EP3475643B1 - Waffenrohr mit feld-zug-profil - Google Patents

Waffenrohr mit feld-zug-profil Download PDF

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EP3475643B1
EP3475643B1 EP17730744.4A EP17730744A EP3475643B1 EP 3475643 B1 EP3475643 B1 EP 3475643B1 EP 17730744 A EP17730744 A EP 17730744A EP 3475643 B1 EP3475643 B1 EP 3475643B1
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EP
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weapon
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barrel
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EP3475643A1 (de
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Ulrich Keller
Gert Schlenkert
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00—Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/16—Barrels or gun tubes characterised by the shape of the bore
    • F41A21/18—Grooves-Rifling

Definitions

  • the invention deals with a weapon barrel according to the preamble of claim 1 for a firearm, in particular but not restrictively a machine gun, with an inner barrel profile.
  • Firearm barrels are subjected to significant stresses. In addition to the propellant gas pressure, these are loaded when the shot is fired by the projectile to be fired. In order to be guided precisely, this has a larger outer diameter than the inner diameter of the weapon barrel. This oversize is reduced during the passage of the pipe through deformation and wear.
  • the inside profile of the tube A rifled weapon barrel ensures precise guidance of the projectile in the barrel and also causes the projectile to rotate about its longitudinal axis. This rotational movement, generally referred to as twist, is necessary for the stable flight of the projectile outside the gun barrel.
  • the inner profile rotates at a certain pitch around the tube axis. The accelerated projectile follows it and rotates around its longitudinal axis with increasing speed.
  • the design of the inner tube profile influences the interaction of the bullet.
  • a small inner diameter results in a high compression force of the bullet and ensures corresponding frictional forces.
  • the variables that occur during pressing, such as deformation, friction and wear, are coupled to one another and behave in a highly non-linear manner.
  • the inner tube profiles are often the result of empirical procedures.
  • the DE 1 044 675 B refers to a high gas deflection twist rifling profile for bullet barrels in which the rifling is formed by circular arcs from the rifling of each flank to the elevation of the adjacent field.
  • the DE 200 02 365 U1 presents a barrel with an internal profile in a combination of existing profiles, polygon and draft/field profile, whereby with the right twist the leading edge in the direction of the shot is sharp on the right and the opposite side merges into a polygon profile and has no sharp edges.
  • US-A-1,335,444 discloses a weapon barrel with a field-train profile, the fields running as flat surfaces orthogonal to the diameter of the inner bore and then transitioning into straight field flanks in a discontinuous or rounded manner.
  • EP0892238A2 discloses a weapon barrel with a field-train profile, the fields and trains being curved over their entire circumferential length and merging into one another in a rounded manner.
  • Hard-core projectiles with a tungsten carbide core are significantly stiffer in construction and cause a massive increase in barrel wear with polygon barrels, i.e. weapon barrels with a polygon inner profile.
  • the DE 10 2012 000 686 A1 discloses a weapon barrel with a chrome-plated inner profile to increase resilience.
  • the fields of the inner profile are designed as trapezoidal and asymmetrical polygons and are much narrower than the trains.
  • the fields have a relatively long rise in the form of an incline on one side and a rapidly descending flank on the other side.
  • the chrome plating is such that the chrome layer on the slides is thinner than that on the fields.
  • the object of the invention is to provide an inner profile of the barrel that allows different types of projectiles to be fired, in particular jacketed projectiles with a lead core and hard-core projectiles.
  • the invention is based on the idea of achieving a much more favorable contact pressure distribution in order to minimize wear.
  • An internal profile is used for this created, which is characterized in that the height of the fields (field height) to their edges, ie to the flanks of the field, decreases in the manner claimed. With the two front surfaces and the flanks, the fields resemble a bastion. The so-called bastion profile achieves a much more favorable contact pressure distribution than with the known inner profiles or field-tension profiles. In addition to the contact pressure, the friction and the resulting heating of the weapon barrel are also reduced. In contrast to polygon profiles, the field flanks are retained, albeit in a somewhat reduced form, which in turn are well suited to transferring the twist moment. This construction allows the effect of the twisting moment on the field flanks to be spatially separated from the effect of the pressing process on the surface of the fields.
  • the bastion profile designed in this way improves the wear behavior when using hard-core projectiles for weapon barrels with a high rate of fire, such as in machine guns. Nevertheless, the precise bullet guidance of a normal field-draw profile is retained. A heavy-duty gun barrel is created.
  • FIG. 1 shows a representation of a 90 ° segment 1 1 of a four-barrel field-train profile 10 of a weapon barrel not shown in detail according to the prior art.
  • This segment 11 consists of a draw radius 2 and a smaller field radius 1.
  • the contour of the profile 10 runs in field 5 or in draw 6 on the respective diameter (radius). The transitions are formed by straight sides 3, the so-called field flanks.
  • the profile 10 is mirror-symmetrical to the bisecting line 4.
  • the field 25 has flanks 25.3 and 25.4.
  • the height h of the fields 25 decreases towards the flanks 25.3 and 25.4 by an amount 29.
  • a circle is constructed in such a way that there is an intersection 22 on the bisecting line with a field radius.
  • the center M is also on the Angle bisector 23.
  • the radius 27 of the circle is chosen larger than the field radius. This contour is created (constructed) for each field 25 since the respective circle centers are not congruent.
  • Material 28 is removed from field 25 that lies within bastion radius 27, ie, between field radius 1 and bastion radius 27.
  • field 25 has its nominal height h only at the center, which increases outwardly by an amount 29 reduced.
  • the bastion radius 27 can be chosen so large that a residual height remains at the field edges, ie the field flanks 3 are not eliminated.
  • FIG. 3 shows a front view of a bastion profile 20 of a weapon barrel 30 having four fields/trains.
  • the surface O of the fields 25 consists, in absolute terms, of a single radius. Relative to the nominal field radius, however, the surface O' is receding (filed back), resulting in two surfaces 25.1, 25.2 at an obtuse angle to one another (imaginatively). With 26 trains are marked.
  • the center M can also be on the other side of the profile, as in Figure 2a shown.
  • Such a bastion profile 20 is suitable for or as an inner profile in a highly stressed weapon barrel, in particular a fast-firing machine gun (machine gun). Weapon systems in the small and medium caliber range are particularly affected by this.
  • the tube profile can also be used with other tube types.

