DE3816663A1 - Rohrwaffe mit regenerativer treibmitteleinspritzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrwaffe mit regenerativer Treibmittelein­ spritzung durch mindestens einen axial bewegbaren Kolben.

Aus der DE-PS 31 53 053 C2 ist bereits eine Flüssigtreibstoffgeschütz­ vorrichtung mit Direkteinspritzung bekannt. Diese Vorrichtung besitzt am Verschlußgehäuse eine Verschlußbohrung, in welcher ein Differential­ druckkolben axial beweglich angeordnet ist. Der Kopf des Differential­ druckkolbens ist dem Waffenrohrende im Verschlußgehäuse zugewandt. Die Verschlußbohrung ist in einer Brennkammer an dem Geschützrohrende des Verschlußgehäuses angeordnet und in ein den Schaft des Differential­ druckkolbens umgebendes ringförmiges Treibstoffreservoir unterteilt. Über einen besonderen Steuerkolben wird die Treibstoffeinspritzung in der axialen Verschlußbohrung gesteuert. Zur Geschoßnachladung ist der Steuerkolben innerhalb des Differentialdruckkolbens relativ bewegbar und entfernbar. Die Treibstoffeinspritzung erfolgt durch radial und axial im Differentialdruckkolben angeordnete Kanäle, die mit der Brenn­ kammer am Waffenrohrende in Verbindung stehen.

Der Aufbau der Vorrichtung zur Treibstoffeinspritzung ist aufwendig und erfordert eine besondere Steuerung für die relativ zueinander bewegbaren Steuerkolben und Differentialdruckkolben. Außerdem eignet sich diese Einrichtung nicht zur Einspritzung von zwei miteinander zu vermischenden Treibmitteln, bspw. einem Brennstoff und einem Oxydator, die bei der Verwendung von Diergolen zum Einsatz kommen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Rohrwaffe der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl ein diergoles als auch ein monergoles Treibstoffsystem zuläßt und bei relativ kleinem Platzbedarf und einfachem Aufbau eine ausgewogene Dynamik aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß koaxial um das Waffenrohr bzw. die Geschoßkammer ein ringförmiger Zylinderraum vorgesehen ist, in dem zwei einander gegenüberliegende, gegenläufig bewegbare Ringkolben angeordnet sind, deren Kolbenschäfte den hinter dem Kolbenkopf verfügbaren Raum jeweils in zwei wahlweise miteinander verbindbare Ladungsräume unterteilen, daß jeder Kolbenkopf von den Ladungsräumen ausgehende und in die Kolbenkopfstirnflächen einmündende Kanäle aufweist, die derart versetzt zueinander angeordnet sind, daß sie sich bei Berührung der gegenüberliegenden Kolbenkopfstirn­ flächen gegenseitig abdichten und daß schließlich im Bereich der Berührungsebene der beiden Kolbenkopfstirnflächen in der Zylinder­ wand zur Geschoßkammer radiale Durchbrüche eingerichtet sind. Dabei kann die gesamte Durchgangsfläche der Drehbrüche mindestens gleich der Querschnittsfläche der Geschoßkammer sein.

In Ausbildung der Erfindung kann der Kolbenhub der sich gegenüber­ liegenden Ringkolben wahlweise gleich oder unterschiedlich lang sein. Ferner können die Ladungsräume radial nach innen durch die Zylinderwand um die Geschoßkammer und radial nach außen durch das Waffengehäuse bzw. das Verschlußgehäuse und axial durch Dichtungs­ träger begrenzt sein, die gleichzeitig die Zuführkanäle für die Treibmittel und die Entlüftungskanäle aufweisen.

Um eine gute Abbremsung der Ringkolben gegen Ende eines Hubs zu erwirken, können die Ringkolben an ihren inneren und äußeren Über­ gängen jeweils vom Kolbenkopf zum Kolbenschaft Stufen aufweisen, die in entsprechend geformte Gegenkonturen der rückwärtigen Dich­ tungsträger eintauchen.

