ITTO20111061A1

ITTO20111061A1 - SHUTTER MECHANISM WITH DOUBLE PROPELLER SHAFT

Info

Publication number: ITTO20111061A1
Application number: IT001061A
Authority: IT
Inventors: Daniele Tomasi
Original assignee: Daniele Tomasi
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2012-02-17

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: “Meccanismo otturatore con albero a doppia elica”, Description of the industrial invention entitled: "Shutter mechanism with double helix shaft",

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione ha per oggetto un meccanismo otturatore con albero a doppia elica atto a realizzare una tenuta a gas apribile, al vivo di culatta di armi che utilizzano munizionamento senza bossolo. The present invention relates to a shutter mechanism with a double helix shaft suitable for providing an openable gas seal, flush with the breech of weapons that use shellless ammunition.

Il munizionamento senza bossolo, a differenza del munizionamento tradizionale, non ha il bossolo, che funge da elemento di chiusura stagna al vivo di culatta della canna, e, quindi, è generalmente costituito da un propellente solido opportunamente sagomato al cui interno sono presenti l’ogiva della munizione e l’innesco. The cartridge-less ammunition, unlike the traditional ammunition, does not have the cartridge case, which acts as a watertight closure element to the live breech of the barrel, and, therefore, is generally constituted by a suitably shaped solid propellant inside which the ogive of the ammunition and the trigger.

Nelle armi con munizionamento classico la pressione dei gas generati dalla combustione agisce sul bossolo in direzione radiale all’altezza del colletto deformandolo e premendo la sua superficie esterna sulla superficie interna della canna, realizzando la tenuta; la forza assiale generata dalla pressione dei gas sul fondello del bossolo viene contrastata da un dispositivo di chiusura che, generalmente, si accosta al fondello e, a seguito del movimento degli elementi di serraggio, viene vincolato assialmente ed impedisce al bossolo di uscire dalla sede realizzata nella canna. Tali dispositivi, per poter ruotare necessitano di un gioco assiale che, durante l’azione delle forze di pressione, determina un arretramento, seppur molto piccolo, del dispositivo di chiusura. Questo arretramento non crea alcun problema se si usa munizionamento classico, in quanto il colletto del bossolo ha una lunghezza molto maggiore dell 'arretramento dovuto ai giochi assiali del dispositivo di chiusura e la tenuta è sempre garantita. In weapons with classic ammunition, the pressure of the gases generated by combustion acts on the case in a radial direction at the height of the collar, deforming it and pressing its outer surface on the inner surface of the barrel, creating the seal; the axial force generated by the pressure of the gases on the bottom of the case is opposed by a closing device which, generally, approaches the bottom and, following the movement of the clamping elements, is axially constrained and prevents the case from coming out of the seat made in the barrel. These devices, in order to rotate, require an axial play which, during the action of the pressure forces, causes a retraction, albeit very small, of the closing device. This retraction does not create any problems if you use classic ammunition, as the collar of the case has a much greater length than the retraction due to the axial play of the locking device and the tightness is always guaranteed.

Nelle armi con munizionamento senza bossolo è necessario inserire completamente la munizione entro la canna e realizzare una tenuta con un elemento che si appoggi sul vivo di culatta delta canna e che sia premuto su di essa con una forza pari o superiore alla forza dì pressione esercitata dai gas. Inoltre, al fine di inserire una nuova cartuccia, tale elemento deve poter arretrare sufficientemente per dare spazio alla suddetta cartuccia di giungere in posizione di inserimento nella camera. Poiché si deve realizzare una tenuta non è possibile usare un dispositivo che necessiti di giochi assiali per poter giungere in posizione di bloccaggio perché questi costituirebbero una luce di passaggio per le fughe. In guns with caseless ammunition it is necessary to completely insert the ammunition into the barrel and make a seal with an element that rests on the breech of the barrel and that is pressed on it with a force equal to or greater than the pressure force exerted by the gas. Furthermore, in order to insert a new cartridge, this element must be able to retract sufficiently to give space for the aforementioned cartridge to reach the insertion position in the chamber. Since a seal must be made, it is not possible to use a device that requires axial play to be able to reach the locking position because these would constitute a passage opening for the joints.

Un’altra soluzione tecnica prevede l’impiego di una camera rotante attorno ad un asse perpendicolare all’asse della canna pertanto tale meccanismo si porta in una posizione verticale per il caricamento della munizione dal caricatore ed in posizione orizzontale per la fase di fuoco. Pertanto le forze di pressione vengono bilanciate automaticamente da questo sistema ma rimane il problema delle tenute all’interfaccia tra camera e vivo di culatta della canna e all’interfaccia tra la camera e la zona posteriore di chiusura della camera dove sono presenti gli elementi di innesco. Another technical solution involves the use of a rotating chamber around an axis perpendicular to the axis of the barrel therefore this mechanism moves into a vertical position for loading the ammunition from the magazine and in a horizontal position for the firing phase. Therefore the pressure forces are automatically balanced by this system but the problem of the seals at the interface between the chamber and the breech head of the barrel and at the interface between the chamber and the rear closure area of the chamber where the ignition elements are present remain. .

