DE102016201101B4

DE102016201101B4 - Geräuschfreies Waffenausstoßsystem

Info

Publication number: DE102016201101B4
Application number: DE102016201101.4A
Authority: DE
Inventors: Helmut Rademann
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: WO2017129444A1; EP3408604B8; EP3408604B1; DE102016201101A1; EP3408604A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe, insbesondere eines Torpedos, aus einem Waffenrohr insbesondere aus einem getauchten Unterseeboot, wobei der Ausstoß gegenüber den herkömmlichen Systemen deutlich geräuschreduziert erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe, insbesondere eines Torpedos, aus einem Waffenrohr insbesondere aus einem getauchten Unterseeboot, wobei die erneute Feuerbereitschaft der Vorrichtung nach dem Ausstoß einer Waffe beschleunig wiederhergestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe, insbesondere eines Torpedos, aus einem Waffenrohr insbesondere aus einem getauchten Unterseeboot, wobei der Ausstoß gegenüber den herkömmlichen Systemen deutlich geräuschreduziert erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe, insbesondere eines Torpedos, aus einem Waffenrohr insbesondere aus einem getauchten Unterseeboot, wobei die erneute Feuerbereitschaft der Vorrichtung nach dem Ausstoß einer Waffe beschleunig wiederhergestellt werden kann.
Aus der EP 0 151 980 A2 ist eine Ausstoßvorrichtung mit einer Wasserzylinder-Kolben-Einheit bekannt, wobei der Antrieb über eine hydraulische Stellzylinderanordnung erfolgt.
Aus der DE 10 2014 217 747 A1 ist ein Ausstoßrohr mit einer Ausstoßvorrichtung bekannt, wobei die Ausstoßvorrichtung einen Arbeitszylinder aufweist.
Aus der US 3,631,760 ist eine pneumatische Torpedoausstoßvorrichtung mit einem Druckspeicher mit einem Kolben bekannt.
Zwar kann eine Waffe mit einer solchen Vorrichtung bereits leiser ausgestoßen werden als herkömmliche Druckluftausstoßssysteme, es kann jedoch nicht vermieden werden, dass die Kolben am Ende des Kolbenzylinders anschlagen und ein lautes Geräusch abgeben. Selbst wenn am Ende des Kolbenzylinders eine Feder zum Abbremsen vorgesehen ist, so entsteht dennoch ein Geräusch beim Auftreffen des Kolbens auf die Feder. Durch dieses Geräusch kann das die Waffe ausstoßende Unterseebot leicht geortet werden. Dieses ist zunehmend wichtiger, da auch die Sonarortung weiter Fortschritte macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, welche ein geräuscharmes Ausstoßen einer Waffe ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie das Verfahren mit den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe weist wenigstes ein erstes Waffenrohr und einen Wasserkolbenzylinder auf, wobei Wasser aus dem Wasserkolbenzylinder mit Hilfe eines ersten Kolbens in das wenigstens eine erste Waffenrohr befördert werden kann. Durch das Wasser wird eine in dem Waffenrohr befindliche Waffe aus dem Waffenrohr ausgestoßen. Waffe umfasst hier im Sinne der Erfindung zum Beispiel Torpedos, Flugkörper, Minen sowie Täuschkörper aber auch Staucontainer.
Der erste Kolben wird über eine Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung bewegt. Die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung weist einen Hydraulikkolbenzylinder auf, in dem Hydraulikkolbenzylinder ist ein zweiter Kolben angeordnet. Der erste Kolben und der zweite Kolben sind kraftschlüssig miteinander verbunden. Durch diesen Kraftschluss treibt der zweite Kolben den ersten Kolben an.
Der Hydraulikkolbenzylinder weist einen ersten Stirnseitenbereich und einen zweiten Stirnseitenbereich auf. Unter einem Stirnseitenbereich ist der Bereich des Kolbenzylinders zu verstehen, der sich an einer Stirnseite befindet und nicht durch den Kolben verschlossen wird. Weist der Kolbenzylinder an der Stirnseite kein Totvolumen auf, so umfasst der Stirnseitenbereich praktisch nur die Stirnseite. Verbindungen, die in einem Stirnseitenbereich münden müssen nicht vollständig in diesem Stirnseitenbereich enden. Die Verbindung kann auch partiell durch den Kolben verschlossen werden, es muss jedoch noch eine Verbindung zum Totvolumen des Stirnseitenbereichs bestehen, auch wenn der Kolben seine der Stirnseite nächste Position einnimmt.
Hydraulische Verbindungen sind im Sinne der Erfindung alle Verbindungen, welche zum Transport eines Fluids geeignet sind und umfassen insbesondere Rohre und Schläuche. Hydraulische Verbindungen können darüber hinaus auch aktive Komponenten, insbesondere Ventile, Regler und/oder Pumpen enthalten.