Die Bremswirkung beruht hier auf der Drosselwirkung der wegabhängig verringerten Düseneinlauföffnung. Der besondere Vorteil dieser ge­ wählten Anordnung ist die Nutzung der gesamten ladungsraumseitigen Kolbenfläche als wirksame Bremsfläche, wodurch die Belastung der Ringkolben beim Vorgang erheblich reduziert wird und die sich bilden­ den zwei Kammern durch Ausgleichsbohrungen in dem Dichtungsträger und/oder Nuten in dem Bereich der Stufen miteinander verbunden sind. Zu diesem Zweck können die Zuströmkanäle zu den Düsen von den Stufen ausgehen und an der Kolbenkopfstirnfläche einmünden.

Die Geschoßkammer kann durch ein Kaliberteil gebildet sein, welches zwischen seiner äußeren Mantelfläche und dem Waffengehäuse den Zylin­ derraum für die Ringkolben bildet und an den beiden Stirnseiten jeweils einen Dichtungsring aufweist mit dem das Kaliberteil stirn­ seitig an fest in das Waffengehäuse einbringbare Einsatzstücke anliegt. Die eine Stirnfläche des Kaliberteils ist dabei mit dem Druck im Waffenrohr beaufschlagt. Die axiale Belastung des Kaliberteils, deren kritischer Bereich die Stege zwischen den Durchbrüchen sind, wird durch Beaufschlagung einer der Stirnflächen des Kaliberteils mit dem vorhandenen Gasdruck aus dem Waffenrohr von einer Zugbe­ anspruchung durch eine Druckbeanspruchung weitgehend reduziert.

Schließlich können die sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Ringkolben eine strukturierte Oberfläche, wie Rändel, Riffel, Ring­ nuten od. dgl. besitzen, und die Zuströmkanäle können in Düsen ein­ münden, die in Ausnehmungen an den Kolbenkopfstirnflächen form- oder kraftschlüssig eingesetzt sind. Die Befestigung kann bspw. durch Einschrauben der Düsen in die Ausnehmungen erfolgen. Die Düsen bestehen aus einem Düseneinsatz mit Düsenbohrungen, die einen sehr kleinen Durchmesser haben und über die Oberfläche des Düseneinsatzes verteilt sind.

Eine mit diesen Merkmalen versehene Rohrwaffe für regenerative Treib­ mitteleinspritzung besitzt eine Reihe von Vorteilen. Zum einen sind Ein- oder Zweikomponenten-Treibstoffsysteme (diergol, monergol) einsetzbar.

Die einander gegenüberliegenden Ringkolben zur regenerativen Treib­ mitteleinspritzung können sowohl einen unterschiedlichen als auch gleichen Kolbenhub aufweisen. Aus dynamischen Gründen und zur Mini­ mierung des Bauvolumens ist eine symmetrische Anordnung der Ring­ kolben besonders vorteilhaft.

Dadurch wird bei kleinem Bauvolumen eine gute Verteilung der größt­ möglichen Treibstoffmenge bei kleinstmöglichem Gehäuseinnendurch­ messer und einem vorgegebenen Kolbenhub erreicht. Der ringförmige Kolbenschaft jedes Ringkolbens teilt den verfügbaren Ladungsraum hinter dem Ringkolben in zwei Teilräume, die miteinander verbunden oder auch voneinander getrennt ausgeführt sein können. Die Aufteilung der Treibmittelkomponenten in die sich ergebenden vier Ladungsräume kann dabei wahlweise und in besonders vorteilhafter Ausführung wie folgt vorgenommen werden:

• - die erste Treibmittelkomponente befindet sich hinter dem ersten Ringkolben und die zweite Treibmittel­ komponente befindet sich komplett hinter dem zweiten Ringkolben, oder
• - die erste Treibmittelkomponente befindet sich in den beiden äußeren Ladungsräumen hinter den beiden Ring­ kolben und die zweite Treibmittelkomponente ist in den beiden inneren Ladungsräumen der beiden Ring­ kolben eingebracht, oder
• - die Volumenverhältnisse der Treibmittelkomponenten sind in einer besonderen Verteilung der beiden Treib­ mittelkomponenten derart vorgenommen, daß sich bspw. in drei Ladungsräumen der Ringkolben die erste Treib­ mittelkomponente und nur in einem Ladungsraum eines Ringkolbens die zweite Treibmittelkomponente befindet.

