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Die Erfindung betrifft ein Waffenrohr für ein Unterseeboot mit einer Ausstoßvorrichtung mit kompakter Bauweise und der Möglichkeit zum lautlosen Ausstoß einer Waffe.
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Auf militärischen Schiffen werden Waffenrohre eingesetzt, um Objekte aufzunehmen und auszustoßen. Unter einem Waffenrohr wird ein Rohr mit in erster Näherung rundem Querschnitt verstanden. Typische Waffenrohre sind beispielsweise Torpedorohre oder Ausstoßvorrichtungen für Täuschkörper oder Sonareinrichtungen. Objekte umfassen erfindungsgemäß Waffen wie zum Beispiel Torpedos, Flugkörper, Minen sowie Täuschkörper aber auch Staucontainer. Staucontainer im Sinne dieser Erfindung sind Staucontainer wie diese zum Beispiel in Unterseebooten zur Ausbringung durch Torpedorohre Verwendung finden. Diese Staucontainer dienen dazu, Ausrüstungsgegenstände zum Beispiel für Taucher zu transportieren und im Einsatzfall insbesondere auch unter Wasser aus einem Unterseeboot auszubringen.
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Eine Waffe im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Torpedo, ein Flugkörper, ein Täuschkörper oder eine Mine. Solche Waffen werden regelmäßig von Kriegsschiffen, wie beispielsweise Korvetten, Fregatten, Zerstören, Kreuzern oder Unterseebooten mitgeführt. Diese Waffen werden regelmäßig durch ein Waffenrohr ausgestoßen, wobei auch andere Ausstoßarten üblich sind.
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Unter dem Inneren eines Unterseeboots wird im Sinne der Erfindung der Druckkörper verstanden, somit ist Außen die Umgebung des Unterseeboots. Somit ist ein inneres Teil dem Druckkörper naheliegend zu verstehen, ein äußeres Teil dem Druckkörper entfernt liegend und in Richtung Umgebung angeordnet zu verstehen.
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Ein Waffenrohr eines Unterseeboots unterscheidet sich von anderen Waffenrohren dadurch, dass das Waffenrohr den Innenbereich, innerhalb des Druckkörpers, mit der Umgebung, außerhalb des Druckkörpers, verbindet. Um ein Waffenrohr eines Unterseeboots nachladen zu können, muss das Waffenrohr so ausgebildet sein, dass dieses dann Bestandteil des Druckkörpers ist und somit den Umgebungsdruck vollständig tragen kann. Anderseits muss ein Waffenrohr zum Ausstoß der Waffe auf Umgebungsdruck gebracht werden. Hierdurch muss nun das Innere des Waffenrohrs druckdicht gegenüber dem Inneren des Unterseeboots sein. Dieses unterscheidet Waffenrohre für Unterseeboote grundlegend von Waffenrohren von Überwasserschiffen, Landfahrzeugen oder Luftfahrzeugen, da zum Beispiel auch alle Durchführungen in das Waffenrohr entsprechend druckdicht ausgeführt sein müssen. Des Weiteren ist der verfügbare Platz in einem Unterseeboot regelmäßig sehr gering, da unnötiger Raum zusätzlichen Auftrieb erzeugt und so zu einer deutlichen Vergrößerung anderer Komponenten des Unterseeboots führt, insbesondere der Ballastvorrichtungen.
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Es gibt eine Vielzahl an verschiedenen Waffenrohren, insbesondere auf die verwendete Technik zum Ausstoß einer Waffe. Eine Waffe wird oft mittels Druckluft ausgestoßen. Hierdurch kann eine Waffe, beispielsweise ein Torpedo, vergleichsweise schnell und einfach ausgestoßen werden. Ebenfalls ist hiermit eine hohe Beschleunigung möglich, welche benötigt wird, um einen vergleichsweise schweren Torpedo auf der kurzen Strecke des Waffenrohrs auf seine Ausstoßgeschwindigkeit zu beschleunigen. Nachteilig ist, dass dieses Verfahren vergleichsweise laut ist. Beim Abschuss eines Torpedos kann dieses in der normalen Gefechtssituation hingenommen werden, da der ausgestoßene Torpedo durch die vergleichsweise hohe Drehzahl der Schraube die Position des Abschusses bereits offenbart.
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Des Weiteren gibt es Waffenrohre, welche kein System zum aktiven Ausstoßen einer Waffe aufweisen. Aus solchen Waffenrohren läuft die Waffe ab, das heißt, die Waffe verlässt aus eigenem Antrieb und mit eigener Kraft das Waffenrohr. Beispielsweise kann ein Torpedo aus einem Waffenrohr ablaufen.
