DE2725925C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpvorrichtung für flüssiges Treibmittel eines Geschützes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Pumpvorrichtung ist aus der US-PS 37 63 739 bekannt.

Bei der bekannten Pumpvorrichtung wird der Pumpkolben nach der Verbrennung in der Brennkammer in eine erste Extremstellung oder eine Stellung "volle Expansion" bewegt zur Beendigung eines Pumpzyklus. Danach wird seine Bewegungsrichtung umgekehrt, und der Kolben wird in eine zweite Extremstellung oder in die Stellung "volle Kompression" bewegt. Mit dem Erreichen dieser zweiten Extremstellung erfolgt die Verbrennung, der Kolben wird erneut in die erste Extremstellung bewegt, und damit endet ein weiterer Pumpzyklus.

Beim Expandieren prallt der Pumpkolben hart gegen einen Anschlag, wodurch die Betriebssicherheit verringert wird. Zu diesem Zweck können, wie es in der US-PS 31 85 043 beschrieben ist, zusammenpassende Vorsprünge und Vertiefungen auf bzw. in den relativ zueinander bewegbaren Bauteilen vorgesehen sein, um das bewegte Bauteil an seiner Extremstellung abzubremsen.

Ferner wäre es wünschenswert, eine genau bemessene Treibmittelmenge in die Brennkammer zu pumpen, um für eine gleichbleibende und genau steuerbare Antriebskraft zu sorgen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Pumpvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit wenigen bewegten Bauteilen mit großer Betriebssicherheit eine genau dosierte Treibmittelmenge in die Brennkammer pumpt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das flüssige Treibmittel selbst für den Bremswiderstand oder die Dämpfung der Kolbenbewegung sorgt, um starke Aufprallstöße zu vermeiden.

Eine wichtige Unterstützung dieser Bewegungsdämpfung wird durch eine zusätzliche Hülse erhalten, welche sich in der erforderlichen Stellung zum Dämpfen und Anhalten des Kolbens befindet, wenn der Kolbenkopf die erste Endstellung erreicht, die sich aber während eines anderen Teils des Pumpzyklus zweimal bewegt. Sie arbeitet auch noch als Sperrventil. Durch ihre erste Bewegung, welche von der Anschlagstellung weggerichtet ist, kann das flüssige Treibmittel von der Einlaßkammer zur Pumpkammer gelangen. Durch ihre zweite oder Rückholbewegung in die Anschlagstellung wird die Einlaßkammer von der Pumpkammer abgesperrt. Dies führt zu einer beträchtlichen Verminderung der Anzahl von Teilen.

Die zusätzliche Hülse trägt auch noch zur Erreichung einer dritten Funktion bei. Die Hülse wie auch der Kolbenkopf und das Hauptanschlagventil haben eine besondere räumliche Gestalt, so daß praktisch das gesamte flüssige Treibmittel, welches von der Einlaßkammer in die Pumpkammer überführt wurde, von dieser Pumpkammer aus in die Brennkammer weitergeleitet wird, bevor eine neue Ladung des flüssigen Treibmittels in die Pumpkammer eingelassen wird. Daher ist kein Rückstand oder "Fehlmenge" von flüssigem Treibmittel in der Pumpkammer vorhanden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Detailansicht im Längsschnitt von einem Geschütz, welches eine Ausführungsform der Pumpvorrichtung gemäß der Erfindung enthält.

Die Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Pumpvorrichtung nach Fig. 1, wobei sich der Kolbenkopf in seiner ersten oder am weitesten rechts gelegenen Extremstellung befindet.

Die Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Ebene III-III in Fig. 2.

Die Fig. 4 ist eine vergrößerte Detailansicht der Pumpvorrichtung nach Fig. 1 während des Zeitintervalls des Eintrittes des Treibmittels in die Pumpenkammer.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines Geschützes, welches eine Anzahl von Pumpvorrichtungen nach Fig. 1 enthält, entlang der Faltungsebene V-V.

Die Pumpvorrichtung nach Fig. 1 kann in einem bekannten Geschütz mit flüssigem Treibmittel enthalten sein, welches ein einziges oder zwei Treibmittel verwenden kann.