Diese Bauweise läßt also unterschiedliche Verteilungsverhältnisse der Treibmittel zu.

Durch die einander gegenläufigen Ringkolben wird erreicht, daß auch das Einspritzen der Strahlen der Treibmittel gegenläufig ist und dadurch in der Düsen- bzw. Einspritzzone eine gute Durchmischung und Verbrennung der eingesetzten Treibmittel gewährleistet. Die Verbrennungsgase werden durch besonders gewählte Durchbrüche im Kaliberteil in die Geschoßkammer geführt. Schließlich ist auch das dynamische Verhalten von zwei gegenläufigen Ringkolben günstiger, weil sich der Impuls bei zwei relativ großen gegenläufig beschleu­ nigten Massen aufhebt, während bspw. bei nur einem Kolben in einer Arbeitsrichtung größere dynamische Probleme auftreten können.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Waffengehäuse der Rohrwaffe für regenerative Treibmittel­ einspritzung mit zwei gegenläufigen Ring­ kolben;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Ringkolben gemäß der Einkreisung II in Fig. 1.

Die Rohrwaffe 1 besitzt am hinteren Ende des Waffenrohres 2 ein Waffenge­ häuse 3. In dem Waffengehäuse 3 befindet sich koaxial zur Seelen­ achse 4 die Geschoßkammer 5, in welcher ein zum Abschluß bereites Geschoß 6 eingeführt ist. Die Geschoßkammer 5 ist durch ein zylinder­ förmiges Kaliberteil 7 gebildet, welches mit seinen Stirnseiten 8 unter Zwischenfügung je eines Dichtringes 9 an axial an das Kaliber­ teil 7 anliegende Einsatzstücke 10 anliegt. Diese Einsatzstücke 10 sind über eine Schraubverbindung 11 mit dem Waffengehäuse 3 form­ schlüssig verbunden.

Zwischen der äußeren Mantelfläche 12 des Kaliberteiles 7 und der inneren Mantelfläche 13 des Waffengehäuses 3 ist ein ringförmiger Zylinderraum 14 geschaffen, in welchem zwei sich gegenüberliegende und gegenläufig bewegbare Ringkolben 15 axial beweglich eingesetzt sind.

Die Hublänge jedes dieser Ringkolben 16 ist gleich oder wahlweise von unterschiedlicher Länge. Die Ringkolben 15 besitzen einen Kolben­ kopf 16 und einen Kolbenschaft 17, wobei die Übergänge vom Kolbenkopf 16 zu dem Kolbenschaft 17 an der radial innen- und radial außen­ liegenden Seite Stufen 18 und 19 besitzen, die in entsprechende Ausnehmungen 20 und 21 von Dichtungsträgern 22 und 23 bei der rück­ wärtigen Anlage eintauchen. Die Dichtungsträger 22 und 23 sind Hülsen, die auf der Innenseite und der Außenseite der Kolbenschäfte 17 ange­ ordnet sind und in Ringnuten Dichtelemente 24, bspw. Kolbenringe oder Dichtungsringe besitzen. Auf diese Weise wird eine radiale Abdichtung der Ladungsräume 25 und 26 hinter dem Kolbenkopf 16 zu den Kolbenschäften 17 erreicht.

Von den Stirnflächen 27 der Ringkolbenköpfe 16 gehen Zuströmkanäle 28 und 29 aus, die in die Ladungsräume 25 und 26 im Bereich der Stufen 18 und 19 einmünden. Die Zuströmkanäle 28 und 29 besitzen an der Kolben­ kopfstirnfläche 27 Ausnehmungen, in die Düsen 40 eingeschraubt sind. Die Düsen sind mit Düseneinsätzen 41 ausgestattet, in welche eine Vielzahl von kleinsten Düsenbohrungen 42 eingebracht sind. Diese Düsen 40 sind bei den Ringkolben derart zueinander versetzt, daß bei Anlage der Ringkolbenstirnfläche 27 gemäß der dargestellten Position in den Fig. 1 und 2 die Düsenbohrungen 42 abgedichtet sind. Weitere Ausgleichsbohrungen 30 und 31 befinden sich in den Dichtungsträgern 22 und 23, die etwa von deren Stirnseiten in den Ladungsräumen 25 und 26 ausgehen und in den Übergängen 32 und 33 einmünden. Anstelle der Ausgleichsbohrungen können auch Nuten 45 an den Stufen 18, 19 der Kolbenschäfte 17 vorgesehen sein. Besondere Abdichtungen sind durch Dichtungsringe 34 und 35 am Kolbenkopf 16 vorgenommen.