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Es gibt jedoch auch Situationen, in welchen ein leises Ausstoßen vorteilhaft ist oder eine Waffe aus einem Waffenrohr ausgestoßen werden soll, für welche ein konventionelles Ausstoßsystem nicht verwendbar ist. Beispielsweise können keine Minen aus einem Waffenrohr ausgebracht werden, welches ausschließlich für selbst ablaufende Torpedos ausgelegt ist, da Minen typischer Weise über keinen eigenen Antrieb verfügen.
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Aus der
DE 10 2015 202 553 A1 ist eine Vorrichtung zum Transport und zur Lagerung einer Waffe mit einer Schubkette bekannt. Diese Vorrichtung dient jedoch lediglich dem Nachladen eines Waffenrohrs mit einer Waffe und kann nicht zum Ausstoßen einer Waffe verwendet werden.
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Aus der
DE 10 2015 205 203 A1 ist eine in ein Waffenrohr einführbare Waffenausstoßvorrichtung bekannt, welche wenigstens eine erste Schubkette aufweist. Eine entsprechende Waffenausstoßvorrichtung muss jedoch zum Nachladen aus dem Waffenrohr entfernt werden und bei Nichtbenutzung im Inneren eines Unterseebootes gelagert werden.
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Aus der
EP 0 151 980 A2 ist eine Ausstoßvorrichtung mit einer Wasserzylinder-Kolben-Einheit bekannt, wobei der Antrieb über eine hydraulische Stellzylinderanordnung erfolgt.
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Aus der
DE 10 2014 217 747 A1 ist ein Unterseeboot mit einem Ausstoßrohr und einer Ausstoßvorrichtung mit einem Arbeitszylinder bekannt.
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Aus der
DE 10 2016 201 101 B4 ist eine Vorrichtung zum Ausstoß einer Waffe mit einem Wasserkolbenzyliner für einen Druckwasserausstoß bekannt.
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Aus der
DE 37 20 401 A1 ist eine Transportvorrichtung in einem Torpedorohr mit einer Kolben-Zylinder-Einheit und einem Seilzug bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Waffenrohr zu schaffen, welches zusammen mit der Ausstoßvorrichtung sehr platzsparend ist und einen leisen und schnellen Ausstoß einer Waffe ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Waffenrohr 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 für ein Unterseeboot mit einer Ausstoßvorrichtung weist wenigstens einen ersten Arbeitszylinder und wenigstens einen ersten Druckspeicher auf. Der wenigstens eine erste Arbeitszylinder ist im Inneren des Waffenrohrs angeordnet. Der wenigstens eine erste Arbeitszylinder weist wenigstens eine erste Seite des Arbeitszylinders auf. Die erste Seite des Arbeitszylinders ist mit Gas gefüllt, beispielsweise mit Luft, Stickstoff, Helium, Argon oder einem Gemisch hieraus, bevorzugt mit Stickstoff. Der wenigstens eine erste Arbeitszylinder weist wenigstens eine zweite Seite des Arbeitszylinders auf. Die zweite Seite des Arbeitszylinders ist mit einer Flüssigkeit gefüllt. Als Flüssigkeit kann beispielsweise Wasser oder Öl, insbesondere Mineralöl oder Silikonöl, eingesetzt werden. Flüssigkeiten weisen eine geringe Kompressibilität auf, sodass eine Druckänderung nur eine sehr geringe Volumenänderung zur Folge hat. Vorteilhaft ist eine geringe Viskosität der Flüssigkeit, um einen schnellen Ausstoß zu ermöglichen. Eine nicht-wässrige Flüssigkeit ist vorteilhaft um Korrosion zu vermeiden. Der wenigstens eine Druckspeicher weist wenigstens eine erste Seite des Druckspeichers auf. Die erste Seite des Druckspeichers ist mit Gas gefüllt, beispielsweise mit Luft, Stickstoff, Helium, Argon oder einem Gemisch hieraus, bevorzugt mit Stickstoff. Besonders bevorzugt ist das Gas der ersten Seite des Druckspeichers und der ersten Seite des Arbeitszylinders identisch. Der wenigstens eine erste Druckspeicher weist wenigstens eine zweite Seite des Druckspeichers auf. Die zweite Seite des Druckspeichers ist mit einer Flüssigkeit gefüllt. Die wenigstens eine zweite Seite des Druckspeichers und die wenigstens eine zweite Seite des Arbeitszylinders sind über wenigstens eine erste Verbindung miteinander verbunden, wobei die erste Verbindung ein erstes Ventil aufweist. Der wenigstens eine erste Arbeitszylinder weist einen Arbeitskolben auf, wobei der Arbeitskolben die wenigstens eine erste Seite des Arbeitszylinders und die wenigstens eine zweite Seite des Arbeitszylinders trennt. Der Arbeitskolben ist mit einer Kupplungsvorrichtung verbunden, wobei die Kupplungsvorrichtung zum Ausstoß einer Waffe aus dem Waffenrohr ausgebildet ist.
