, so ist die Trennung zwischen Mündungsklappe und Waffenrohr nicht effizient. Bevorzugt sind die Verschwenkachse und die Rotationsachse um das 0,1 bis 0,5 fache des Radius des Waffenrohrs beabstandet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist Radius der Mündungsklappe größer als der Radius des Waffenrohrs. Bevorzugt beträgt der Radius der Mündungsklappe das 1,1 fache bis 2 fache des Radius des Waffenrohrs. Der Radius der Mündungsklappe ist in diesem Zusammenhang der Radius der dem Waffenrohr zugewandten Innenseite der Mündungsklappe. Weist das Waffenrohr keinen kreisrunden Querschnitt, sondern einen elliptischen Querschnitt auf, so ist unter dem Radius des Waffenrohr in diesem Zusammenhang der Radius des Waffenrohrs zu verstehen, welcher in der gleichen Ebene wie der Radius der Mündungsklappe.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Mündungsklappe mit einer Außenhautklappe verbunden und die Mündungsklappe und die Außenhautklappe gemeinsam verschwenkbar. Durch die Kombination von Mündungsklappe und Außenhautklappe kann weiterer Platz eingespart werden. Durch ein gemeinsames Verschwenken wird zudem nur ein Antrieb zum Verschwenken benötigt, was weiter Platz und Gewicht einspart. Hierdurch ist eine Verlängerung des Waffenrohrs um bis zu 2 m gegenüber den heute üblichen Waffenrohren möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Außenhautklappe klappbar. Um sowohl eine optimale Einpassung der Außenhautklappe in die Außenhaut als auch eine gute Verschwenkbarkeit zu gewährleisten, kann die Außenhautklappe verschwenkbar sein. Hierbei kann in einer ersten Ausführungsform die Außenhautklappe mittig an der Mündungsklappe klappbar angebracht sein, sodass die beiden Seiten der Außenhautklappe zunächst an die Mündungsklappe angeklappt werden und dann mit der Mündungsklappe verschenkt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Außenhautklappe an einer Seite an der Mündungsklappe klappbar befestigt sein und als Ganzes gegen die Mündungsklappe geklappt werden. Es sind auch beliebige andere Mechanismen denkbar. Die beiden genannten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass vergleichsweise wenige bewegliche Teile in dem von Wasser umspülten Bereich angeordnet und somit dem Meerwasser ausgesetzt sind. Die erste Ausführungsform mit der mittig angeordneten Klappmöglichkeit ist bevorzugt für Waffenrohre, welche sich im Bereich der Schiffsachse befinden, wo die Außenhaut eine geringere Krümmung aufweist. Die zweite Ausführungsform ist bevorzugt im Außenbereich, wo die Außenhaut eine schräge Orientierung im Verhältnis zum Waffenrohr aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Mündungsklappe über einen Schneckenradgetriebe angetrieben. Schneckengetriebe bestehen aus einer schraubenförmigen sogenannten Schnecke (Schneckenwelle), die bei Drehbewegung ein in diese greifendes Zahnrad (Schneckenrad) dreht. Schneckengetriebe gelten als geräuschärmste Verzahnungsantriebe. Schneckenradgetriebe lassen eine große Übersetzung zu, sodass mit einem leistungsschwachen, aber hochdrehenden Antrieb die vergleichsweise schwere Mündungsklappe verschwenkt werden kann. Vorzugsweise erfolgt der Antrieb über einen Elektromotor, welcher durch das umgebende Wasser direkt gekühlt wird. Alternativ kann das Schneckenradgetriebe auch über ein Gestänge angetrieben werden, welches in das Innere des Druckkörpers führt und von dort manuell, elektrisch und/oder hydraulisch angetrieben werden kann. Dieses entspricht der heute üblichen Konstruktion zum Antrieb des Verschwenkens der Mündungsklappe. Durch den Einsatz des Schneckenradgetriebes und der dadurch geringeren notwendigen Kraft kann dieses vergleichsweise lange, sich über die gesamte Länge des Waffenrohr erstreckende Gestänge vergleichsweise leicht konstruiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Mündungsklappe eine gewölbte Zahnstange aufweisen und über ein Zahnrad angetrieben.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Rotationsachse senkrecht angeordnet. Durch die senkrechte Anordnung der Rotationsachse erfolgt das Verschwenken der Mündungsklappe in einer horizontalen Bewegung. Hierdurch erfolgt keine Änderung der potentiellen Energie der Mündungsklappe und es muss somit nur die zur Überwindung der Reibung notwendige Arbeit durch den Antrieb verrichtet werden.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Rotationsachse waagerecht angeordnet und die Verschwenkachse oberhalb der Rotationsachse angeordnet. Dadurch erfolgt das Verschwenken der Mündungsklappe in eine Position oberhalb des Waffenrohrs. Zwar muss bei dieser Anordnung beim Öffnen der Mündungsklappe die potentielle Energie zum Verschwenken der Mündungsklappe aufgewendet werden, es ergibt sich jedoch der Vorteil, dass beim Ausfall der Systeme diese potentielle Energie zum Verschließen des Waffenrohrs verwendet werden kann. Dadurch wird die Sicherheit des Druckkörpers erhöht.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Waffenrohr wenigstens eine Dichtung an der der Mündungsklappe zugewandten Seite auf. Bei der Dichtung kann es sich um eine Gummidichtung handeln.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Dichtung einen Innenraum auf. Die Dichtung kann hohl ausgeführt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Innenraum der Dichtung über wenigstens eine Öffnung mit Wasser gefüllt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Dichtung aus einem Formgedächtnismaterial gebildet sein.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Unterseeboot mit einem erfindungsgemäßen Waffenrohr mit einer Mündungsklappe.
