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Die Erfindung betrifft ein Gasdrucklader mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Als Gasdrucklader werden selbstladende Feuerwaffen bezeichnet, bei denen der Nachladevorgang durch die bei einem Schuss entstehenden Gase der Treibladung ausgelöst wird. Dabei wird nach Abgabe eines Schusses aus dem Lauf Gas entnommen und über einen Gaskanal zu einem Kolben oder dergleichen geleitet, der durch den Gasdruck bewegt wird und so den Nachladevorgang antreibt. Der Lauf der Feuerwaffe weist beispielsweise einen in seine Seele mündenden Gaskanal auf, der im Allgemeinen senkrecht zur Waffenachse liegt und durch den ein Teil der Treibgase hindurchströmt, nachdem das Geschoss die Kanalmündung überlaufen hat. Der Gasdruck betätigt eine Vorrichtung, die wenigstens einen Teil des selbsttätigen Arbeitens der Waffe, z. Bsp. die Entriegelung des Verschlusses oder die Rotation einer Revolvertrommel bewirkt.
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Bei solchen Gasdruckladern ändert sich nun die Schussfolge während eines Dauerfeuers, da die Komponenten der Waffe anfänglich kalt sind und sich dann mehr und mehr erwärmen. Hierdurch treten zum Beispiel durch die Dehnung von Waffenteilen, durch die Änderung der Schmierung oder dergleichen Änderungen in der Schussfolge und zwar im Sinne einer Vergrößerung der Schussfolge auf. Diese Änderung der Schussfolge kann zu Störungen zum Beispiel im Zubringer der Waffe führen.
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Um die Gefahr solcher Störungen zu vermindern, ist es dem Stand der Technik bereits bekannt, die Gasentnahme aus dem Lauf zu drosseln. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass ein mit der Waffe verbundener Gaszylinder, der durch eine Bohrung mit der Radialbohrung des Laufes in Verbindung steht, gegenüber der Waffe in Längsrichtung durch eine Schraube oder dergleichen verstellbar ist, wobei die Uberdeckung der Bohrung verringert oder vergrößert wird und somit die Gasentnahme gedrosselt werden kann. Diese Maßnahme führt dazu, dass die Gasentnahme entsprechend einer mittleren Schussfolge einstellbar ist. Dadurch kann zwar eine schädlich überhöhte Schussfolge bei Dauerfeuer vermieden werden. Es bleibt der Nachteil bestehen, dass die Schussfolge bei kalter Waffe zunächst kleiner ist und im Laufe eines Dauerfeuers allmählich auf einen Höchstwert ansteigt.
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Die Kadenz der Waffe hat Einfluss auf das Trefferbild und die Streuung. Daher ist es grundsätzlich anzustreben, die Kadenz der Waffe zu beeinflussen bzw. festzulegen bzw. festsetzen zu können. Die Streuung des Trefferbilds eines Geschützes kann dadurch minimiert werden, in dem die Kadenz über eine Salve auf einen vordefinierten konstanten Wert gehalten wird. Daher sind Maßnahmen zur Kadenzbeeinflussung gasangetriebener Feuerwaffen mit dem Ziel der Verringerung der Streuung und/oder der Verbesserung der Waffenpräzision generell von großem Interesse. Eine alternative Methode ist es, die Kadenz auf eine genau definierte Sequenz zu regeln.
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Aus der
DE 10 2007 036 457 B3 ist eine Revolverkanone und ein Verfahren zur Schussauslösung bekannt, wobei ein Abzug einer mechanischen Zündauslösung einen zusätzlichen Aktuator in Form eines Elektromagneten aufweist, um den Abzug zu beliebigen Zeitpunkten zu fangen und die fortgesetzte Schussauslösung zu unterbinden. Damit ist eine beliebig tiefere Kadenz erreichbar, als die typische Schusskadenz einer Revolverkanone mit einem Eigen-Gasantrieb. Die Schussauslösung kann grundsätzlich unabhängig vom mechanischen Zyklus der Waffe erfolgen, solange dieser Zyklus schneller als der modifizierte Abzugsmechanismus ist. Hierbei wird durch den elektrisch ansteuerbaren Aktuator und eine zugeordnete elektronische Schaltungsanordnung eine temperaturunabhängige feste Kadenz der Feuerwaffe erreicht. Diese bekannte Kadenzregelung auf der Basis der elektronischen Ansteuerung eines Elektromagneten ist technisch sehr aufwändig, da dieser Magnet im Sub-10-Millisekundenbereich zu regeln ist, was hohe Anforderungen an die Schaltungselektronik und den Aktuator mit sich bringt. Diese Regelung ist daher komplex und nicht robust.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Verfahren zur Kadenzregelung bekannt, bei welchem eine Regelung des Gasstroms von Gasdruckladern vorgenommen wird.