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Außerdem führt die erfindungsgemäße Ausstoßvorrichtung zu einem lautlosen Ausstoßen der Waffe. Ein typisches Problem beim mechanischen Ausstoßen der Waffe ist üblicher Weise der Anschlag des Arbeitskolbens am Ende des Arbeitszylinders, was ein lautes Geräusch erzeugt und das Unterseeboot somit ortbar macht. Bei Ausstoß wird jedoch das Gas in der erste Seite des Arbeitszylinders während des Ausstoßens komprimiert. Durch den schnellen Ausstoß handelt es sich in erster Näherung um die adiabatische Kompression eines idealen Gases, wobei der Druck in Abhängigkeit vom verbleibenden Volumen der ersten Seite des Arbeitszylinders sich ändert:
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Somit steigt der Druck zunächst sehr langsam an. Kurz vor Erreichen des Endes des Arbeitszylinders wird das Volumen der ersten Seite des Arbeitszylinders sehr klein und der Druck steigt sehr rasch an. Somit kommt es kurz vor Erreichen des Anschlags zu einem Abbremsen bis zum Stillstand ohne dass der Arbeitskolben anschlägt. Es entsteht somit kein Geräusch.
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Angetrieben wird das System durch das auf der ersten Seite des Druckspeichers unter Druck stehende Gas. Am Ende des Ausstoßes weisen die erste Seite des Druckspeichers und die erste Seite des Arbeitszylinders den gleichen Druck auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine erste Druckspeicher im Inneren des Waffenrohrs angeordnet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da alle relevanten Komponenten im Waffenrohr angeordnet sind. Wäre insbesodnere der Druckspeicher außerhalb des Waffenrohrs angeordnet, wie dieses heute üblich ist, so muss eine vergleichsweise große Durchführung in das Waffenrohr hineinführen. Da das Waffenrohr aber auch Bestandteil des Druckkörpers ist, sind große Durchführungen problematisch. Je kleiner jedoch die Durchführung ist, desto größer sind jedoch die Druckverluste, desto geringer ist die maximal erreichbare Ausstoßgeschwindigkeit der Waffe. Auch kann auf einen Druckspeicher außerhalb des Waffenrohres verzichtet werden. Insbesondere auch im Vergleich zum Ausstoß der Waffe mit Wasser (durch Einleiten von Wasser in das Waffenrohr hinter die Waffe) wird nur ein kleines Volumen im Druckspeicher benötigt, da lediglich das Volumen im Arbeitszylinder von der unter Druck stehenden Flüssigkeit gefüllt werden muss.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Volumen des wenigstens einen Druckspeichers 1,5- bis viermal so groß wie das Volumen des Arbeitszylinders. Ist das Volumen etwa 1,5 mal so groß, so reduziert sich in erster Näherung der Druck des ersten Bereichs des Druckspeichers auf etwa 20%, ist das Volumen etwa 4 mal so groß, so reduziert sich der Druck auf etwa 70% des Ausgangsdrucks. Hierdurch wird die genutzte Energie aus dem komprimierten Gas für den Ausstoß eingestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die wenigstens eine zweite Seite des Druckspeichers und die wenigstens eine zweite Seite des Arbeitszylinders über eine zweite Verbindung miteinander verbunden, wobei die zweite Verbindung Mittel zur aktiven Förderung der Flüssigkeit aufweist. Über die zweite Verbindung kann die Flüssigkeit nach dem Ausstoß einer Waffe wieder zurück gepumpt werden. Hierdurch wird auch der Druck in der ersten Seite des Druckspeichers wieder erhöht, da Flüssigkeit in die zweite Seite des Druckspeichers gefördert wird, diese somit wieder mehr Platz einnehmen muss und dadurch die erste Seite des Druckspeichers platzmäßig verringert wird. Die Mittel zur aktiven Förderung sind vorzugsweise außerhalb des Waffenrohrs angeordnet. Da hier Zeit nicht besonders kritisch ist, kann der Durchmesser der zweiten Verbindung gering gehalten werden, sodass nur sehr kleine Durchbrüche durch das Waffenrohr bereit gestellt werden müssen, um die Mittel zur aktiven Förderung außerhalb anordnen zu können.