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Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist der der
Vorrichtungen zum Auswerfen von mehreren Nutzlastelementen
aus dem Mantel eines Cargo-Geschosses.
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Cargo-Geschosse sind Projektile, die eine Nutzlast
mitführen und an einem gegebenen Punkt ihrer Bahn
freigeben.
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Die Nutzlast besteht oft aus einer Stapelung mehrerer
Lastelemente, zum Beispiel aus Submunitionen.
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Das Patent FR A 2363077, Dokument auf dem die
Einleitung des unabhängigen Anspruchs 1 aufbaut, beschreibt
ein solches Geschoß, das aus einem Mantel besteht, der an
einem seiner Enden durch einen Geschoßboden, und am anderen
Ende durch eine Geschoßspitze verschlossen wird.
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Eine pyrotechnische Mischung, die Rauchgase entwickelt,
befindet sich im Inneren des Geschosses. Sie wird durch
einen Chronometerzünder entflammt und bewirkt einen
Gasdruck, der auf einen Kolben einwirkt. Der durch den
Kolben auf den Stapel Submunitionen einwirkende Schub führt
zum Abtrennen des Mantels des Projektils und dann zum
Auswurf der Submunitionen aus dem Mantel.
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Wenn ein Geschoß auf diese Art mehrere Elemente aus
seinem Mantel auswerfen soll, tritt oft das Problem des
Zusammenstoßens der verschiedenen Lastelemente nach dem
Auswurf auf.
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Solche Kollisionen können zum unerwünschten Feuern
führen, wenn die Nutzlast aus Submunitionen besteht. Sie
können auch Störungen in der Bahn der Lastelemente
hervorrufen, wie zum Beispiel durch Behindern des Öffnens
der Bremsfallschirme.
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Um Kollisionen dieser Art zu vermeiden, schlägt das
Patent FR A 2353077 die Durchführung eines Kolbens vor, der
unter der Einwirkung des Drucks der Verbrennungsgase nur
über eine kurze Entfernung nach hinten fahren und die
Nutzlastelemente verschieben kann. Die Distanz reicht
dennoch, um das Gewinde durchzuscheren, das den Mantel und
die den Geschoßboden verbindet, und dann den Geschoßboden
auswirft.
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Nach dem Auswerfen des Geschoßbodens, wird der Kolben
durch einen Ansatz auf dem Mantel gestoppt. Der Kolben hat
jedoch eine Bohrung, durch die die Verbrennungsgase des
pyrotechnischen Auswurfgemischs zu den Nutzlastelementen
gelangen können, die dadurch nach dem Anhalten des Kolbens
zum hinteren Teil des Projektils geschoben werden.
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Die Auswurfgeschwindigkeit der Nutzlastelemente ist
aufgrund der Entspannung der Gase, die durch die Bohrung
hervorgerufen wird, gering, und man kann diese
Geschwindigkeit durch Einwirken auf den Bohrungsdurchmesser
regeln.
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Der Hauptnachteil einer solchen Vorrichtung besteht
darin, daß man die Auswurfgeschwindigkeit der
Nutzlastelemente in der Praxis nicht beherrschen kann. Das
Zünden des pyrotechnischen Auswurfgemischs schiebt den
Kolben, den Submunitionsstapel und den Geschoßboden nämlich
abrupt an, um letzteren auswerfen zu können.
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Die übertragene Energie ist so, daß der
Submunitionsstapel in der Praxis trotz des Anhaltens des
Kolbens durch den Mantelansatz weiterfährt und mit einer
Geschwindigkeit aus dem Geschoß geworfen wird, die sich nur
wenig von der Auswurfgeschwindigkeit des Geschoßbodens
unterscheidet.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, diesem Nachteil
durch Vorschlagen einer Auswurfvorrichtung abzuhelfen, die
es tatsächlich ermöglicht, die Auswurfgeschwindigkeit der
Nutzlastelemente aus dem Cargo-Geschoßmantel zu
beherrschen.