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Description

  • Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Waffenrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine Schusswaffe, insbesondere aber nicht einschränkend eines Maschinengewehrs, mit einem Rohrinnenprofil.
  • Rohre für Schusswaffen sind erheblichen Belastungen ausgesetzt. Neben dem Treibladungsgasdruck werden diese beim Schuss durch das zu verschießende Geschoss belastet. Um präzise geführt zu werden, besitzt dieses einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Waffenrohrs. Dieses Übermaß wird während des Rohrdurchganges durch Verformung und Verschleiß abgebaut. Das Rohrinnenprofil eines gezogenen Waffenrohrs sorgt für eine präzise Führung des Geschosses im Rohr und versetzt das Geschoss zudem in Rotation um dessen Längsachse. Diese allgemein als Drall bezeichnete Rotationsbewegung ist für den stabilen Flug des Geschosses außerhalb des Waffenrohres notwendig. Das Innenprofil verläuft rotierend mit einer bestimmten Steigung um die Rohrachse. Das beschleunigte Geschoss folgt diesem und rotiert mit zunehmender Geschwindigkeit um seine Längsachse. Die Gestaltung des Rohrinnenprofils beeinflusst dementsprechend die Interaktion des Geschosses. Ein geringer Innendurchmesser bewirkt eine hohe Verpresskraft des Geschosses und sorgt für entsprechende Reibkräfte. Die beim Einpressen auftretenden Größen wie Verformung, Reibleistung und Verschleiß sind untereinander gekoppelt und verhalten sich stark nichtlinear. Dadurch sind die Auswirkungen eines speziellen Rohrinnenprofils nur mit großem theoretischem Aufwand vorhersehbar. Häufig sind die Rohrinnenprofile das Ergebnis empirischer Vorgehensweisen.
  • Aus der DE 17 03 012 C3 ist ein Drallzugprofil für Geschossläufe mit zwischen Feldern und Zügen liegenden schraubenförmigen Drallflankenflächen bekannt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Drallflankenfläche mit dem jeweils am Flankenfuß angelegten Radius einen selbsthemmenden Winkel von etwa 5° bildet.
  • Die DE 1 044 675 B bezieht sich auf ein Drallzugprofil hoher Gasliderung für Geschossläufe, bei dem die Züge durch Kreisbögen vom Zug jeder Flanke zur Höhe des benachbarten Feldes gebildet werden.
  • Die DE 200 02 365 U1 präsentiert einen Lauf mit einem Innenprofil in einer Kombination aus bereits bestehenden Profilen, Polygon und Zug/Feldprofil, wobei beim Rechtsdrall die führende Kante in Schussrichtung rechts scharfkantig ist und die gegenüberliegende Seite übergeht in ein Polygonprofil und keine scharfen Kanten aufweist.
  • Weitere Feld-Zug-Profile sind der US 835,482 A , der US 329,303 A , der WO 97/45690 A1 , der US 4,437,251 A sowie der US 4,308,681 A entnehmbar.
  • US-A-1,335,444 offenbart ein Waffenrohr mit Feld-Zug-Profil, wobei die Felder als ebene Flächen orthogonal zum Durchmesser der inneren Bohrung verlaufen und dann unstetig oder verrundet in gerade Feldflanken übergehen.
  • EP 0892238A2 offenbart ein Waffenrohr mit Feld-Zug-Profil, wobei die Felder und Züge über ihre gesamte Umfangslänge gekrümmt ausgebildet sind und verrundet ineinander übergehen.
  • Die US 2008/0120889 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Feld-Zug-Profils.
  • Derartige Profile sind für einen bestimmten Geschosstyp ausgelegt. Bei Verwendung einer anderen Munitions- oder Geschosssorte des gleichen Kalibers können zum Teil massive Probleme auftreten, wie unzulässig hohe Spitzengasdrücke, mangelhafte Präzision massiver Verschleiß des Waffenrohres.