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Arbeitskolben mit einer Kolbenstange verbunden. Die Kolbenstange weist am dem Arbeitskolben gegenüberliegenden Ende eine erste Umlenkrolle auf, wobei um die erste Umlenkrolle eine erste Zugvorrichtung umgelenkt wird. Die erste Zugvorrichtung ist mit einer Kupplungsvorrichtung verbunden. Hieraus resultiert, dass die Waffe mit der doppelten Geschwindigkeit des Arbeitskolbens ausgestoßen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der wenigstens eine erste Arbeitszylinder und der wenigstens eine erste Druckspeicher in Längsrichtung des Waffenrohrs angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Verbindung einen ersten kleinsten Querschnitt auf, wobei der erste kleinste Querschnitt wenigstens 50 % des Querschnitts des Arbeitszylinders aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die wenigstens eine zweite Seite des Druckspeichers und die wenigstens eine zweite Seite des Arbeitszylinders über eine dritte Verbindung miteinander verbunden, wobei die dritte Verbindung Mittel zur Durchflussregelung aufweisen. Während die erste Verbindung einen schnellen Ausstoß ermöglichen soll, um zum Beispiel einen Torpedo mit maximaler Geschwindigkeit auszustoßen, dient die dritte Verbindung dazu, Gegenstände mit geringer Geschwindigkeit auszustoßen, beispielsweise Minen oder Staucontainer. Die dritte Verbindung kann einen kleinen Querschnitt aufweisen. Somit kann die dritte Verbindung innerhalb oder außerhalb des Waffenrohres angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Seite des Druckspeichers wenigstens eine erste Druckfeder auf. Die erste Druckfeder kann als eine einzelne, einstückige Druckfeder ausgeführt sein. Die erste Druckfeder kann auch mehrteilig ausgeführt sein, wobei die Teilfedern dann vorzugsweise in Längsrichtung des Druckspeichers hintereinander angeordnet sind. Es können auch zwei oder mehr Druckfedern ineinander angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Seite des Druckspeichers im einsatzbereiten Zustand einen Druck von 150 bar bis 1000 bar, bevorzugt von 200 bar bis 600 bar, besonders bevorzugt von 250 bar bis 400 bar auf. Die erste Seite des Arbeitszylinders weist im einsatzbereiten Zustand einen Druck von 1 bar bis 10 bar, bevorzugt von 1 bar bis 5 bar, besonders bevorzugt von 2 bar bis 4 bar auf.
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Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Waffenrohr anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- 1 Blick in ein erfindungsgemäßes Waffenrohr
- 2 einsatzbereite Ausstoßvorrichtung
- 3 Ausstoßvorrichtung am Ende des Ausstoßvorgangs
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Waffenrohr 10 mit einem in Längsrichtung des Waffenrohrs 10 verlaufenden Arbeitszylinder 20 und einem in Längsrichtung des Waffenrohrs 10 verlaufenden Druckspeicher 30 gezeigt. Der Arbeitszylinder 20 und der Druckspeicher 30 sind über eine erste Verbindung 40 miteinander verbunden. Weiter sind der Arbeitszylinder 20 und der Druckspeicher 30 über eine zweite Verbindung 90 und eine dritte Verbindung 120 miteinander verbunden, wobei die zweite Verbindung 90 und eine dritte Verbindung 120 partiell außerhalb des Waffenrohrs 10 verlaufen und daher nicht vollständig sichtbar sind.
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2 zeigt die Ausstoßvorrichtung im ausstoßbereiten Zustand (Grundzustand). Das Waffenrohr 10 ist zur Vereinfachung weggelassen. Auch ist die Perspektive vereinfacht, da die Waffe 80 aus Platzgründen oberhalb des Arbeitszylinders 20 und des Druckzylinders 30, also um 90° gedreht, angeordnet ist. Auch weist die Waffe 80 in Realität deutlich größeren Durchmesser im Vergleich zum Arbeitszylinder 20 und zum Druckspeicher 30 auf, wie aus 1 ansatzweise erkennbar ist.
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In 3 zeigt die Ausstoßvorrichtung am Ende des Ausstoßvorgangs (entspannter Zustand), unmittelbar bevor die Waffe 80 das Waffenrohr 10 verlässt.