Die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung weist einen Blasenspeicher und einen Kolbenspeicher auf. Der Blasenspeicher ist mit einer dritten hydraulischen Verbindung mit dem zweiten Stirnseitenbereich verbunden. Der Kolbenspeicher ist mit einer vierten hydraulischen Verbindung mit dem ersten Stirnseitenbereich verbunden. Der Kolbenspeicher ist als Zylinderkolben ausgeführt und einen dritten Kolben aufweist. Der dritte Kolben trennt den Kolbenspeicher gasdicht in einen Hydraulikbereich und einen Gasbereich. Der Gasbereich ist gasdicht verschließbar. Das Arbeitsvolumen des Kolbenspeichers entspricht wenigstens dem Arbeitsvolumen des Hydraulikkolbenzylinders.
Unter dem Arbeitsvolumen eines Kolbenzylinders wird das Volumen verstanden, welches durch die Bewegung des Kolbens des Kolbenzylinders von einem Endpunkt der Bewegung zum anderen überstrichen wird. Bei nicht kompressiblen Fluiden entspricht das Arbeitsvolumen dem Fördervolumen.
Der erfindungsgemäße Vorteil kommt durch die kontinuierliche Kompression des Gases im Gasbereich des Kolbenspeichers zustande. Während der Ausstoß der Waffe dadurch erfolgt, dass Hydraulikflüssigkeit aus dem Blasenspeicher den zweiten Kolben und damit indirekt den ersten Kolben antreibt und so das Wasser in das Waffenrohr fördert, wird gleichzeitig Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikkolbenzylinder in den Kolbenspeicher gefördert und in diesem das Gas im Gasbereich komprimiert. Während die Hydraulikflüssigkeit aus dem Blasenspeicher üblicherweise mittels Gasdruck von 150 bis 500 bar gefördert wird, wirken am Anfang im Gasbereich nur geringe Kräfte dem entgegen, da der Anfangsdruck vergleichsweise gering ist. Durch die Kompression des Gases im Kolbenspeicher steigt der Druck an. Der Anstieg kann unter der Annahme eines idealen Gases durch das ideale Gasgesetz p·V = n·R·T angenähert werden. Unter der Annahme, dass die Kompression schnell und dadurch adiabatisch erfolgt, kann in erster Näherung das Poissonsche Gesetz p·V^κ = const. angewendet werden, wobei κ der Adiabatenkoeffizient oder Isentropenexponent ist, wobei der Isentropenexponent das Verhältnis der Wärmekapazität bei konstantem Druck zur Wärmekapazität bei konstantem Volumen ist. Hierbei kann für Stickstoff und Raumtemperatur in erster Näherung ein Wert von κ = 1,4 angenommen werden. Das Volumen in einem Zylinder ist proportional der Zylinderlänge, welche sich durch den Kolben ändert. Hieraus erkennt man, dass der Druck zunächst langsam ansteigt und erst zu Ende des Ausstoßprozesses rasch ansteigt und so eine Gegenkraft erzeugt. Durch diese Gegenkraft wird der zweite Kolben am Anfang fast nicht, zum Ende praktisch vollständig abgebremst ohne dass hierbei eine Berührung oder ein Anschlag erfolgt. Somit entsteht kein lautes Anschlagsgeräusch, welches die Position des die Waffe ausstoßenden Fahrzeugs verraten kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das Volumen der Hydraulikflüssigkeit im Kolbenspeicher unter Druck gelagert ist und nach dem Ausstoß der Waffe wieder in den Hydraulikkolbenzylinder geleitet werden kann, um den zweiten Kolben und damit den ersten Kolben erneut in eine Position zu bringen, in welcher eine Waffe ausgestoßen werden kann. Da hierzu nur der Reibungsverlust überwunden werden muss, reicht der rasch geringer werdende Druck im Gasbereich des Kolbenspeichers aus. Hierdurch kann sehr schnell eine weitere Waffe ausgestoßen werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Gasbereich mit Stickstoff gefüllt. Stickstoff ist inert und verhält sich praktisch als 2-atomiges ideales Gas und daher ideal geeignet. Zudem ist es kostengünstiger als die ebenfalls inerten Edelgase, welche jedoch den Vorteil haben, als einatomige praktische ideale Gase einen temperaturunabhängigen Isentropenexponenten aufzuweisen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Gasbereich einen Druck von 1,5 bis 8 bar, bevorzugt 2 bis 4 bar, auf, wenn der Gasbereich die größtmögliche Ausdehnung im Kolbenspeicher einnimmt. Der Druck sollte so gering wie möglich