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Durch das Sicherstellen einer verminderten
Auswurfgeschwindigkeit der Nutzlastelemente, ermöglicht es
die Erfindung auch, letztere zu verstreuen und die
Kollisionsgefahr unter den Elementen zu vermeiden.
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So betrifft die Erfindung eine Auswurfvorrichtung für
mehrere Nutzlastelemente, zum Beispiel Submunitionen, die
aus dem Mantel eines Cargo-Geschosses mit einem
pyrotechnischen Gemisch in der Geschoßspitze ausgeworfen
werden. Die Geschoßspitze soll nach dem Zünden einen
Verbrennungsgasdruck erzeugen, durch den ein Kolben eine
bewegliche Einheit aus einer Schubplatte und den
Nutzlastelementen über eine kurze Entfernung zum
Geschoßboden schiebt und den Geschoßboden ausstößt, wobei
der Kolben bezogen auf die Geschoßspitze gestoppt wird und
eine Bohrung aufweist, die die Rauchgase zur beweglichen
Einheit so durchläßt, daß diese Einheit verschoben wird.
Die Einheit zeichnet sich dadurch aus, daß die Bremssysteme
zwischen mindestens einem Teil der beweglichen Einheit und
dem Mantel des Geschosses angebracht sind.
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Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, die
Auswurfgeschwindigkeit der Nutzlastelemente zu beherrschen
und verhindert vor allem das plötzliche Auswerfen aller
Nutzlastelemente gleich nach dem Geschoßboden.
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Gemäß einer ersten Durchführungsweise, sind die
Bremssysteme mindestens mit einem Element der Nutzlast fest
verbunden. Insbesondere können die Bremssysteme fest mit
dem Element der Nutzlast verbunden sein, das dem
Geschoßboden am nächsten liegt.
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Gemäß einer anderen Durchführungsweise, sind die
Bremssysteme fest mit der Schubplatte verbunden.
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Nach einer besonderen Durchführungsweise, umfassen die
Bremssysteme mindestens eine Klinge aus elastischem
Material, die in einer peripheren Nut angebracht ist, die
auf dem Nutzlastelement und / oder auf der Schubplatte
vorgesehen wird. Die Klinge weist Wellungen mit einer
Amplitude auf, die bewirkt, daß die Klinge so aus der Nut
herausragt, daß sie die Innenfläche des Geschoßmantels
berührt.
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Bevorzugt enthält die Auswurfvorrichtung Systeme, die
innerhalb des Mantels eine axiale Verbindung zwischen den
verschiedenen Bestandteilen der beweglichen Einheit
gewährleistet.
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Die Axialverbindungssysteme können aus mindestens einem
Keil mit einem Profil bestehen, das mit zusätzlichen
Profilen auf den betroffenen Elementen zusammenwirkt und
auch eine Drehverbindung mit diesen Elementen sicherstellt.
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Gemäß weiteren Eigenschaften der Erfindung:
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- präsentiert die Schubplatte eine Auflagefläche für
einen Teil des Kolbens in der Nähe seiner Achse,
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- trägt der Kolben einen peripheren Ansatz, der an eine
Stoppfläche stößt, die mit dem Geschoß fest verbunden ist,
sowie Dämpfsysteme aus einem verformbaren Sprengring
zwischen dem Ansatz und der Stoppfläche,
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- befindet sich die Bohrung in etwa auf der Ebene der
Kolbenachse und führt auf die Seite der pyrotechnischen
Mischung auf der Höhe einer Schwellung mit radialen Kanälen
oder Furchen, die mit der Bohrung verbunden sind.
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Die Erfindung wird beim Lesen der nachstehenden
Beschreibung mehrerer Durchführungsweisen verständlich. Die
Beschreibung steht gegenüber den anliegenden Zeichnungen,
von welchen:
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Die Abbildung 1 eine Ansicht des schematisierten
Axialschnitts eines Cargo-Geschosses mit einer
Auswurfvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
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Die Abbildung 2 eine vergrößerte Teilansicht der
Auswurfvorrichtung zeigt.