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Aus der
DE 10 2005 062 758 B3 ist eine Gasabnahmeanordnung für den Waffenlauf eines Maschinengewehrs bekannt. Das Maschinengewehr weist einen Lauf, einen Gaszylinder und eine Gasaustrittsöffnung sowie ein Drosselelement auf, die so ausgebildet sind, dass eine temperaturbedingte Längenänderung des Laufs zu einer Verstellung des Drosselelements führt, wodurch letztendlich der auf den Gaszylinder wirkende Gasdruck durch die Lauftemperatur geregelt wird.
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Aus der
DE 2 031 273 C ist ein Gasdrucklader mit einem Kadenzregler bekannt. Hierbei wird ein Drosselorgan zur Regelung des Gasstroms eingesetzt, wobei das Drosselorgan eine Querschnittsveränderung bewirkt, welche temperaturabhängig den Gasdruck reguliert. Hierbei werden die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Materialien ausgenutzt, wie beispielsweise Quecksilber und Stahl oder Federsysteme aus Bimetallstreifen.
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Aus der
DE 2 028 402 A ist ein Gasdrucklader bekannt, wobei ein Gaskanal konstruktiv derart verlängert ist, das bei ansteigender Temperatur und damit bei ansteigender Geschwindigkeit der Treibgase die Druckverluste derart anwachsen, dass die Kadenz der Waffe nur unwesentlich ansteigt.
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Aus der gattungsbildenden
DE 1 053 977 A ist ein Gasdrucklader mit einer Drossel bekannt, bei welchem die Treibgase durch einen Gaskanal aus dem Waffenlauf entnommen und in einen Zylinder geleitet werden. In dem Zylinder drücken die Treibgase einen Kolben zurück, dessen Verstellung die Entriegelung des Verschlusses bewirkt. Um die Schussfolge bei Dauerfeuer möglichst konstant zu halten, wird auf dem Weg der Treibgase zwischen dem Gaskanal und dem Zylinder ein thermischer Regler in Form eines durch Drehung in einer Gewindebohrung voreinstellbaren Nadelventils angeordnet.
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Der Durchtrittsquerschnitt des Nadelventils ändert sich in Abhängigkeit einer Temperaturdifferenz der Bauteile während eines Dauerfeuers.
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Die bekannten Gasdrucklader sind noch nicht optimal ausgebildet. Die bekannten Kadenzregler auf der Basis der Ausnutzung von Temperatureffekten können nicht auf die spezifischen Gegebenheiten der Kadenzvariation der Waffe eingehen, da sie nur sehr grobe Eingangsparameter verwenden. Des Weiteren ist diese Regelung träge.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gasdrucklader derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass eine robuste und verbesserte Kadenzsteuerung für Gasdrucklader ermöglicht ist.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch einen Gasdrucklader mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
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Der Gasdrucklader weist einen Gaskanal auf, wobei durch den Gaskanal zumindest ein Teil der beim Schuss entstehenden Treibgase leitbar ist. Es ist ein Ventil zur Änderung der durch den Gaskanal geleiteten Treibgasmenge vorhanden. Das Ventil ist mittels eines elektrischen Antriebs während einer Salve verstellbar. Der Antrieb ist steuerbar. Dies hat den Vorteil, dass die Kadenz gesteuert werden kann. Es kann durch die Verstellung des Ventils während der Salve eine gleichmäßige Schussfolge erreicht werden. Ferner ist es möglich, durch die Steuerung des Antriebs eine bestimmte Kadenz einzustellen. Durch die Verstellung des Ventils mittels des Antriebs kann zum Nachladen verwendete Treibgasmenge präzise auch für unterschiedliche Temperaturbereiche eingestellt werden. Das Ventil ist mittels eines elektrischen Antriebs während einer Salve verstellbar. Hierdurch kann die Kadenz der Waffe fixiert werden und eine Waffenaufheizung ausgeglichen werden.