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Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Waffenrohr mit einer Mündungsklappe anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1: Schematische Aufsicht auf ein erstes Waffenrohr mit aufgeschwenkter Mündungsklappe
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2: Schematischer Querschnitt eines zweiten Waffenrohrs mit Mündungsklappe während des Verschwenkens
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3: Schematischer Querschnitt eines dritten Waffenrohrs mit Mündungsklappe und klappbarer Außenhautklappe während des Verschwenkens
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4: Schematischer Querschnitt eines vierten Waffenrohrs mit Mündungsklappe und gewölbter Zahnstange während des Verschwenkens
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5: Schematischer Querschnitt eines fünften Waffenrohrs mit Mündungsklappe und Dichtung
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6: Schematischer Querschnitt eines sechsten Waffenrohrs mit Mündungsklappe und Dichtung
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7: Schematischer Querschnitt eines siebten Waffenrohrs mit Mündungsklappe und Dichtung
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In 1 ist ein erstes Waffenrohr 10 mit aufgeschwenkter Mündungsklappe 20 in schematischer Aufsicht gezeigt. Das Waffenrohr 10 weist ein vorderes Ende 12 auf, an welches die Mündungsklappe 20 in geschlossenem Zustand anschließt und das Waffenrohr 10 druckdicht verschließt. Das vordere Ende 12 kann eine Dichtung aufweisen. Die Mündungsklappe 20 weist einen Radius 32 auf. Im geschlossenen Zustand ergibt sich die Rotationsachse 30, zu welcher die Innenseite der Mündungsklappe 20 jeweils um den Radius der Mündungsklappe 32 beabstandet ist. Da das vordere Ende 12 des Waffenrohres 10 die gleiche Krümmung aufweist, ergibt sich auch aus der Krümmung des vorderen Endes 12 des Waffenrohrs 10 die Rotationsachse 30. Die Zylinderachse des Waffenrohrs 10, hier nicht dargestellt, verläuft in der Mitte des Waffenrohrs 10, parallel zum dargestellten Radius der Mündungsklappe 32. Die Mündungsklappe ist um die Verschwenkachse 40 verschwenkbar, wobei die Verschwenkachse 40 von der Rotationsachse 30 beabstandet ist. Der Abstand beträgt in erster Näherung die Hälfte des Radius des Waffenrohrs 10. Durch die Beabstandung schließt die Mündungsklappe 20 im geschlossenen Zustand unmittelbar an das vordere Ende 12 des Waffenrohrs 10 an und verschließt dieses druckdicht. Beim Verschwenken entsteht ein Abstand, sodass die Mündungsklappe 20 reibungsarm verschwenkt werden kann. Der Platzbedarf, welcher durch die Mündungsklappe 20 beim Verschwenken entsteht, ist vergleichsweise gering, sodass ein vergleichsweise langes Waffenrohr 10 eingesetzt werden kann.
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In 2 ist der Vorgang des Verschwenkens der Mündungsklappe 20 anhand der 2a, 2b und 2c gezeigt. In 2a ist die Mündungsklappe 20 geschlossen, in 2b teilweise geöffnet und in 2c ist die Mündungsklappe 20 vollständig geöffnet, sodass eine Waffe aus dem Waffenrohr 10 ausgestoßen werden kann. Die Mündungsklappe 20 wird um die Verschwenkachse 40 verschwenkt, welche von der Rotationsachse 30 beabstandet ist.
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Im Vergleich zwischen 1 und 2 ist zu erkennen, dass eine Verschwenkachse 40, welche im geschlossenen Zustand weiter in Richtung des Druckkörpers bzw. der Druckkörperachse liegt als die Rotationsachse 30, einen geringeren Platzbedarf vor dem Waffenrohr 10 für die Mündungsklappe 20 aufweist.