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Die Abbildungen 3a, 3b und 3c jeweils gemäß zwei
orthogonalen Ansichten und in der Perspektive ein
Bremssystem präsentieren, das bei einer ersten
Durchführungsweise der Erfindung zur Verwendung kommt.
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Die Abbildungen 4a, 4b und 4c zeigen einen
Verbindungskeil in drei orthogonalen Ansichten.
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Die Abbildung 5a zeigt einen Querschnitt durch einen
Aufbau aus zwei Nutzlastelementen, die mit einem
Verbindungskeil verbunden sind.
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Die Abbildung 5b ist eine Vorderansicht eines
Nutzlastelementes und zeigt die Aufnahmeräume der Keile.
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Die Abbildung 6 ist eine vergrößerte Teilansicht der
Auswurfvorrichtung gemäß einer Durchführungsvariante.
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Die Abbildung 1 zeigt ein Cargo-Geschoß (1), bestehend
aus einem Stahlmantel (2), der in seinem Vorderteil eine
Geschoßspitze (3) und in seinem hinteren Teil einen
Geschoßboden (4) trägt. Die Geschoßspitze und der
Geschoßboden sind durch Gewinde fest mit dem Mantel
verbunden. Der Mantel (2) trägt außerdem im hinteren Teil
einen Gürtel (5), zum Beispiel aus Kupfer, der auf die
Ebene einer peripheren Nut des Mantels geschweißt ist.
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Der Mantel (3) trägt einen mechanischen oder
elektronischen Chronometerzünder, der auf Bahn und nach dem
Ablaufen einer programmierten Dauer eine pyrotechnische
Mischung (7), die Rauchgase erzeugt, zünden soll. Die
Mischung ist in bekannter Weise in einem Gehäuse
untergebracht, das zum Beispiel aus Metall bestehen kann.
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Der Druck der erzeugten Rauchgase entwickelt sich im
Raum (12) innerhalb der Geschoßspitze, der durch den Kolben
(11) abgegrenzt ist. Der Kolben liegt auf einer Schubplatte
auf, die selbst mit einem ersten Nutzlastelement (5a) in
Berührung ist.
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Der Mantel 2 enthält hier drei Nutzlastelemente (8a,
8b, 8c), die zum Beispiel verstreubare Minen sein können.
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Die Schubplatte (10) und die drei Nutzlastelemente (8a,
8b, 8c) bilden eine beweglich Einheit, die sich, bezogen
auf den Mantel (2) des Cargo-Geschosses unter der
Einwirkung des Drucks der Gase, die vom pyrotechnischen
Gemisch (7) wie nachstehend beschrieben erzeugt werden,
verschoben wird.
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Die Drehverbindung der verschiedenen Nutzlastelemente
bezogen auf den Mantel erzielt man über die Geschoßspitze
(3), die Scharten aufweist, die hier nicht dargestellt
sind, und die auf der Ebene der Vorderfläche (28)
angebracht werden (siehe Abbildung 2).
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Diese Scharten treiben die Schubplatte (10) an.
Letztere treibt ihrerseits das Element (8a) über die beiden
Keile (9) an, die symmetrisch zu einander bezogen auf die
Geschoßachse angebracht sind.
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Abbildung 2 zeigt das Detail der Auswurfvorrichtung der
Erfindung. Man erkennt, daß die Geschoßspitze (3) ein
Innengewinde trägt, auf das ein Ring (14) montiert ist.
Dieser Ring soll die Axialverkeilung der Nutzlastelemente
im Cargo-Geschoßkörper bewerkstelligen und ist dazu mit den
Kerben (15) versehen, die es ermöglichen, den Ring bezogen
auf die Geschoßspitze anhand eines geeigneten Werkzeugs
durch den Raum des Zünders zu drehen.