gewählt sein, um am Anfang den Ausstoßprozess so gering wie möglich zu bremsen. Auf der anderen Seite muss der Gasdruck hoch genug gewählt sein, um trotz der Energieverluste durch Reibung und Wärmeverlust bei und nach der praktisch adiabatischen Kompression den zweiten Kolben zurück treiben zu können. Die oben genannten Bereiche haben sich daher als optimal erwiesen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Gasbereich einen Druck von 50 bis 400 bar, bevorzugt 100 bis 250 bar, auf, wenn der Gasbereich die kleinstmögliche Ausdehnung im Kolbenspeicher einnimmt. Da die Hydraulikflüssigkeit aus dem Blasenspeicher üblicherweise mittels Gasdruck mit einem Druck von üblicherweise 150 bis 500 bar gefördert wird, ist ein entsprechend hoher Bremsdruck notwendig.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Gasbereich einen Drucksensor und ein ansteuerbares Ventil auf, so dass der Druckanstieg begrenzt und/oder der zeitliche Verlauf entlang einer Druck-Zeit-Kurve gesteuert werden kann. In einer optionalen Weiterentwicklung kann über das Ventil zusätzliches Gas dem Gasbereich zugeführt werden, so dass auch ein schnellerer Druckanstieg erfolgen kann, als sich durch die reine Kompression des Gases ergeben würde.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen Wegsensor, insbesondere einen induktiven Wegsensor, für den zweiten Kolben auf. Dieses hat eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise kann bei einer so detektierten Annäherung des zweiten Kolbens an den ersten Stirnseitenbereich die Druckbeaufschlagung des Blasenspeichers beendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die dritte hydraulische Verbindung ein erstes Blasenspeicherventil und ein zweites Blasenspeicherventil auf, wobei das erste Blasenspeicherventil und das zweite Blasenspeicherventil parallel geschaltet sind. Das erste Blasenspeicherventil weist vorteilhaft einen geringeren Innendurchmesser als das zweite Blasenspeicherventil auf. Der Vorteil ist, dass ein Ventil mit geringem Innendurchmesser bei hohem Druck aufgrund der geringeren auftretenden Kräfte leichter zu schalten ist. So wird zwischen den beiden Seiten der Ventile ein Druckausgleich hergestellt. Anschließend kann das Ventil mit dem größeren Durchmesser einfach geöffnet werden, da der Druckunterschied bereits abgebaut wurde. Der größere Durchmesser erlaubt einen schnelleren Fluidstrom und stellt einen geringeren Strömungswiderstand dar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die vierte hydraulische Verbindung ein erstes Kolbenspeicherventil und ein zweites Kolbenspeicherventil auf, wobei das erste Kolbenspeicherventil und das zweite Kolbenspeicherventil parallel geschaltet sind. Das erste Kolbenspeicherventil weist vorteilhaft einen geringeren Innendurchmesser als das zweite Kolbenspeicherventil auf. Der Vorteil ist, dass ein Ventil mit geringem Innendurchmesser bei hohem Druck aufgrund der geringeren auftretenden Kräfte leichter zu schalten ist. So wird zwischen den beiden Seiten der Ventile ein Druckausgleich hergestellt. Anschließend kann das Ventil mit dem größeren Durchmesser einfach geöffnet werden, da der Druckunterschied bereits abgebaut wurde. Der größere Durchmesser erlaubt einen schnelleren Fluidstrom und stellt einen geringeren Strömungswiderstand dar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Kolbenspeicher und der Hydraulikkolbenzylinder mit einer fünften hydraulischen Verbindung verbunden, wobei die fünfte hydraulische Verbindung im Arbeitsbereich des Hydraulikkolbenzylinders mündet. Diese fünfte hydraulische Verbindung ermöglicht es Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenspeicher über den Arbeitsbereich und den zweiten Stirnseitenbereich des Hydraulikkolbenzylinders sowie die zweite hydraulische Verbindung in den Rücklaufbehälter zu leiten, wenn nach dem Ausstoßen einer Waffe die Vorrichtung in der Ruhestellung verbleiben soll. Hierdurch kann auf eine direkte zusätzliche hydraulische Verbindung zwischen dem Kolbenspeicher und dem Rücklaufbehälter verzichtet werden.