Im Bereich der Berührungsebene 36 der beiden Kolbenkopfstirnflächen 27 sind in der Zylinderwand des Kaliberteils 7 bzw. der Geschoß­ kammer 5 radiale Durchbrüche 38 angeordnet, deren Durchgangsfläche mindestens gleich der Querschnittsfläche der Geschoßkammer 5 ist. Die ringförmig umlaufend angeordneten Durchbrüche 38 sind jeweils durch Stege 39 voneinander getrennt.

Bei einer gleichzeitig ablaufenden Bewegung der sich gegenüberliegend angeordneten Ringkolben 15 aus der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Position durchlaufen die Kolbenköpfe 16 die Ladungsräume 25 und 27 und tauchen in die Ausnehmungen 20 und 21 der Dichtungsträger 22 und 23 ein.

Durch die Anordnung von Ausgleichsbohrungen 30 und 31 in den Dich­ tungsträgern 22 und 23 wird bei der Rückwärtsbewegung der Ringkolben 15 ein Druckausgleich erzielt. Die Kanäle 28 und 29 schaffen eine Bremswirkung in den Stufen 18, 19 der Ringkolben 15. Während der Rückwärtsbewegung der Ringkolben wird über die Kanäle 28 und 29 das in den Ladungsräumen 25 und 26 vorhandene Treibmittel in den Raum zwischen den beiden Ringkolbenstirnflächen 27 eingespritzt. Durch dieses gegenläufige Einspritzen erfolgt eine gute Gemisch­ aufbereitung in dem vorgegebenen Verbrennungsraum. Die Verbrennungs­ produkte (Gas) werden bei der Rückwärtsbewegung der beiden Ringkolben 15 durch die Durchbrüche 38 in die Geschoßkammer 5 eingedrückt. Nach entsprechender Zündung dieses Treibmittelgemisches durch eine elektrische Anzündung oder durch eine Anzündmischung wird das in der Geschoßkammer 5 einliegende Geschoß 6 in das Waffenrohr 2 getrie­ ben und abgefeuert. Vor den Ringkolben 15 findet also bereits die Verbrennung des Treibmittelgemisches statt, welche über die Zuführ­ kanäle 43 mit eingesetzten Ventilen 44 in die Ladungsräume 25, 26 eingefüllt wird.

Die ringförmigen Kolbenschäfte 17 teilen den verfügbaren Ladungs­ raum hinter dem Kolbenkopf 16 in zwei Ladungsräume 25 und 26 die wahlweise miteinander verbunden oder auch voneinander getrennt aus­ geführt sein können. Die Aufteilung der Treibmittelkomponenten in die sich so ergebenden möglichen vier Ladungsräume 25 und 26 kann unterschiedlich ausgeführt werden. Gerade bei dem Einsatz von Diergo­ len besteht die Möglichkeit, die eine Treibstoffkomponente, bspw. Oxydator, hinter dem Kolbenkopf 16 des rechten Ringkolbens 15 und die zweite Treibmittelkomponente, bspw. Brennstoff, hinter den zweiten Kolbenkopf 16 des linken Ringkolbens 15 einzusetzen. Andererseits ist es möglich, die erste Treibmittelkomponente in den beiden äußeren Ladungsräumen 25 und zweite Treibmittelkomponente in den beiden inneren Ladungsräumen 26 unterzubringen.

Dazu besteht ferner die Möglichkeit, die Ladungsräume entsprechend den Volumenverhältnissen der Treibmittelkomponenten so aufzuteilen, daß sich in drei Ladungsräumen die erste Treibmittelkomponente und nur in einem Ladungsraum die zweite Treibmittelkomponente befindet. Diese Auswahlmöglichkeit bedeutet schließlich, daß auch große Volumen­ verhältnisse von Oxydator zu Brennstoff gefahren werden können. Die erzielte Bremswirkung durch die in den Dichtungsträgern 22 und 23 eingesetzten Ausgleichsbohrungen 30 und 31 bietet den Vorteil der Nutzung der gesamten ladungsraumseitigen Kolbenfläche als wirksame Bremsfläche, wodurch die Belastung der Ringkolben beim Bremsvorgang erheblich reduziert wird.