  • Dabei handelt es sich in der Regel um Mantelgeschosse mit Bleikern. Trotz der festigkeitssteigernden Legierungsbestandteile im Hartblei sind die Geschosskerne sehr weich und damit das gesamte Geschoss leicht verformbar. Hartkerngeschosse mit Wolframkarbidkern sind im Aufbau deutlich steifer und verursachen mit Polygonläufen, d.h. Waffenrohren mit einem Polygoninnenprofil, eine massive Zunahme des Rohrverschleißes.
  • Die DE 10 2012 000 686 A1 offenbart ein Waffenrohr mit verchromtem Innenprofil zur Erhöhung der Belastbarkeit. Die Felder des Innenprofils sind als Polygone trapezförmig und asymmetrisch ausgeführt und sind wesentlich schmaler als die Züge. Die Felder weisen einseitig einen relativ langen Anstieg in Form einer Steigung und auf der anderen Seite eine schnell absteigende Flanke auf. Die Verchromung ist derart, dass die Chromschicht auf den Zügen dünner als die auf den Feldern ist.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Rohrinnenprofil aufzuzeigen, das das Verschießen verschiedener Geschosstypen, insbesondere von Mantelgeschossen mit Bleikern und Hartkerngeschossen, ermöglicht.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine wesentlich günstigere Kontaktdruckverteilung zu erlangen, um den Verschleiß zu minimieren. Dazu wird ein Innenprofil geschaffen, das sich dadurch auszeichnet, dass die Höhe der Felder (Feldhöhe) zu deren Rändern, also zu den Feldflanken, hin in der beanspruchten Weise abnimmt. Mit den beiden Frontflächen und den Flanken ähneln die Felder einer Bastion. Durch das so bezeichnete Bastionsprofil wird eine wesentlich günstigere Kontaktdruckverteilung als bei den bekannten Innenprofilen bzw. Feld-Zug-Profilen erreicht. Neben dem Kontaktdruck werden auch die Reibleistung und die dadurch erzeugte Aufheizung des Waffenrohres verringert. Anders als bei Polygonprofilen bleiben dabei die Feldflanken, wenn auch in etwas reduzierter Form, erhalten, die ihrerseits gut geeignet sind, das Drallmoment zu übertragen. Diese Konstruktion erlaubt die Wirkung des Drallmoments auf die Feldflanken von der Wirkung des Einpressvorgangs auf die Oberfläche der Felder räumlich zu trennen.
  • Das derart gestaltete Bastionsprofil verbessert das Verschleißverhalten bei Verwendung von Hartkerngeschossen für Waffenrohre bei hoher Schusskadenz, wie beispielsweise bei Maschinengewehren. Dennoch bleibt die präzise Geschossführung eines normalen Feld-Zug-Profils erhalten. Geschaffen wird ein hochbelastbares Waffenrohr.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
    • Fig.1 eine skizzenartige Darstellung eines 90° Segments eines nicht maßstabsgetreuen, vierzügigen Feld-Zug Profils,
    • Fig. 2 eine Ableitung eines Bastionsprofils gemäß der Erfindung,
    • Fig. 3 eine skizzenhafte Darstellung eines vierzügigen Bastionsprofils.
  • Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines 90° Segments 1 1 eines vierzügigen Feld-Zug-Profils 10 eines nicht näher dargestellten Waffenrohres nach dem Stand der Technik. Dieses Segment 11 besteht aus einem Zugradius 2 und einem kleineren Feldradius 1. Die Kontur des Profils 10 läuft im Feld 5 bzw. im Zug 6 auf den jeweiligen Durchmesser (Radius). Die Übergänge werden durch gerade Seiten 3, die sogenannten Feldflanken, gebildet. Das Profil 10 ist spiegelsymmetrisch zur Winkelhalbierenden 4.
  • Fig. 2 stellt die Ableitung eines sogenannten Bastionsprofils 20 aus dem Feld-Zug-Profil 10 nach dem Stand der Technik zum besseren Verständnis dar.