Es ist ebenfalls möglich, Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenspeicher über die vierte hydraulische Verbindung und den ersten Stirnseitenbereich des Hydraulikkolbenzylinders sowie die erste hydraulische Verbindung in den Rücklaufbehälter zu leiten, wenn nach dem Ausstoßen einer Waffe die Vorrichtung in der Ruhestellung verbleiben soll. Hierbei kommt es jedoch zu einer Druckbeaufschlagung auf den zweiten Kolben, welche zu einer Bewegung des Kolbens führen kann. Um die auf den zweiten Kolben wirkende Kraft zu reduzieren, kann gleichzeitig die zweite hydraulische Verbindung geöffnet werden, da so der Druckunterscheid zwischen den beiden Seiten des zweiten Kolbens nur durch den Strömungswiderstand der ersten hydraulischen Verbindung und der zweiten hydraulischen Verbindung bestimmt wird. Hierdurch kann die Komplexität des Systems reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung einen Rücklaufbehälter auf, wobei der Rücklaufbehälter eine erste hydraulische Verbindung zum ersten Stirnseitenbereich und eine zweite hydraulische Verbindung zum zweiten Stirnseitenbereich aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der ersten hydraulischen Verbindung eine Pumpe angeordnet. Die Hydraulikflüssigkeit muss gegen die durch die Bewegung des ersten Kolben und des zweiten Kolben entstehende Reibung bzw. Strömungswiderstände aus dem Rücklaufbehälter über die erste hydraulische Verbindung in den ersten Stirnbereich des Hydraulikkolbenzylinders gefördert werden. Da hier Geschwindigkeit nicht die höchste Priorität hat, ist eine Pumpe vorteilhaft.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Blasenspeicher und die erste hydraulische Verbindung mit einer sechsten hydraulischen Verbindung verbunden. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, wenn die erste hydraulische Verbindung eine Pumpe aufweist. In diesem Fall zweigt die sechste hydraulische Verbindung hinter der Pumpe (vom Rücklaufbehälter aus gesehen) von der ersten hydraulischen Verbindung ab. So kann die gleiche Pumpe verwendet werden, um den ersten Kolben in eine Ausstoßposition zu bringen als auch die Hydraulikflüssigkeit in den Blasenspeicher zu befördern, welche für den Ausstoß benötigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Blasenspeicher und der Rücklaufbehälter mit einer siebenten hydraulischen Verbindung verbunden. Die siebente hydraulische Verbindung weist bevorzugt eine Pumpe auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste hydraulische Verbindung über eine achte hydraulische Verbindung mit dem zweiten Stirnseitenbereich oder dem Arbeitsbereich des Hydraulikkolbenzylinders verbunden. Dieses ist besonders bevorzugt, wenn in der ersten hydraulischen Verbindung eine Pumpe angeordnet ist. In diesem Fall zweigt die achte hydraulische Verbindung hinter der Pumpe (vom Rücklaufbehälter aus gesehen) von der ersten hydraulischen Verbindung ab. So kann die gleiche Pumpe verwendet werden, um den ersten Kolben in eine Ausstoßposition zu bringen als auch die Hydraulikflüssigkeit über den Hydraulikkolbenzylinder und die dritte hydraulische Verbindung in den Blasenspeicher zu befördern, welche für den Ausstoß benötigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Kolben wenigstens ein Rückschlagventil auf. Der erste Kolben muss zum einen beim Ausstoßen Wasser aus dem Wasserkolbenzylinder in das Waffenrohr fördern. Zum anderen ist es vorteilhaft, dass der erste Kolben einen möglichst geringen Strömungswiderstand hat, wenn der erste Kolben von der Ruheposition/der Position nach dem Ausstoßen einer Waffe in die Position zum Ausstoßen einer Waffe bewegt werden soll. Hierzu ist das wenigstens eine Rückschlagventil so angeordnet, dass es beim Ausstoßen der Waffe in geschlossenen Zustand ist und sich öffnet, wenn der erste Kolben in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird. Besonders bevorzugt weist der erste Kolben mehrere Rückschlagventile, beispielsweise fünf bis acht Rückschlagventile, auf, um den Strömungswiderstand zu reduzieren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wenigstens ein zweites Waffenrohr auf. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, in vergleichsweise kurzer Zeit, mehrere Waffen auszustoßen. Das Laden einer Waffe in ein Waffenrohr ist jedoch ein vergleichsweise langsamer Vorgang. Daher ist es Vorteilhaft mehr als ein Waffenrohr, bevorzugt zwei bis acht, besonders bevorzugt drei bis sechs, Waffenrohre vorzusehen. Hierbei können alle Waffenrohre und der Wasserkolbenzylinder miteinander direkt verbunden sein. In diesem Fall wird immer nur eine Mündungsklappe eines Waffenrohrs geöffnet und nur die Waffe aus diesem Waffenrohr mit der geöffneten Mündungsklappe kann ausgestoßen werden. In den anderen Waffenrohren kann durch die fehlende Möglichkeit des Druckabbaus keine Waffe ausgestoßen werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausstoßen einer Waffe aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

a) Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Rücklaufbehälter über die erste hydraulische Verbindung in den ersten Stirnseitenbereich des Hydraulikkolbenzylinders und dadurch Bewegen des zweiten Zylinders in Richtung des zweiten Stirnseitenbereichs,
b) Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Blasenspeicher über die dritte hydraulische Verbindung in den zweiten Stirnseitenbereich des Hydraulikkolbenzylinders und dadurch Bewegen des zweiten Kolben in Richtung des ersten Stirnseitenbereichs und dadurch sowohl Fördern von Wasser aus dem Wasserkolbenzylinder in das Waffenrohr und somit Ausstoß der Waffe als auch Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Stirnseitenbereich des Hydraulikkolbenzylinders über die vierte hydraulische Verbindung in den Hydraulikbereichs des Kolbenspeichers und dadurch Bewegen des dritten Kolbens und dadurch Komprimieren des Gasbereichs des Kolbenspeichers.