Das Geschütz enthält ein Geschützrohr 10 mit einem Rohrlauf 12, welches in einer vorderen Bohrung 14 eines Geschützgehäuses 16 befestigt ist. Das Gehäuse besitzt eine rückwärtige Bohrung 18 mit mehreren Verriegelungsvertiefungen 20 zur Aufnahme eines Geschützbolzens 22 mit einer Anzahl von Verriegelungsnasen 24. Ein Geschoß 26 mit einem Geschoßführungsring 27 kann durch die rückwärtige Bohrung 18 eingesetzt und durch den Bolzen 22 in die Geschützbohrung 12 nach vorne geschoben werden, wobei dann der Bolzen in und mit dem Gehäuse verriegelt wird. Der Geschoßführungsring 27 bewirkt eine gasdichte Abdichtung zur Bohrung. Das Geschütz nach Fig. 1 ist mit einer Pumpvorrichtung 28 versehen, wobei für das Geschütz nach Fig. 5 mehrere derartige Vorrichtungen vorgesehen sind.

Wie am besten aus der Fig. 4 ersichtlich ist, enthält die Pumpvorrichtung 28 ein innen hohles Pumpengehäuse 29 mit einer zylindrischen Längsbohrung. Die Bohrung 30 ist in einen linken oder Brennkammerteil 32 und einen mittleren oder Pumpkammerteil 33 unterteilt, welcher von einer rechten Vorrats- oder Einlaßkammer 34 abgetrennt ist. Ein Sperrventil 36 ist im Pumpgehäuse 29 befestigt und enthält eine ringförmige Buchse 38, welche ein Außengewinde 40 zum Eingriff mit einem Gewinde 42 und einem Ansatz 44 am Gehäuse 29 besitzt. Das Sperrventil 36 hat eine Längsbohrung in drei abgestuften Teilen: ein Teil 46 mit dem kleinsten Durchmesser, ein Teil 48 mit einem mittleren Durchmesser und ein Teil 50 mit dem größten Durchmesser. Die Buchse 38 für das Sperrventil besitzt eine linke Stirnfläche 52, einen inneren Ansatz 54, einen inneren Ansatz 56 und eine rechte Stirnfläche 58. Eine Hülse 60 besitzt eine Längsbohrung 62 und einen linken kegelstumpfförmigen Kopfteil 64. Die Hülse 60 setzt sich fort in eine Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden auf dem Umfang im Abstand angeordneten Stäben 66 (hier sind drei Stäbe dargestellt). Die Stäbe 66 sind mit entsprechenden verbreiterten Endteilen 68 versehen, die jeweils eine linke Fläche 70 aufweisen, welche an dem Ansatz 56 anliegen kann. Die Hülse 60 besitzt eine rechte Fläche 72, welche passend zur Abdichtung gegen die Fläche 52 gestaltet ist, eine konische Umfangsfläche 74 und eine linke Fläche 76. Zwischen den Ansatz 54 und die Fläche 70 ist eine Druckspiralfeder 78 eingesetzt und bewirkt eine Vorspannung der Hülse 60 nach rechts.

Die Hülse 60 und besonders ihr Kopfteil 64 erscheinen in dem Längsabschnitt der Fig. 2 oder der Fig. 4 als "Stopfen" oder vorstehende Ansätze, die zusammenpassend mit den auf diesen Längsschnitten erscheinenden Hohlräumen 79 gestaltet sind, welche in dem Kopfteil 102 des Kolbens 100 gebildet sind, wenn der Kolben seine am weitesten rechts gelegene oder erste Extremstellung erreicht. Ebenfalls aus dem gleichen Längsschnitt und am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist eine Form des Kolbenkopfes zwischen den Hohlräumen 79 und der Innenwand des Gehäuses 29, welche vollständig ineinandergreifende "Finger" 81 aufweist, so daß gemäß der Darstellung in Fig. 2 das Pumpenkammervolumen auf Null reduziert ist. Der Teil 46 mit dem kleinsten Durchmesser am Gehäuse 48 dient als Trenneinrichtung zwischen der mittleren und der rechten Kammer und auch noch als Anschlageinrichtung für den Kolbenkopf 102. Die Hülse 60 und ihr Kopfteil 64 wirken als zusätzliches Trennteil oder zusätzliches Anschlagteil und ergeben weiterhin die bereits erwähnte Dämpfungswirkung, welche nachstehend noch ausführlicher beschrieben wird. Weiterhin dienen sie noch als das eigentliche Sperrventil.