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Nach dem Festziehen, liegt der Ring 14 auf der
Schubplatte (10) auf, die selbst auf dem ersten
Nutzlastelement (8a) aufliegt.
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Der Kolben (11) gleitet in bezug auf diesen Ring (14)
und wird auf einer Seite axial durch sein Aufliegen auf der
Schubplatte (10) gestoppt, und auf der anderen durch den
Stoppring (17), der sich in einer zylindrischen Nut im Ring
(14) befindet.
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Der Kolben trägt einen O-Ring (24) in einer Ringnut auf
seiner zylindrischen Außenfläche. Diese Dichtung
bewerkstelligt auf dieser Ebene die Abdichtung gegen die
Rauchgase der pyrotechnischen Mischung (7).
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Der Kolben hat auf seiner oberen Fläche ein Verdickung
(21), auf der eine Bohrung (22) durchstößt, die in etwa
zylindrisch ist. Die Bohrung (22) liegt in etwa auf der
Achse des Kolbens und durchquert ihn ganz. Der
Bohrungsdurchmesser beträgt einige mm.
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Die Verdickung ist mit vier Radialfurchen (23) mit V-
Profil versehen, die mit der Bohrung (22) verbunden sind.
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Auf die Aufgabe dieser Furchen wird weiter unten
eingegangen.
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Der Kolben verfügt dazu noch über einen peripheren
Ansatz (16), der beim Druckaufbau an der Stoppfläche (19)
des Rings (14) anschlägt.
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Ein verformbarer Sprengring (29), der hier aus Kupfer
mit etwa dreieckigem Querschnitt gefertigt wurde, bildet
ein Dämpfsystem für den Stoß gegen den Kolben (11) und die
Schubplatte (10).
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Der Außendurchmesser der Schubplatte (10) entspricht in
etwa dem Innendurchmesser des Geschoßmantels. Die Platte
ist an ihrem Rand mit einem O-Ring versehen, der die
Abdichtung gegen die Rauchgase des pyrotechnischen
Gemisches sicherstellt.
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Die Schubplatte hat eine ringförmige Oberfläche (27),
die das Element (8) sowie eine Auflagefläche (26) berührt,
die in etwa kreisförmig ist und eine ergänzende Fläche (25)
des Kolben (11) berührt, die sich neben der Kolbenachse
befindet. Diese Auflagefläche (26) verschließt auch die
Bohrung (22).
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Die Auflagefläche (26) ermöglicht das Verstärken der
mechanischen Festigkeit des Kolbens (11) beim Druckanstieg
und erlaubt somit das Verschieben des Kolbens bis zu seiner
Stoppfläche (19) ohne Verformung oder Verklemmen.
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Die Schubplatte (10) ist mit Kerben versehen (hier
nicht dargestellt), die in die ergänzenden Scharten der
Geschoßspitze auf der Ebene der Vorderfläche (28) der
Geschoßspitze eingreifen, so daß die Drehverbindung dieser
Elemente beim Abschuß sichergestellt ist.
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Schließlich ist die Schubplatte (10) mit den Keilen (9)
in Drehung mit dem ersten Nutzlastelement (8a) verbunden.
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Einer dieser Keile ist in den Abbildungen 4a, 4b und 4c
in drei orthogonalen Ansichten dargestellt.
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Jeder Keil hat einen zylindrischen Oberflächenteil (9a)
auf, dessen Durchmesser in etwa dem Innendurchmesser des
Geschoßmantels entspricht, sowie ein Profil aus zwei
orthogonalen Flächenanteilen (9b) und (9c), die gefräst
werden.
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Anhand der Abbildungen 5a und 5b, erkennt man das
Anbringen des Keils (9) in eine Richtung F in einem Raum
(28), der sich teilweise auf dem Element (8a) und teilweise
auf der Schubplatte (10) befindet.
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Die verschiedenen Teile des Raums werden auf dem
Element (8a) und auf der Schubplatte (10) mit einer
Formfräse hergestellt.