Durch den Schritt a) wird die Vorrichtung in eine zum Ausstoß geeignete Position gebracht, in Schritt b) dann die Waffe ausgestoßen, wobei der zweite Kolben und somit auch der erste Kolben am Ende des Vorgangs durch die im Kolbenspeicher entstehende Gegenkraft geräuschfrei abgebremst werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zusätzlich die Verfahrensschritte auf:

c) Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenspeicher über die vierte hydraulische Verbindung in den ersten Stirnseitenbereich des Hydraulikkolbenzylinders und dadurch Bewegen des zweiten Zylinders in Richtung des zweiten Stirnseitenbereichs und dadurch Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Stirnseitenbereichs über die zweite hydraulische Verbindung in den Rücklaufbehälter,
d) Fördern von Hydraulikflüssigkeit vom Rücklaufbehälter in den Blasenspeicher.

Durch die Schritte c) und d) wird die Vorrichtung unmittelbar und schnell erneut in eine zum Ausstoß einer Waffe geeignete Position gebracht. Hierdurch kann eine zweite Waffe in sehr kurzer Zeit ausgestoßen werden, insbesondere wenn die Vorrichtung über zwei oder mehr Waffenrohre, welche mit Waffen beladen sind, verfügt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zusätzlich den Verfahrensschritt auf

e) Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenspeicher in den Rücklaufbehälter.

Soll nach dem Ausstoß einer Waffe keine weitere Waffe zeitnah ausgestoßen werden, so muss der Druck im Kolbenspeicher abgebaut werden, ohne dass der zweite Kolben aus der Ruheposition bewegt wird. Besonders bevorzugt wird die Hydraulikflüssigkeit über die fünfte hydraulische Verbindung den Hydraulikkolbenzylinder und die zweite hydraulische Verbindung in den Rücklaufbehälter gefördert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zusätzlich den Verfahrensschritt auf

f) Fördern von Hydraulikflüssigkeit vom Rücklaufbehälter in den Blasenspeicher. Hierbei kann Schritt f) vor, gleichzeitig mit oder nach Schritt e) erfolgen.

Auf diese Weise wird die für den Ausstoß benötigte Menge Hydraulikflüssigkeit im Blasenspeicher erneut zur Verfügung gestellt. Somit befindet sich das System im Ruhezustand.
Bei Hydraulikflüssigkeit kann es sich um jede Flüssigkeit handeln, welche zur Druckübertragung geeignet ist. Hydraulikflüssigkeit umfasst insbesondere Wasser und wässrige Lösungen, Alkohole, Triglyceride, Polyglykole, Ester, Kohlenwasserstoffe, Mineralöle, Schmieröle sowie Mischungen, insbesondere Emulsionen solcher Flüssigkeiten.
Beim Ausstoß von Waffen ist mit dem Ausstoß einer Waffe auch gemeint, dass in einem Waffenrohr beispielsweise drei Seeminen angeordnet sein können. Diese werden dann quasi als eine Waffe im Sinne der Erfindung betrachtet, da diese gemeinsam in einem einzigen Schritt ausgestoßen werden.
Nachfolgend sind die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren anhand in den folgenden schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 eine erste Vorrichtung
2 eine erste Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung im Ruhezustand
3 eine erste Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung, Vorbereitung zum Ausstoß
4 eine erste Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung, Ausstoß
5 eine erste Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung, erneute Vorbereitung zum Ausstoß
6 eine erste Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung, Entlasten des Kolbenspeichers
7 eine erste Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung, Vorbereitung des Blasenspeichers
8 eine zweite Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung im Ruhezustand
9 eine zweite Vorrichtung
10 eine dritte Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung im Ruhezustand
Die in den Figuren gezeigten Beispiele sind nicht maßstabsgetreu und dienen nur der schematischen Übersicht. Die Ventile sind geschlossen (quer zur Verbindung) oder offen (in Richtung der Verbindung) dargestellt, um den Ablauf darzustellen.
In 1 ist eine erste Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe gezeigt, wobei die Vorrichtung eine in einem Waffenrohr 30 angeordnete Waffe 32 zeigt, wobei die Waffe 32 ein Torpedo sein kann. Um die Waffe 32 auszustoßen ist die Mündungsklappe 34 geöffnet. Das Ausstoßen erfolgt durch Wassereinleitung aus dem Wasserkolbenzylinder 20 hinter die Waffe 32. Hierzu wird der erste Kolben 22 durch die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung 10 schnell von rechts nach links bewegt.