Der Kolben 100 besitzt den bereits erwähnten Kopfteil 102, welcher in der Brennkammer 32 gleitet, und eine in der Bohrung 62 der Hülse 60 gleitende Kolbenstange 104. Der Kopfteil 102 besitzt einen Längsschnitt in Form eines L-Ringes mit einer äußeren Umfangsfläche 106 zum gleitenden Eingriff mit der Wand der Brennkammer 32, einer rechtwinkligen querverlaufenden Ringfläche 108, welche zur Abdichtung an der Fläche 76 anliegen kann, und eine konische Ringfläche 110 angepaßt zur Abdichtung an der Fläche 74. Weiterhin ist eine querverlaufende Ringfläche 111 angepaßt und zur Abdichtung an der Fläche 52 vorgesehen sowie eine linke Fläche 112 mit einer konischen Vertiefung oder vergrößerten Öffnung 114 und eine Anzahl von Bohrungen oder Kanälen mit Engstellen 116, welche in einer Ringreihe angeordnet sind und die Fläche 108 mit der Vertiefung 114 verbinden.

Das linke Ende der Brennkammer 32 ist durch eine Dichtung 117 verschlossen, welche eine Zündkerze 118 trägt. Ein entsprechender Kanal 120 dient als Strömungsmittelverbindung zwischen der entsprechenden Brennkammer 32 und dem linken Ende des Geschützlaufes 12.

Das rechte Ende jedes Einlaßkammerteils 34 für das flüssige Treibmittel öffnet sich in einen ringförmigen Kanal oder Verteiler 124, welcher seinerseits bei 126 eine Öffnung zu einem Zufuhrventil 128 für das Treibmittel besitzt. Das Ventil 128 enthält ein Gehäuse 130 mit einem Einlaßteil 132, einem Zylinder 134 und einer Hülse 136. Die Hülse kann durch Kurvenscheiben gesteuert werden zur Synchronisation mit anderen Funktionen des Geschützes.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß vor dem Laden das Ventil 128 geschlossen ist und sich der Kolben 100 in seiner am weitesten rechts gelegenen Stellung befindet, wo er gegenüber dem Sperrventil 36 abgedichtet in demselben sitzt. Ein Geschoß 26 wird in den Geschützlauf 12 eingeführt, und der Bolzen 22 wird geschlossen und verriegelt. Die Hülse 136 wird nach links geschoben zum Öffnen des Ventils 128, wodurch das flüssige Treibmittel unter Druck in den Verteiler 124 eingelassen wird. Das unter Druck stehende Treibmittel strömt weiter in die Einlaßkammer 34 und in die Längsvertiefungen zwischen den Stäben 68 und übt einen Druck gegen den Hülsenkopf 64 aus. Der Kopf 64 und damit der Kolben werden nach links gegen die Vorspannung der Feder 78 und von der Oberfläche 52 weggeschoben und gestatten dadurch, daß flüssiges Treibmittel durch die schmalen Kanäle oder Durchlässe um den Kopf 64 herum und gegen die Oberfläche 111 den Kolbenkopf 102 strömt. Dieser Druck des einströmenden flüssigen Treibmittels hebt den Kolbenkopf 102 vom Hülsenkopf 64 ab, indem es den Kolbenkopf nach links drückt, und erzeugt und vergrößert dabei das vorhandene Volumen der Pumpkammer 33 für das Treibmittel und verkleinert das verfügbare Volumen der Brennkammer 32. Das flüssige Treibmittel tritt in die Hohlräume 79 ein, und eine geringe Menge des Treibmittels läuft durch die Bohrungen oder verengten Kanäle 116 in die Brennkammer 32 während dieser Verschiebung des Kolbenkopfes 102. Das flüssige Treibmittel wird beim Durchtritt durch die Bohrungen 116 vernebelt, wobei die Gesamtmenge und Größe der Tröpfchen unter anderem von dem Durchmesser der Bohrungen 116, der Geschwindigkeit des Kolbens und dem Druck des flüssigen Treibmittels abhängig ist. Im geöffneten Zustand des Geschützbolzens war zuvor eine gewisse Luftmenge eingedrungen, die zusammen mit der Menge des zerstäubten flüssigen Treibmittels ein Zwei-Phasen-Gemisch bildet, das in der Brennkammer 32 verdichtet und eingeschlossen wird. Wenn der Kolbenkopf 102 seine Endstellung bei diesem Verdichtungshub erreicht hat, das heißt, er hat seine am weitesten links gelegene Endstellung erreicht, dann ist der Flüssigkeitsdruck in der Pumpkammer 33 gleich dem Flüssigkeitsdruck in dem Zuführungsverteiler 124 und der Einlaßkammer 34. Daher drückt die Feder 78 die Hülse 60 nach rechts und schließt dadurch das Sperrventil 36. Die Menge der verdichteten Luft und des zerstäubten Treibmittels in der Brennkammer 32 an der Zündkerze 18 ist vorgegeben und wiederholbar und dient als Zündmittel und als Beschleunigungsmittel für die Verbrennung der Hauptladung des Treibmittels, welches sich in der Pumpkammer 33 befindet. Das Zünden dieser Zündladung erfolgt durch die Zündkerze 118. Durch das Zünden der Zündladung wird Verbrennungsgas erzeugt, dessen Druck in Folge der Beschleunigungswirkung schnell ansteigt. Dieser Verlauf ist erwünscht zur Erzielung eines verbesserten ballistischen Wirkungsgrades. Der Druck des Verbrennungsgases treibt den Kolben nach rechts unter Vergrößerung des Volumens der Brennkammer 32 und Verringerung des Volumens der Pumpkammer 33. Durch die unterschiedliche Größe der beiden Kolbenflächen des Kolbens 100 wird eine Druckdifferenz in den beiden Kammern erzeugt, so daß die Hauptladung des flüssigen Treibmittels ständig mit gesteuerter Durchflußgeschwindigkeit durch die Bohrungen oder verengten Kanäle 116 in die Brennkammer 32 gepreßt wird. Der Kolbenkopf 102 wird dabei ständig nach rechts in Richtung des geschlossenen Sperrventils 36 bewegt. Mit der Annäherung des Kolbenkopfes 102 an das Kopfstück 64 des Sperrventils 36 erzeugt das restliche, in den Hohlräumen 79 eingefangene flüssige Treibmittel einen Bremszylindereffekt, das heißt, einen Widerstand gegen die Bewegung des Kolbenkopfes 102 durch Absorption seiner Energie, wenn der Kolbenkopf 102 fast gleichzeitig gegen die Flächen 76 und 72 schlägt. Die Grenzflächen 110 und 74 sollten konisch mit starker Annäherung an einen Zylinder sein, um hierdurch eine maximale Laufzeit für die eingefangene Flüssigkeit zur Absorption der Energie und für den Durchgang durch die Bohrung 116 zu erhalten. Wie nachstehend im Zusammenhang mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird, können die Oberflächen 110 und 74 anstelle der konischen Form auch zylindrisch gestaltet werden.