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Den Raum (28) erhält man durch Annähern des Elements
(8a) und der Platte (10). Er umfaßt einen Flächenteil
(28c), der vom Element (8a) getragen wird, sowie einen
Flächenteil (28b), der von der Schubplatte (10) getragen
wird.
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Das Raumprofil ergänzt somit das des Keils (9), wobei
die Fläche (9c) mit der Fläche (28c) in Berührung kommt,
und die Fläche (9b) mit der Fläche (28b).
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Der Vorteil einer solchen Konfiguration besteht darin,
daß die Schubplatte (10) und das Nutzlastelement (8a) durch
den Keil (9) sowohl in Drehung, als auch in Translation
verbunden sind. Zwei Keile werden bezogen auf die
Schubplattenachse (d. h. zur Geschoßachse) zu einander
symmetrisch angebracht (siehe Abb. 5b)
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Die Keile (9) sind in gleichen Räumen zwischen den
Nutzlastelementen (8a) und (8b) sowie zwischen den
Elementen (8b) und (8c) angebracht.
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So wird die bewegliche Einheit, bestehend aus der
Schubplatte und den Nutzlastelementen, beim Auswerfen der
Nutzlast in einem Stück vom Rauchgasdruck geschoben. Der
Vorteil dieser Vorrichtung wird weiter unten dargelegt.
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In der Abbildung 1 trägt das Nutzlastelement (8c) eine
periphere Rille (29a), in der ein Bremssystem, bestehend
aus einer elastischen Klinge (13), untergebracht ist.
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Die Abbildungen 3a, 3b und 3c zeigen die elastische
Klinge (13) im Detail. Es handelt sich um eine
Federstahlklinge mit einer Stärke von einigen Zehnteln mm,
in Form eines geschlossenen Rings, mit Wellungen (13a,
13b), die regelmäßig und winkelig zwischen einem Innenkreis
(30) und einem Außenkreis (31) angebracht sind. Diese
Klinge erhält man durch das Formen eines Rings aus
Federstahl auf einem spezifischen Werkzeug, das besagte
Wellungen aufweist.
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Der Durchmesser des Innenkreises (30) wird etwa gleich
groß gewählt wie der Durchmesser auf dem Grund der Nut
(29a) (um einige Zehntel mm), die Klinge (13) wird durch
elastische Verformung in ihre Rille (29a) eingesetzt.
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Der Durchmesser des Außenkreises (31) wird so
ausgewählt, daß die Wellungen (13a) nach dem Anbringen in
der peripheren Rille (29a) aus der Rille hervorragen. So
springt die Klinge bezogen auf den Außendurchmesser des
Elements (8c) hervor, und die Wellungen (13a) berühren die
Innenfläche des Mantels (2) des Geschosses.
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Die Maße der Klinge werden je nach Reibungskraft
angepaßt, die man zwischen der Klinge und dem Mantel
erzielen will. In der Praxis wählt man Maße, die zwischen
der Klinge und dem Geschoßmantel ein Spannen von fünf bis
sechs Zehnteln mm ergeben.
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Die Vorrichtung funktioniert wie folgt: Der Zünder (6)
steuert auf der Bahn, in einem programmierten Zeitpunkt vor
dem Abschuß, das Zünden des pyrotechnischen Gemischs (7).
Der Druck der Rauchgase wirkt immer Inneren des Raums (12)
und schiebt den Kolben (11) abrupt bis zum Anschlag an die
Stoppfläche (19) auf dem Verkeilungsring (14). Der Stoß
wird vom verformbaren Sprengring (20) gedämpft.
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Im Laufe seiner Bewegung, schiebt der Kolben auch die
bewegliche Einheit gegen den Geschoßboden und bewirkt das
Durchscheren des Gewindes, das den Geschoßboden mit dem
Geschoßmantel verbindet.