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Der Gasdrucklader wird mit Gas angetrieben, welches bei der Verbrennung der Treibladung eines Schusses entsteht. Dieses Treibgas überträgt die Energie an die Kanonenmechanik mittels vorzugsweise zweier Kolben. Die Kadenz ist abhängig von der Energiemenge, die an diese Kanonenmechanik übertragen wird. Unter der Annahme, dass die Kolbenfläche und der Kolbenweg konstant bleiben, hat der Druck einen direkten Einfluss auf die Kadenz. Mittels der Stellung des Ventils kann Einfluss auf die Kadenz der Kanone genommen werden.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird durch den Gaskanal ein Teil der bei einem Schuss entstehenden Treibgase geleitet, wobei mittels des Ventils die durch den Gaskanal geleitete Treibgasmenge gesteuert wird. Das Ventil wird mittels eines elektrischen Antriebs während einer Salve verstellt.
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Das Ventil weist einen eine Durchflussöffnung begrenzenden Ventilkörper, beispielsweise in Form eines Ventilkegels, auf, wobei mittels des Antriebs die Stellung des Ventilkörpers und damit die Größe der Durchflussöffnung veränderbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Treibgasmenge präzise durch die Veränderung der Durchflussöffnung steuerbar ist.
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Der Ventilkörpers ist in bevorzugter Ausgestaltung in einen Gaszylinder eingeschraubt. Der Gaszylinder weist ein entsprechendes Innengewinde auf, in das der Ventilkörper mit einem Außengewinde eingreift. Der Antrieb dreht nun den Ventilkörper, wodurch der Abstand des Ventilkörpers zu einem Ventilsitz im Gaszylinder variiert und damit die Größe der Durchflussöffnung verändert werden. Je tiefer der Ventilkörper eingeschraubt ist, desto weniger Gas kann in einen Kolbenraum einströmen.
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Hierbei wird der Ventilkegel mittels des Antriebs verstellt. Zur Kadenzsteuerung wird insbesondere ein elektrischer Antrieb für den Ventilkegel verwendet, wobei der Ventilkegel wird dabei in den Gaszylinder eingeschraubt wird. Der Antrieb weist einen Elektromotor auf. Der elektrische Antrieb weist vorzugsweise ferner ein Getriebe auf. Der Ventilkegel ist über das Getriebe vom Elektromotor antreibbar.
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Um den Ventilkegel bewegen zu können, müssen mehrere Kräfte überwunden werden. Es müssen die Druckkraft des Gases überwunden werden, die Reibung an der Kontaktfläche sowie die Reibung in einem Gewinde. Diese Kräfte zusammen mit der Trägheit des Ventilkegels bestimmen das Drehmoment, das man benötigt um den Ventilkegel zu bewegen.
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Der Antrieb kann den Ventilkegel autonom steuern. Das Gewinde und der Ventilkegel sind derart ausgelegt, dass vorzugsweise mehrere Umdrehungen, beispielsweise sechs volle Umdrehungen des Ventilkegels während einer Salve mit beispielsweise 36 Schüssen in einer Zeit von ca. 2 Sekunden erfolgen. Ziel ist es dabei die Salve auf eine konstante Kadenz von 1.100 Schuss pro Minute zu regeln.