2 zeigt eine erste Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung 10. Die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung 10 weist einen Hydraulikkolbenzylinder 40 auf, in welchem der zweite Kolben 42 angeordnet ist, welcher mit dem ersten Kolben 22 kraftschlüssig verbunden ist. Der Hydraulikkolbenzylinder 40 weist einen ersten Stirnseitenbereich 44 und einen zweiten Stirnseitenbereich 46 sowie einen Arbeitsbereich 48 auf. Der zweite Kolben 42 kann sich durch den Arbeitsbereich 48 bewegen. Des Weiteren weist die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung 10 einen Rücklaufbehälter 50, einen Kolbenspeicher 60 und einen Blasenspeicher 70 auf, welche mit verschiedenen hydraulischen Verbindungen miteinander verbunden sind. Der Rücklaufbehälter 50 ist über die erste hydraulische Verbindung 81 mit dem ersten Stirnseitenbereich 44 des Hydraulikkolbenzylinders 40 sowie über die zweite hydraulische Verbindung 82 mit dem zweiten Stirnseitenbereich 46 des Hydraulikkolbenzylinders 40 verbunden. Zusätzlich ist die erste hydraulische Verbindung 81 über die achte hydraulische Verbindung 88 mit dem zweiten Stirnseitenbereich 46 des Hydraulikkolbenzylinders 40 verbunden. Der Blasenspeicher 70 ist über die dritte hydraulische Verbindung 83 mit dem zweiten Stirnseitenbereich 46 des Hydraulikkolbenzylinders 40 verbunden. Der Kolbenspeicher 60 ist über die vierte hydraulische Verbindung 84 mit dem ersten Stirnseitenbereich 44 des Hydraulikkolbenzylinders 40 und mit der fünften hydraulischen Verbindung 85 mit dem Arbeitsbereich 48 des Hydraulikkolbenzylinders 40 verbunden.
In der Ruhelage befindet sich der zweite Kolben 42 in der Position benachbart zum ersten Stirnseitenbereich 44 und der dritte Kolben 62 so, dass der Gasbereich 66 die maximale Ausdehnung im Kolbenspeicher 60 einnimmt. Die Ventile 90–98 sind geschlossen.
Um eine Waffe 32 ausstoßen zu können wird zunächst Hydraulikflüssigkeit aus dem Rücklaufbehälter 50 mit Hilfe der Pumpe 100 durch die erste hydraulische Verbindung 81 in den ersten Stirnseitenbereich 44 des Hydraulikkolbenzylinders 40 gefördert, wie in 3 dargestellt. Gleichzeitig fließt Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Stirnseitenbereich 46 des Hydraulikkolbenzylinders 40 über die zweite hydraulische Verbindung 82 in den Rücklaufbehälter 50. Hierzu ist die Ventile 90 und 92 geöffnet.
Um die Waffe 32 auszustoßen, wird aus dem Blasenspeicher 70 über die dritte hydraulische Verbindung 83 Hydraulikflüssigkeit in den zweiten Stirnseitenbereich 46 gefördert und gleichzeitig Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Stirnseitenbereich 44 über die vierte hydraulische Verbindung 84 in dem 64 Hydraulikbereich 64 des Kolbenspeichers 64 gefördert. Dieses ist in 4 gezeigt. Hierdurch wird der zweite Kolben 42 sehr schnell von der rechten in die linke Position bewegt und hierdurch auch der mit dem zweiten Kolben 42 verbundene erste Kolben 22. Hierdurch wiederum wird das Wasser aus dem Wasserkolbenzylinder 20 in das Waffenrohr 30 und damit die Waffe 32 aus dem Waffenrohr 30 gefördert. Gleichzeitig wird das Gas im Gasbereich 66 des Kolbenspeichers 60 komprimiert. Durch die Kompression steigt der Druck im Gasbereich 66 und übt eine steigende Kraft (= Druck × Fläche) auf den dritten Kolben 62 und damit gegen das weitere Eindringen von Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikbereich 64 des Kolbenspeichers 60 aus. Hierdurch kommt es zu einer zunächst zu vernachlässigbaren, zum Ende aber stark ansteigenden Abbremsung des zweiten Kolbens 42 ohne das der Kolben an eine Feder oder einen Anschlag anschlägt und Lärm verursacht.
Die dritte hydraulische Verbindung weist vorzugsweise drei Ventile auf, wie in 4 gezeigt. Ein Ventil 96 weist einen kleinen Durchmesser auf und dient als Bypass für einen Druckausgleich für ein Ventil 97 mit einem großen Durchmesser. Hierdurch kann zunächst das Ventil 96 und anschließend das Ventil 97 geöffnet werden. Aufgrund des Unterschieds im Durchmesser strömt der größte Teil der Hydraulikflüssigkeit durch das Ventil 97 mit dem größeren Durchmesser. Zusätzlich weist die dritte hydraulische Verbindung ein Hochlastventil 98 auf, welches ein extrem schnelles Schalten ermöglicht und gleichzeitig einen hohen Durchfluss ermöglicht. Dieses ist vorteilhaft, um einen schnellen und gezielten Ausstoß der Waffe 32 zu ermöglichen.
Analog weist die vierte hydraulische Verbindung ein Ventil 93 mit geringem Durchmesser und ein Ventil 94 mit großem Durchmesser auf.
Während des Ausstoßens der Waffe sind vorzugsweise die Ventile 93, 94, 96, 97 und 98 geöffnet, alle anderen Ventile geschlossen.