Claims (10)

1. Rohrwaffe mit regenerativer Treibmitteleinspritzung durch einen axial bewegbaren Kolben, dadurch gekennzeichnet,
daß koaxial um das Waffenrohr bzw. um die Geschoßkammer (5) ein ring­ förmiger Zylinderraum (14) vorgesehen ist, in dem zwei einander gegen­ überliegende, gegenläufig bewegbare Ringkolben (15) angeordnet sind, deren Kolbenschäfte (17) den hinter dem Kolbenkopf (16) verfügbaren Raum jeweils in zwei wahlweise miteinander verbindbare Ladungsräume (25, 26) unterteilen,
daß jeder Kolbenkopf (16) von den Ladungsräumen (25, 26) ausgehende und in die Kolbenkopfstirnseiten (27) einmündende Kanäle (28, 29) aufweist, die derart versetzt zueinander angeordnet sind, daß sie sich bei Berührung der gegenüberliegenden Kolbenkopfstirnflächen (27) gegenseitig abdichten,
und daß im Bereich der Berührungsebene der beiden Kolbenkopfstirn­ flächen (27) in der Zylinderwand (37) zur Geschoßkammer (5) radiale Durchbrüche (38) eingerichtet sind.

2. Rohrwaffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Durchgangsfläche der Durchbrüche (38) gleich der Querschnittsfläche der Geschoßkammer (5) ist.

3. Rohrwaffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenhub der sich gegenüberliegenden Ringkolben (15) wahl­ weise gleich oder unterschiedlich lang ist.

4. Rohrwaffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsräume (25, 26) radial nach innen durch die Zylinder­ wand (37) um die Geschoßkammer (5) und radial nach außen durch das Waffengehäuse (3) sowie axial zu rückwärtigen Bereichen durch Dichtungsträger begrenzt sind, die gleichzeitig die Zu­ führkanäle für die Treibmittel und Entlüftungskanäle aufweisen.

5. Rohrwaffe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben (15) an ihren inneren und äußeren Übergängen vom Kolbenkopf (16) zu den Kolbenschäften (17) jeweils Stufen (18, 19) aufweisen, die in entsprechend geformte Gegenkonturen (20, 21) der rückwärtigen Dichtungsträger (22, 23) eintauchen.

6. Rohrwaffe nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmkanäle (28, 29) zu den Düsen von den Stufen (18, 29) ausgehen und an der Kolbenkopfstirnfläche (27) wahlweise in eingesetzte Düsen (40) einmünden, während von den Stirnflächen der Dichtungsträger (22, 23) Ausgleichsbohrungen (30, 31) ausgehen, die jeweils radial an der dem Kolbenschaft (17) zugewandten Mantelfläche einmünden.

7. Rohrwaffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschoßkammer (5) durch ein Kaliberteil (7) gebildet ist, welches zwischen seiner äußeren Mantelfläche (12) und dem Waffengehäuse (3) den Zylinderraum (14) für die Ringkolben (15) bildet und an den beiden entgegengesetzten Stirnseiten (8) je­ weils einen Dichtungsring (9) aufweist, mit dem das Kaliber­ teil (7) stirnseitig an fest in das Waffengehäuse (3) einbring­ bare Einsatzstücke (10) anliegt.

8. Rohrwaffe nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Stirnflächen (8) des Kaliberteils (7) mit einem Druck beaufschlagt ist.

9. Rohrwaffe nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Stirnflächen (27) der Ringkol­ ben (15) jeweils in den Bereichen außerhalb der Düsen (40) eine strukturierte Oberfläche besitzen.

10. Rohrwaffe nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmkanäle (28, 29) an den Kolbenkopfstirnflächen (27) in Düsen (40) einmünden, die in Ausnehmungen an den Kolben­ kopfstirnflächen (27) form- oder kraftschlüssig eingesetzt sind und aus einem Düseneinsatz (41) mit Düsenbohrungen (42) bestehen.