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Dem Antrieb ist eine elektronische Steuerung zugeordnet. Die elektronische Steuerung weist vorzugswese mehrere Steuerkurven auf. Unterschiedliche Steuerkurven sind unterschiedlichen Waffentemperaturen zugeordnet. In der elektronischen Steuerung ist eine Lookup-Tabelle enthalten, die in Abhängigkeit von der Waffentemperatur zu Beginn der Salve eine Steuerkurve auswählt, mittels der die Ventilsteuerung erfolgt. Diese Kurvenformen sind vorzugsweise experimentell bestimmt und anschließend in der Steuerung hinterlegt. Die Waffentemperatur wird mittels eines Sensors gemessen. Anhand der gemessenen Waffentemperatur wird automatisch die zugehörige Steuerkurve ausgewählt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Veränderung der Ventilkegelposition nicht in den Druckaufbau des Einzelschusses eingreift. Die Position eines Steuerschiebers wird während des Verfahrens ausgelesen, wobei während eines Druckanstiegs am Ventilkegel die Position des Ventilköpers nicht mittels des elektrischen Antriebs verändert wird. Dies kann durch das Auslesen von Positionssensoren sichergestellt werden. Während des Druckanstiegs am Ventilkegel verbleibt der Motor in Ruhe. Wenn der Steuerschieber noch ruht, wird das Ventil nicht verstellt. Wenn der Steuerschieber seine anfängliche Position verlassen hat, ist dies ein für die Ventilveränderung günstiges Zeitfenster je Schuss.
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Der Gasdrucklader ist insbesondere als Revolverkanone ausgebildet. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind Gasdrucklader mit hoher Anforderung an die Kadenzgüte über einen Feuerstoß.
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Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Gasdrucklader auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 in einer schematischen Schnittansicht einen Teil eines Gasdruckladers, nämlich einen Gaszylinder mit einem Ventilkörper und einem elektrischen Antrieb,
- 2 in einem Diagramm mehrere Steuerkurven, für unterschiedliche Waffentemperaturen, wobei eine Ventilkörperposition über der Schusszahl aufgetragen ist, und
- 3 in einem Diagramm einen Schieberweg und einen Druck am Ventilkörper aufgetragen über der Zeit.
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In 1 ist ein Teil eines Gasdruckladers dargestellt. Der Gasdrucklader ist insbesondere Teil einer Revolverkanone. Die Revolverkanone kann ein Mittelkaliber aufweisen. Der Gasdrucklader weist einen nicht dargestellten Gaskanal in einer Laufwandung auf, wobei durch den Gaskanal ein Teil der bei dem Schuss entstehenden Treibgase leitbar sind.
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Der Gaskanal speist einen Gaszylinder 1 und steht dabei mit einem weiteren Gaskanal 2 im Gaszylinder 1 in Verbindung. Innerhalb des Gaszylinders 1 ist mindestens ein Kolben 3 linear verschieblich angeordnet. Der Gasdrucklader wird mit dem Gas angetrieben, welches bei der Verbrennung der Treibladung eines Schusses entsteht. Das Gas überträgt die Energie an eine Lademechanik mittels zweier Kolben 3, wobei hier jedoch nur ein Kolben 3 dargestellt ist. Die Kadenz ist nun abhängig von der Energiemenge, die an die Lademechanik übertragen wird. Unter der Annahme, dass die Kolbenfläche und der Kolbenweg konstant bleiben, hat der Druck einen direkten Einfluss auf die Kadenz.
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In den Gaszylinder ist ein Ventilkörper 4 in Form eines Ventilkegels 5 eingeschraubt. Der Ventilkegel 5 verbindet und trennt einen Kolbenraum 6 von dem Gaskanal 2. Der Ventilkegel 5 wirkt dabei mit einem Ventilsitz 7 zusammen. Das so gebildete Ventil dient zur Änderung der durch den Gaskanal 2 geleiteten Menge des Treibgases.
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Je tiefer der Ventilkegel 5 in den Gaszylinder 1 eingeschraubt ist, desto weniger Gas kann in den Kolbenraum 6 strömen. Um den Ventilkegel 5 zu bewegen muss die Druckkraft des Gases, die Reibung an der Kontaktfläche sowie die Reibung im Gewinde überwunden werden. Diese Kräfte zusammen mit der Trägheit des Ventilkegels 5 bestimmen das Drehmoment, das man benötigt, um den Ventilkegel 5 zu bewegen.
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Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass das Ventil mittels eines elektrischen Antriebs während einer Salve verstellbar ist.