Um nach dem Ausstoß der Waffe 32 die Vorrichtung zu einem Ausstoß einer weiteren Waffe 32 vorzubereiten kann, wie in 5 gezeigt, der zweite Kolben 42 durch den Druck im Gasbereich 66 wieder von der Position am ersten Stirnseitenbereich 44 zur Position am zweiten Stirnseitenbereich 46 bewegt werden. Hierzu werden die Ventile 92, 93 und 94 geöffnet, Hydraulikflüssigkeit fließt aus dem Hydraulikbereich 64 durch die vierte hydraulische Verbindung 84 in den ersten Stirnseitenbereich 44 und ebenso fließt Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Stirnseitenbereich 46 über die zweite hydraulische Verbindung 82 in den Rücklaufbehälter 50. Optional können auch die Ventile 96, 97 und 98 geöffnet werden, um einen zusätzlichen Rückfluss in den Blasenspeicher zu ermöglichen (nicht gezeigt), damit dieser für den nächsten Ausstoß erneut gefüllt ist.
Soll die Vorrichtung nach dem Ausstoß der Waffe 32 wieder in den Ruhezustand zurückkehren, so muss zum einen, wie in 6 gezeigt, der Druck im Gasbereich 66 des Kolbenspeichers 60 abgebaut werden. Hierzu wird Hydraulikflüssigkeit beispielsweise wie hier gezeigt über die fünfte hydraulische Verbindung 85 in den Arbeitsbereich 48 des Hydraulikkolbenzylinders 40 und vom zweiten Stirnseitenbereich 46 und die zweite hydraulische Verbindung 82 in den Rückflussbehälter 50 geleitet. Hierzu sind die Ventile 95 und 92 geöffnet. Weiter muss die Hydraulikflüssigkeit im Blasenspeicher 70 wieder aufgefüllt werden, wie in 7 dargestellt. Hierzu wird Hydraulikflüssigkeit mit der Pumpe 100 aus dem Rücklaufbehälter 50 über die erste hydraulische Verbindung 81, die achte hydraulische Verbindung 88, den zweiten Stirnseitenbereich 46 und die dritte hydraulische Verbindung 83 in den Blasenspeicher 70 gepumpt. Hierzu sind die Ventile 91, 96, 97 und 98 geöffnet.
8 zeigt eine zweite Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung 10, welche zusätzlich eine sechste hydraulische Verbindung 86 und eine siebente hydraulische Verbindung 87 aufweist. Die sechste hydraulische Verbindung 86 und die siebente hydraulische Verbindung 87 weisen vorzugsweise hier nicht dargestellte Ventile und die sechste hydraulische Verbindung 86 eine weitere Pumpe auf. Die sechste hydraulische Verbindung 86, die siebente hydraulische Verbindung 87 und die achte hydraulische Verbindung 88 sind gegenseitig redundant. Es ist ausreichend, wenn die Vorrichtung eine dieser hydraulischen Verbindungen aufweist.
In 9 ist eine zweite Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe gezeigt, bei welcher im Unterschied zur in der 1 gezeigten ersten Vorrichtung die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung 10 auf der gegenüberliegenden Seite des Wasserkolbenzylinders 20 angeordnet ist. 10 zeigte eine dritte Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung 10, welche entsprechend der zweiten Vorrichtung gemäß 9 ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

10: Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung
20: Wasserkolbenzylinder
22: erster Kolben
30: Waffenrohr
32: Waffe
34: Mündungsklappe
40: Hydraulikkolbenzylinder
42: zweiter Kolben
44: erster Stirnseitenbereich
46: zweiter Stirnseitenbereich
48: Arbeitsbereich
50: Rücklaufbehälter
60: Kolbenspeicher
62: dritter Kolben
64: Hydraulikbereich
66: Gasbereich
70: Blasenspeicher
81: erste hydraulische Verbindung
82: zweite hydraulische Verbindung
83: dritte hydraulische Verbindung
84: vierte hydraulische Verbindung
85: fünfte hydraulische Verbindung
86: sechste hydraulische Verbindung
87: siebte hydraulische Verbindung
88: achte hydraulische Verbindung
90–98: Ventil
100: Pumpe

Claims

Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe (32), wobei die Vorrichtung wenigstes ein erstes Waffenrohr (30) und einen Wasserkolbenzylinder (20) aufweist, wobei Wasser aus dem Wasserkolbenzylinder (20) mit Hilfe eines ersten Kolbens (22) in das wenigstens eine erste Waffenrohr (30) befördert werden kann, wobei der erste Kolben (22) über eine Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung (10) bewegt wird, wobei die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung (10) einen Hydraulikkolbenzylinder (40) aufweist, wobei in dem Hydraulikkolbenzylinder (40) ein zweiter Kolben (42) angeordnet ist, wobei der erste Kolben (22) und der zweite Kolben (42) kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei der Hydraulikkolbenzylinder (40) einen ersten Stirnseitenbereich (44) und einen zweiten Stirnseitenbereich (46) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung (10) einen Blasenspeicher (70) und einen Kolbenspeicher (60) aufweist, wobei der Blasenspeicher (70) mit einer dritten hydraulischen Verbindung (83) mit dem zweiten Stirnseitenbereich (46) verbunden ist und der Kolbenspeicher (60) mit einer vierten hydraulischen Verbindung (84) mit dem ersten Stirnseitenbereich (44) verbunden ist, wobei der Kolbenspeicher (60) als Zylinderkolben ausgeführt ist, wobei der Kolbenspeicher (60) einen dritten