Die Grenzfläche zwischen der Kolbenstange 104 und der Bohrung 62 wird durch flüssige Treibmittel geschmiert und ist daher ohne Dichtungen. Etwa aus der Pumpkammer 33 ausgeströmtes Treibmittel wird dabei lediglich in die Einlaßkammern 34 zurückgeführt. Der L-förmige Ringabschnitt 106 des Kolbenkopfes 102 ergibt eine wirksame Abdichtung zwischen dem heißen Geschützgas in der Brennkammer 32 und der relativ kalten Flüssigkeit in der Pumpkammer 33, da ein unterschiedlicher Druck am Kolbenkopf 102 vorhanden ist, welcher eine Strömung des flüssigen Treibmittels aus der Pumpkammer 33 in die Brennkammer 32 ergibt. Hierdurch wird eine Strömung des Geschützgases von der Brennkammer 32 zur Pumpkammer 33 ausgeschlossen.

Zur Erzielung einer Schmierung zwischen der Grenzfläche zwischen dem Kolbenkopf 102 und der Wand der Brennkammer 32 kann eine Anzahl von untereinander geschlossenen, kontinuierlichen, flachen, spiralförmigen Nuten 200 an der Außenfläche des Kolbenkopfes 102 vorgesehen sein, welche eine Verbindung zwischen der Pumpkammer 33 und der Brennkammer 32 herstellt, das heißt von der Fläche 111 zur Fläche 112. Das flüssige Treibmittel wird durch die Nuten 200 zur gleichen Zeit gedrückt wie durch die Bohrungen 116 und schmiert dabei diese Grenzfläche. Dabei ist das in die Brennkammer 32 gelangende Schmiermittel verwirbelt, es gewährleistet eine gute Vermischung und wird entweder als Teil der Zündladung oder als Teil der Hauptladung verbrannt. Während jedes Schußzyklus wird ein frischer Vorrat von Schmiermittel zugeführt und wird gegebenenfalls in den Nuten 200 festsitzende Teilchen entfernen.