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Der Geschoßboden wird damit ausgeworfen. Die bewegliche
Einheit wird jedoch nicht im Anschluß ausgeworfen, denn die
Bremssysteme auf dem Nutzlastelement (8c) halten die
bewegliche Einheit in bezug auf den Mantel zurück.
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Die Gase üben ihren Druck daher über die Bohrung (22)
auf die Schubplatte (10) aus. Die Bohrung kann nicht von
den Resten des Gehäuses der pyrotechnischen Mischung
verlegt werden, denn die Radialfurchen (23) ermöglichen die
Passage der Rauchgase in allen Fällen.
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Der Druck wirkt allmählich auf die Schubplatte und
ergibt eine langsame Verschiebung der beweglichen Einheit
(in der Größenordnung von einigen m/s verglichen mit den 15
bis 20 m/s ursprüngliche Kolbenverschiebung). Zwischen den
Bestandteilen der beweglichen Einheit ergibt sich dank der
Keile (9) keinerlei Stoß oder Ruck. Sobald die Munition
(8c) komplett aus dem Mantel (2) ausgeworfen ist, werden
die Keile radial durch die Zentrifugalkraft ausgeworfen,
und das Element (8c) trennt sich völlig vom Rest der
beweglichen Einheit.
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Das Element (8b) wird anschließend ausgeworfen, dann
das Element (8a). Der Auswurf der Nutzlast mit reduzierter
Geschwindigkeit gewährleistet ein gutes Verteilen der
Nutzlast auf dem Boden und verhindert Interferenzen
zwischen den Elementen während des Fluges.
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Das erste Element wird sofort nach seinem Auswurf
aufgrund seines Unterschieds im aerodynamischen Widerstand
verglichen mit dem des Cargo-Geschosses stark abgebremst.
Es tritt daher nicht in Störbeziehung mit dem nächsten
Lastelement, das noch mit der beweglichen Einheit verbunden
ist, und vom Cargo-Geschoß erst einige Dutzend Meter weiter
freigegeben wird.
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Man kann auch an den anderen Nutzlastelementen
Bremssysteme anbringen.
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Durch Nutzung der Werte der Reibungskräfte jedes
einzelnen Bremssystems auf dem Mantel, kann man auf axiale
Verbindungssysteme (wie zum Beispiel Keile) zwischen den
verschiedenen Nutzlastelementen verzichten.
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Die Abbildung 6 zeigt eine Durchführungsvariante, in
der die elastische Klinge (13) in einer Rille (29b) in der
Schubplatte (10) untergebracht ist. Die Schubplatte wurde
dazu leicht höher gefertigt als die Schubplatte der
vorhergehenden Variante.
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Auf dem Lastelement (8c) verfügt man damit nicht über
eine elastische Klinge.
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Außer der Anwesenheit der Klinge (13) auf der Platte
(10) und dem Fehlen der Klinge auf dem Element (8c), sind
alle anderen Baudetails gleich mit den oben genannten. Die
Kennziffern sind ebenfalls unverändert.
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Wie bei der vorhergehenden Variante, ermöglicht es
diese Vorrichtung, den Auswurf der gesamten beweglichen
Einheit nach dem Auswurf des Geschoßbodens zu verhindern.
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Außerdem ermöglicht sie das ständige Beherrschen der
Auswurfgeschwindigkeit der Nutzlastelemente, denn die
Bremssysteme sind während der gesamten Verstreuungsphase
aktiv, und nicht nur während des Auswerfens des ersten
Lastelements.
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Indem sie die bewegliche Einheit fest verbinden,
ermöglichen es die Keile (9), über Bremssysteme nur auf der
Schubplatte zu verfügen, um das Bremsen der gesamten
Einheit bezogen auf den Mantel des Cargo-Geschosses
durchzuführen.
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Es wäre möglich, noch weitere Varianten der Erfindung
zu definieren, in welchen die Bremssysteme auf zwei oder
drei Elementen der Nutzlast angebracht würden, und
vielleicht auch an der Schubplatte.