Kolben (62) aufweist, wobei der dritte Kolben (62) den Kolbenspeicher (60) in einen Hydraulikbereich (64) und einen Gasbereich (66) trennt, wobei das Arbeitsvolumen des Kolbenspeichers (60) wenigstens dem Arbeitsvolumen des Hydraulikkolbenzylinders (40) entspricht und wobei der Gasbereich (66) verschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbereich (66) mit Stickstoff gefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbereich (66) einen Druck von 1,5 bis 8 bar, bevorzugt 2 bis 4 bar, aufweist, wenn der Gasbereich (66) die größtmögliche Ausdehnung im Kolbenspeicher (60) einnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbereich (66) einen Druck von 50 bis 400 bar, bevorzugt 100 bis 250 bar, aufweist, wenn der Gasbereich (66) die kleinstmögliche Ausdehnung im Kolbenspeicher (60) einnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte hydraulische Verbindung (83) ein erstes Blasenspeicherventil und ein zweites Blasenspeicherventil aufweist, wobei das erste Blasenspeicherventil und das zweite Blasenspeicherventil parallel geschaltet sind, wobei das erste Blasenspeicherventil einen geringeren Innendurchmesser als das zweite Blasenspeicherventil aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte hydraulische Verbindung (84) ein erstes Kolbenspeicherventil und ein zweites Kolbenspeicherventil aufweist, wobei das erste Kolbenspeicherventil und das zweite Kolbenspeicherventil parallel geschaltet sind, wobei das erste Kolbenspeicherventil einen geringeren Innendurchmesser als das zweite Kolbenspeicherventil aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenspeicher (60) und der Hydraulikkolbenzylinder (40) mit einer fünften hydraulischen Verbindung (85) verbunden sind, wobei die fünfte hydraulische Verbindung (85) im Arbeitsbereich (48) des Hydraulikkolbenzylinders (40) mündet.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungs- und Abbremsvorrichtung (10) einen Rücklaufbehälter (50) aufweist, wobei der Rücklaufbehälter (50) eine erste hydraulische Verbindung (81) zum ersten Stirnseitenbereich (44) und eine zweite hydraulische Verbindung (82) zum zweiten Stirnseitenbereich (46) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten hydraulischen Verbindung (81) eine Pumpe (100) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasenspeicher (70) und die erste hydraulische Verbindung (81) mit einer sechsten hydraulischen Verbindung (86) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasenspeicher (70) und der Rücklaufbehälter (50) mit einer siebenten hydraulischen Verbindung (87) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (22) wenigstens ein Rückschlagventil aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens ein zweites Waffenrohr (30) aufweist.
Verfahren zum Ausstoßen einer Waffe (32) aus einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Rücklaufbehälter (50) über die erste hydraulische Verbindung (81) in den ersten Stirnseitenbereich (44) des Hydraulikkolbenzylinders (40) und dadurch Bewegen des zweiten Zylinders in Richtung des zweiten Stirnseitenbereichs (46), b) Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Blasenspeicher (70) über die dritte hydraulische Verbindung (83) in den zweiten Stirnseitenbereich (46) des Hydraulikkolbenzylinders (40) und dadurch Bewegen des zweiten Kolben in Richtung des ersten Stirnseitenbereichs (44) und dadurch sowohl Fördern von Wasser aus dem Wasserkolbenzylinder (20) in das Waffenrohr (30) und somit Ausstoß der Waffe (32) als auch Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Stirnseitenbereich (44) des Hydraulikkolbenzylinders (40) über die vierte hydraulische Verbindung (84) in den Hydraulikbereichs (64) des Kolbenspeichers (60) und dadurch Bewegen des dritten Kolbens (62) und dadurch Komprimieren des Gasbereichs (66) des Kolbenspeichers (60).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich die Verfahrensschritte aufweist: c) Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenspeicher (60) über die vierte hydraulische Verbindung (84) in den ersten Stirnseitenbereich (44) des Hydraulikkolbenzylinders (40) und dadurch Bewegen des zweiten Zylinders in Richtung des zweiten Stirnseitenbereichs (46) und dadurch Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Stirnseitenbereichs (46) über die zweite hydraulische Verbindung (82) in den Rücklaufbehälter (50), d) Fördern von Hydraulikflüssigkeit vom Rücklaufbehälter (50) in den Blasenspeicher (70), wobei Schritt d) vor, gleichzeitig mit oder nach Schritt c) erfolgen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich den Verfahrensschritt aufweist: e) Fördern von Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenspeicher (60) in den Rücklaufbehälter (50).
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich den Verfahrensschritt aufweist: f) Fördern von Hydraulikflüssigkeit vom Rücklaufbehälter (50) in den Blasenspeicher (70), wobei Schritt f) vor, gleichzeitig mit oder nach Schritt e) erfolgen kann.