Durch die Nuten 200 und das zeitweilige Einfangen von flüssigem Treibmittel in denselben wird auch noch die Dämpfungswirkung unterstützt. Gemäß der alternativen Ausführungsform der Erfindung können durch geeignete Wahl oder Änderung der Querschnittsflächen der Nuten 200 die Flächen 100 und 74 anstelle der konischen Form zylindrisch gestaltet werden, wobei trotzdem eine ausreichende Dämpfung erhalten wird ohne Rückstand von eingefangener Flüssigkeit in den Hohlräumen 79 oder den Nuten 200.

Claims (7)

1. Pumpvorrichtung für flüssiges Treibmittel eines Geschützes,

• - mit einem Pumpengehäuse (29), in dessen Bohrung (30) ein Kolben (100) mit einem Kolbenkopf (102) und einer Kolbenstange (104) hin- und herbewegbar ist und dem am stromaufwärtigen Ende das unter Druck stehende Treibmittel zugeführt ist, das am stromabwärtigen Ende in eine Brennkammer gepumpt wird,

gekennzeichnet durch
ein Sperrventil (36), das gebildet ist aus:

• - einer ringförmigen Buchse (38), die koaxial in der Bohrung (30) des Pumpengehäuses (29) befestigt ist,
• - einer ringförmigen Hülse (60) mit einem ausgeprägten Hülsenkopf (64), die koaxial in der Buchse (38) angeordnet und auf der Kolbenstange (104) gleitend verschiebbar ist, wobei der Außendurchmesser des Hülsenkopfes (64) kleiner ist als der Innendurchmesser des Kolbenkopfes (102), und
• - einer Feder (78), die den Hülsenkopf (64) in einen dichtenden Eingriff mit der Buchse (38) drückt, wobei
  • - der Kolbenkopf (102) und der Hülsenkopf (64) mit gegenüberliegenden, zusammenpassenden Oberflächen versehen sind,
  • - in der Öffnungsstellung des Sperrventils (36) der Hülsenkopf (64) durch das zugeführte Treibmittel entgegen der Vorspannung der Feder (78) aus dem Eingriff mit der Buchse (38) gedrückt worden ist und zwischen dem Hülsenkopf (64) und dem Kolbenkopf (102) eine das Treibmittel aufnehmende Pumpkammer (33) gebildet wird,
  • - in der Schließstellung des Sperrventils (36) der Hülsenkopf (64) in einen dichtenden Eingriff mit der Buchse (38) gedrückt ist,
  • - während der Verbrennung des Treibmittels der Kolbenkopf (102) das Volumen der Brennkammer (33) bis auf Null verkleinert und unter Anliegen an die gegenüberliegende Oberfläche des Hülsekopfes (64) gegen die Buchse (38) gedrückt wird.

2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (60) mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Stäbe (66) aufweist, die sich jeweils vom Hülsenkopf (64) aus stromaufwärts erstrecken und daß an den jeweiligen Enden der Stäbe (66) verdickte Endteile (68) ausgebildet sind, die bei geöffnetem Ventil (36) mit der Buchse (38) in Eingriff stehen.

3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkopf (102) mit einer dem ausgeprägten Hülsenkopf (64) entsprechenden Vertiefung (79) versehen ist und während der Verbrennung des Treibmittels unter Aufnahme des Hülsenkopfes (64) mit seinem die Vertiefung (79) umgebenden, äußeren Ring (81) auf die Buchse (38) gedrückt wird.

4. Pumpvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkopf (64) und die Vertiefung (79) in den Kolbenkopf (102) im Längsschnitt eine Kegelstumpfform besitzen.

5. Pumpvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkopf (64) und die Vertiefung (79) in dem Kolbenkopf (102) im Längsschnitt eine zylindrische Form besitzen.

6. Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkopf (102) mit einer dem ausgeprägten Hülsenkopf (64) entsprechenden Vertiefung (79) versehen ist und während der Verbrennung des Treibmittels unter Aufnahme des Hülsenkopfes (64) mit seinem die Vertiefung (79) umgebenden, äußeren Ring (81) auf die Buchse (38) gedrückt wird.