  • Es zeigt ein 90° Segment 21. Dieses stellt ein Feld 25 und teilweise einen Zug 26 dar. Das Feld 25 weist Flanken 25.3 sowie 25.4 auf. Die Höhe h der Felder 25 nimmt zu den Flanken 25.3 und 25.4 hin um einen Betrag 29 hin ab.
  • Die Bestimmung dieses Betrages erfolgt wie folgt:
    Ein Kreis wird so konstruiert, dass sich ein Schnittpunkt 22 auf der Winkelhalbierenden mit einem Feldradius ergibt. Der Mittelpunkt M liegt ebenfalls auf der Winkelhalbierenden 23. Der Radius 27 des Kreises wird größer als der Feldradius gewählt. Diese Kontur wird für jedes Feld 25 geschaffen (konstruiert), da die jeweiligen Kreismittelpunkte nicht deckungsgleich sind. Das Material 28 wird vom Feld 25 entfernt, das innerhalb des Bastionsradius 27 liegt, d.h., zwischen dem Feldradius 1 und dem Bastionsradius 27. Als Ergebnis hat das Feld 25 nur in der Mitte seine nominale Höhe h, die sich nach außen hin um einen Betrag 29 verringert. Maximal kann der Bastionsradius 27 so groß gewählt werden, dass an den Feldrändern eine Resthöhe verbleibt, also die Feldflanken 3 nicht eliminiert werden.
  • Fig. 3 zeigt ein vier Feld/ Züge aufweisendes Bastionsprofil 20 eines Waffenrohres 30 in einer Vorderansicht. Die Oberfläche O der Felder 25 besteht, absolut gesehen, aus einem einzigen Radius. Relativ zum nominalen Feldradius ist die Oberfläche O' aber zurückeilend (zurückgefeilt), wodurch sich zwei Flächen 25.1, 25.2 in einem stumpfen Winkel zueinander ergeben (gedanklich). Mit 26 sind Züge gekennzeichnet.
  • Für die Wahl des Bastionsradius 27 existieren folgende Grenzfälle:
    1. 1. Wenn der Bastionsradius gleich dem Feldradius ist, wird kein Material entfernt. Man erhält ein klassisches Feld-Zug-Profil.
    2. 2. Wenn der Bastionsradius so groß gewählt wird, dass die Feldflanken vollständig entfernt werden, erhält man eine Art Polygonprofil.
  • Bei einem großen Verhältnis von Zug- zu Feldradius und / oder kleinen Feldbreiten infolge einer großen Anzahl von Zügen kann der Fall auftreten, dass auch bei einem unendlich großen Bastionsradius (einer Geraden) die Feldflanken teilweise erhalten bleiben und damit die Definitionsgrenze des Bastionsprofils nicht erreicht wird. In diesem Fall kann der Mittelpunkt M auch auf der anderen Seite des Profils liegen, wie in Fig. 2a dargestellt.
  • Ein derartiges Bastionsprofil 20 eignet sich für bzw. als Innenprofil in einem hoch beanspruchten Waffenrohr, insbesondere einer schnellschießenden Maschinenwaffe (Maschinenkanone). Hiervon sind bevorzugt Waffensysteme im klein- und mittleren Kaliberbereich betroffen. Das Rohrprofil ist aber auch bei anderen Rohrtypen einsetzbar.

Claims (3)

  1. Waffenrohr (30) mit einem spiegelsymmetrischen vierzügigen Feld-Zug-Profil (10) für hoch beanspruchte Waffen, wobei jedes Feld (25) gerade Feldflanken (25.3,25.4) aufweist, wobei die Kontur aller Züge (26) auf einem Kreis mit einem Zugradius (2) läuft, dessen Kreismittelpunkt auf einer das jeweilige Feld mittig schneidenden Winkelhalbierenden (23) liegt, wobei die Kontur der Felder (25) jeweils auf einem Kreis läuft, dessen Mittelpunkt (M) auf der Winkelhalbierenden (23) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (27) des Kreises, worauf die Kontur der Felder jeweils läuft, größer ist als der Zugradius (2) und kleiner ist als unendlich.
  2. Waffe mit einem Waffenrohr (30) nach Anspruch 1.
  3. Waffe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Waffe eine Waffe im Klein- und Mittelkaliberbereich ist.
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