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Im Grundzustand nimmt die erste Seite des Druckspeichers 32 einen vergleichsweise kleinen Teil des Druckspeichers 30 ein und steht unter hohem Druck, im entspannten Zustand ist das Volumen der ersten Seite des Druckspeichers 32 entsprechend größer, der Druck geringer. Dem entsprechend ist die zweite Seite des Druckspeichers 34 im Grundzustand größer, im entspannten Zustand kleiner. Die Flüssigkeit ist zwischen diesen Zuständen durch die erste Verbindung 40 und das erste Ventil 42 in die zweite Seite des Arbeitszylinders 24 geflossen. Da Flüssigkeiten nur wenig kompressibel sind, ist die Summe der Volumina der zweiten Seite des Arbeitszylinders 24 und der zweiten Seite des Druckspeichers 34 in erster Näherung konstant. Dem entsprechend nimmt die erste Seite des Arbeitszylinders 22 (in 2 nicht erkennbar) den Großteil des Volumens des Arbeitszylinders 20 ein, der Druck des Gases in der ersten Seite des Arbeitszylinders 22 ist entsprechend gering. Im entspannten Zustand ist der Druck des Gases in der ersten Seite des Arbeitszylinders 22 entsprechend höher und im Gleichgewicht mit dem Druck des Gases in der ersten Seite des Druckspeichers 32. Durch das Fließen von Flüssigkeit aus der zweiten Seite des Druckspeichers 34 in die zweite Seite des Arbeitszylinders 24 wird der Arbeitskolben 50 im gezeigten Fall nach links bewegt. Mit dem Arbeitskolben 50 wird auch die Kolbenstange 52 bewegt. Am Ende der Kolbenstange 52 ist eine erste Umlenkrolle 100 angeordnet, über die eine erste Zugvorrichtung 110 verläuft. Die erste Zugvorrichtung beschleunigt hierbei die Kupplungsvorrichtung 60 und diese wiederrum die Waffe 80. Die Waffe 80 legt somit die doppelte Strecke des Arbeitskolbens 50 zurück. Um die Kupplungsvorrichtung wieder einfach in die Ausgangsposition zurück zu bewegen, weist die Ausstoßvorrichtung eine zweite Umlenkrolle 102 auf, wodurch beim Zurückfahren des Arbeitskolbens 50 gleichzeitig auch die Kupplungsvorrichtung 60 zurück gefahren wird.
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Um die Ausstoßvorrichtung aus dem entspannten Zustand wieder in den Grundzustand zurück zu überführen, weist die Vorrichtung eine zweite Verbindung 90 auf, welche über Mittel zur aktiven Förderung 92, beispielsweise eine Pumpe, verfügt. Die Mittel zur aktiven Förderung 92 sind im gezeigten Beispiel außerhalb des Waffenrohrs 10 angeordnet. In 1 ist erkennbar, dass hierfür nur eine sehr kleine Durchführung durch den Druckkörper des Waffenrohrs 10 benötigt wird.
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Um auch beispielsweise Minen ausstoßen zu können, weißt die Ausstoßvorrichtung eine dritte Verbindung 120 auf. Um die Geschwindigkeit des Ausstoßes gezielt zu regeln weist die dritte Verbindung Mittel zur Durchflussregelung 122 auf. Die Mittel zur Durchflussregelung 122 sind wie auch die Mittel zur aktiven Förderung 92 im gezeigten Beispiel außerhalb des Waffenrohrs 10 angeordnet.
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Im Inneren der ersten Seite des Druckspeichers 32 sind Druckfedern 130 angeordnet. Im gezeigten Fall sind vier einzelne Druckfedern 130 durch drei Kolben getrennt, wobei die Kolben im gezeigten Beispiel durchlässig für das Gas sind. Um die erste Seite des Druckspeichers 32 mit Gas zu befüllen, weist die Ausstoßvorrichtung eine Gaseinspeisung auf.
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Um das erste Ventil 42 zu öffnen kann die Ausstoßvorrichtung eine Auslösevorrichtung 140 aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Waffenrohr
- 20
- Arbeitszylinder
- 22
- erste Seite des Arbeitszylinders
- 24
- zweite Seite des Arbeitszylinders
- 30
- Druckspeicher
- 32
- erste Seite des Druckspeichers
- 34
- zweite Seite des Druckspeichers
- 40
- erste Verbindung
- 42
- erstes Ventil
- 50
- Arbeitskolben
- 52
- Kolbenstange
- 60
- Kupplungsvorrichtung
- 80
- Waffe
- 90
- zweite Verbindung
- 92
- Mittel zur aktiven Förderung
- 100
- erste Umlenkrolle
- 102
- zweite Umlenkrolle
- 110
- erste Zugvorrichtung
- 120
- dritte Verbindung
- 122
- Mittel zur Durchflussregelung
- 130
- Druckfeder
- 140
- Auslösevorrichtung
- 150
- Gaseinspeisung