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Der elektrische Antrieb 8 weist einen Elektromotor 9 und in besonders bevorzugter Ausgestaltung ein Getriebe 10 auf. Das Getriebe 10 weist hier zwei Zahnräder 11, 12 auf. Die Zahnräder 11, 12 stehen in kämmendem Eingriff miteinander. Das Zahnrad 11 ist dabei drehfest mit dem Ventilkegel 5 verbunden. Das Zahnrad 11 ist drehfest mit der nicht näher dargestellten Antriebswelle des Elektromotors 9 verbunden.
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Der elektrische Antrieb 8 steuert autonom den Ventilkegel 5. In besonders bevorzugter Ausgestaltung führt der Antrieb 8 mehrere Umdrehungen des Ventilkegels 5 bei einer Salve von 36 Schuss aus. Insbesondere kann der Ventilkegel 5 sechs volle Umdrehungen während einer Salve von 36 Schüssen ausführen. Eine Salve von 36 Schüssen wird in einer Zeit von ca. 2 Sekunden abgefeuert. Ziel ist es, die Salve auf eine konstante Kadenz von beispielsweise 1.100 Schuss pro Minute zu steuern.
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Dem elektrischen Antrieb 8 ist ferner eine elektronische Steuerung zugeordnet. In 2 sind mehrere Steuerkurven 13 bis 18 dargestellt. Diese Steuerkurven 13 bis 18 sind insbesondere in Form von Lookup-Tabellen in der Steuerung hinterlegt. Die Kurvenformen sind experimentell bestimmt und anschließend in der Steuerung hinterlegt worden. Gut zu erkennen ist, dass die Ventilöffnung das heißt die Ventilkegelposition monoton fallend ist, das heißt mit zunehmender Schusszahl zunehmend geschlossen wird. Mit zunehmender Schusszahl wird das Ventil von einer weiter geöffneten zu einer weiter geschlossenen Stellung bewegt. Die Steuerkurve 13 entspricht dabei einer Anfangstemperatur von -32 °C. Die Steuerkurve 14 entspricht einer Anfangstemperatur der Waffe von -15 °C. Die Steuerkurve 15 entspricht einer Anfangstemperatur von 0 °C der Waffe. Die Steuerkurve 16 entspricht einer Temperatur der Waffe von 25 °C. Die Steuerkurve 17 entspricht einer Steuerkurve von 50 °C und die Steuerkurve 18 entspricht einer Steuerkurve von 100 °C. Mit zunehmender Temperatur der Waffe wird die Ventilstellung zunehmend geschlossen.
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3 zeigt ein Diagramm, in dem der Druckanstieg am Ventilkegel 4 und ein Schieberweg eines nicht dargestellten Steuerschiebers über der Zeit aufgetragen ist. Während des Druckanstiegs am Ventilkegel 5 ruht der Schieber und der elektrische Antrieb 8 bleibt in Ruhe. Erst nach dem Druckanstieg am Ventilkegel abgeschlossen ist, und der Schieber beginnt sich zu bewegen, wird mittels des Antriebs 8 die Ventilkegelposition geändert. Die Veränderung der Ventilkegelposition greift dabei nicht in den Druckaufbau des Einzelschusses ein. Daher wird durch das Auslesen der entsprechenden Positionssensoren der Waffe ein für die Ventilveränderung günstiges Zeitfenster je Schuss festgelegt. Anhand der Daten der Positionssensoren wird festgestellt, ob der Steuerschieber noch ruht oder die Endposition bereits verlassen hat. Erst nachdem der Steuerschieber die Endposition verlassen hat wird, die Ventilkegelposition geändert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gaszylinder
- 2
- Gaskanal
- 3
- Kolben
- 4
- Ventilkörper
- 5
- Ventilkegel
- 6
- Kolbenraum
- 7
- Ventilsitz
- 8
- elektrischer Antrieb
- 9
- Elektromotor
- 10
- Getriebe
- 11
- Zahnrad
- 12
- Zahnrad
- 13
- Steuerkurve
- 14
- Steuerkurve
- 15
- Steuerkurve
- 16
- Steuerkurve
- 17
- Steuerkurve
- 18
- Steuerkurve
- 19
- Druckanstieg am Ventilkegel
- 20
- Schieberweg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007036457 B3 [0006]
- DE 102005062758 B3 [0008]
- DE 2031273 C [0009]
- DE 2028402 A [0010]
- DE 1053977 A [0011]