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3 zeigt eine Mündungsklappe 20, welche mit einer Außenhautklappe 60 klappbar verbunden und gemeinsam verschwenkbar ist. In 3a ist das Waffenrohr 10 mit geschlossener Mündungsklappe 20 und geschlossener Außenhautklappe 60 in einem schematischen Querschnitt gezeigt. Gut zu erkennen ist, dass die Außenhaut 50 mit geschlossener Außenhautklappe 60 eine glatte, strömungsoptimierte Oberfläche ergibt. Zunächst wird, wie in 3b dargestellt, die Außenhautklappe 60 an die Mündungsklappe 20 geklappt, hierzu sind die Mündungsklappe 20 und die Außenhautklappe 60 klappbar an der Klappachse 62 miteinander verbunden. Dieses ist notwendig, da die Außenhautklappe 60 sich optimal in die Außenhaut 50 einpassen muss und somit ein seitliches Verschwenken ohne ein Klappen nicht möglich ist. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel ist es ausreichend, wenn nur eine Seite der Außenhautklappe 60 geklappt wird, insbesondere wenn die Außenhaut 50 im Bereich des Waffenrohrs 10 eine starke Krümmung aufweist. Nach dem Anklappen der Außenhautklappe 60 an die Mündungsklappe 20 kann die Mündungsklappe 20 verschwenkt werden, wie in 3c bis 3f gezeigt. Hierzu wird die Mündungsklappe 20 um die Verschwenkachse 40 verschwenkt. Nach dem Verschwenken ist das Waffenrohr 10 offen, wie in 3f gezeigt, eine Waffe kann aus dem Waffenrohr 10 ausgestoßen werden.
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In 4 ist die Verschwenkung einer Mündungsklappe 20 mittels einer gewölbten Zahnstange 70 und eines Zahnrades 72 dargestellt. Analog dem in 3 dargestellten Fall ist eine Außenhautklappe 60 klappbar mit der Mündungsklappe 20 verbunden. Die gewölbte Zahnstange 70 ist so angeordnet, dass diese oberhalb oder unterhalb des Waffenrohrs 10 verläuft. Besonders bevorzugt weist die Mündungsklappe 20 zwei gewölbte Zahnstangen 70 auf, wobei eine oberhalb des Waffenrohrs 10 und eine unterhalb des Waffenrohrs 10 angeordnet ist. In 4a ist die Mündungsklappe 20 geschlossen, in 4b geöffnet dargestellt.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Waffenrohrs 10 mit einer Mündungsklappe 20. Das Waffenrohr weist umlaufend eine Dichtung 80, welche ein druck- und wasserdichtes Abschließen des Waffenrohres 10 durch die Mündungsklappe 20 vereinfacht. Zusätzlich weist das Waffenrohr 10 einen mit diesem verbundenen Lenker 90 auf, über welchen die Mündungsklappe 20 verschwenkbar mit dem Waffenrohr 10 verbunden ist. Der Lenker 90 ist an der Verschwenkachse 40 drehbar mit dem Waffenrohr 10 verbunden. Zur Führung der Mündungsklappe 20 weist der Lenker 90 am der Verschwenkachse 40 gegenüberliegenden Ende ein Schlitzloch 92 auf. Der Lenker ist oberhalb und/oder unterhalb des Waffenrohres 10 angeordnet.
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In 6 ist eine alternative Dichtung 80 gezeigt, wobei die Dichtung 80 einen Innenraum 82 aufweist, der über eine Öffnung 84 oder eine Vielzahl von Öffnungen mit Wasser gefüllt ist. Die Öffnung 84 bzw. die Öffnungen können beispielsweise als Bohrungen ausgeführt sein. Die Dichtung 80 ist hierbei so ausgeführt, dass diese eine optimale Fläche für die Mündungsklappe 20 bietet.
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Eine weitere alternative Ausführungsform einer Dichtung 80 mit Innenraum 82 und Öffnung 84 bzw. der Öffnungen ist in 7 dargestellt. Die Dichtung 80 weist eine in erster Näherung rechtwinklige Form auf.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Waffenrohr
- 12
- vorderes Ende
- 20
- Mündungsklappe
- 30
- Rotationsachse
- 32
- Radius der Mündungsklappe
- 40
- Verschwenkachse
- 50
- Außenhaut
- 60
- Außenhautklappe
- 62
- Klappachse
- 70
- gewölbte Zahnstange
- 72
- Zahnrad
- 80
- Dichtung
- 82
- Innenraum
- 84
- Öffnung
- 90
- Lenker
- 92
- Schlitzloch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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