La presente invenzione si propone di ovviare a tali problematiche adottando una tenuta conica che viene forzata sul vivo di culatta della canna e di mantenere la direzione principale dei movimenti del meccanismo parallela all’asse della canna. The present invention aims to obviate these problems by adopting a conical seal that is forced onto the breech of the barrel and to maintain the main direction of the movements of the mechanism parallel to the axis of the barrel.

Il meccanismo sarà descritto facendo riferimento ai disegni allegati. The mechanism will be described with reference to the attached drawings.

La figura 1 rappresenta una sezione trasversale del meccanismo durante la corsa di serraggio. Figure 1 shows a cross section of the mechanism during the clamping stroke.

All’interno della canna 10 è situata la munizione composta dall’ogiva 12, dal propellente solido 13 e dall’innesco 14. Questo meccanismo impiega munizionamento senza bossolo con propellente solido di forma cilindrica cava che presenti gli incavi per ospitare l’innesco e l’ogiva. Inside the barrel 10 is located the ammunition consisting of the ogive 12, the solid propellant 13 and the primer 14. This mechanism uses shellless ammunition with a solid propellant of a hollow cylindrical shape that presents the recesses to house the primer and the primer. 'ogive.

L’otturatore 7 è alloggiato entro la parte anteriore del cannoto 3 tra il rilievo interno del cannotto stesso e la ghiera di fissaggio 6. L’oturatore 7 si appoggia frontalmente sulla superficie tronco-conico al vivo di culatta della canna 10 ed ospita al suo interno il percussore 8 che può appoggiarsi sulla superficie tronco-conica interna dell’otturatore 7 ed è limitato nella sua corsa di innesco dall’anello elastico 11. Le superfici coniche di contatto tra otturatore e canna e tra percussore ed otturatore realizzano la tenuta. L’otturatore 7 si appoggia posteriormente, sull’elemento elastico 15 costituito da un pacco di molle di grande rigidezza, quali le molle a tazza. The bolt 7 is housed within the front part of the barrel 3 between the internal relief of the barrel itself and the fastening ring nut 6. The bolt 7 rests frontally on the truncated conical surface of the breech barrel 10 and houses its the firing pin 8 which can rest on the internal frusto-conical surface of the obturator 7 and is limited in its trigger stroke by the elastic ring 11. The conical contact surfaces between obturator and barrel and between firing pin and obturator form the seal. The shutter 7 rests on the back, on the elastic element 15 consisting of a pack of springs of great stiffness, such as cup springs.

Il cannotto 3 è infilato sopra l’estremità anteriore dell’albero sagomato 2 e può scorrere entro il foro anteriore dell’alloggiamento 1. II cannotto 3 presenta un foro radiale entro il quale viene piantato il perno di attuazione 4 e si infila entro la scanalatura elicoidale anteriore sull’albero sagomato 2. 11 perno di attuazione 4 è vincolato a muoversi orizzontalmente nella scanalatura presente sull’altoggiamento 1 . The sleeve 3 is inserted over the front end of the shaped shaft 2 and can slide into the front hole of the housing 1. The sleeve 3 has a radial hole in which the actuation pin 4 is driven in and slips into the groove. front helical on the shaped shaft 2. The actuation pin 4 is constrained to move horizontally in the groove present on the elevation 1.

II perno di comando 5 è piantato entro il cursore 9 ed è vincolato a muoversi orizzontalmente entro l’asola sulla superficie superiore dell’alloggiamento 1, il perno di comando 5 si impegna altresì con la scanalatura elicoidale posteriore dell’albero sagomato 2. Il cursore 9 è vincolato a muoversi assialmente lungo il corpo dell’alloggiamento 1 ed è l’elemento che aziona il meccanismo. Il cursore è azionato nella corsa di avanzamento da una molla di compressione a spirale a base rettangolare, con filo circolare, di bassa rigidezza, mentre per il ritorno, a seconda della tipologia di arma, il cursore può essere fatto retrocedere tramite un dispositivo di recupero dei gas oppure manualmente. The control pin 5 is planted within the slider 9 and is constrained to move horizontally within the slot on the upper surface of the housing 1, the control pin 5 also engages with the rear helical groove of the shaped shaft 2. The slider 9 is constrained to move axially along the body of the housing 1 and is the element that drives the mechanism. The slider is operated in the advancement stroke by a spiral compression spring with a rectangular base, with circular wire, of low stiffness, while for the return, depending on the type of weapon, the slider can be made to move back through a recovery device gases or manually.

L’albero sagomato 2 è ospitato e si appoggia radialmente sul settore circolare della cavità sagomata presente all’interno dell’alloggiamento 1. The shaped shaft 2 is housed and rests radially on the circular sector of the shaped cavity present inside the housing 1.

Si descriverà di seguito l’albero sagomato con riferimento alla figura 2, dove questo è rappresentato in vista superiore, frontale, in sezione trasversale ed in assonometria. The shaped shaft will be described below with reference to Figure 2, where this is represented in a top, front, cross-section and axonometric view.

L’albero sagomato è costituito da una parte cilindrica anteriore sulla quale è realizzata una scanalatura elicoidale e da una parte cilindrica posteriore, di diametro maggiore, sulla quale è realizzata una seconda scanalatura elicoidale. La parte cilindrica posteriore presenta anche due spianature parallele, L’albero ha un foro al suo interno per consentire il passaggio del percussiore. The shaped shaft consists of a front cylindrical part on which a helical groove is made and a rear cylindrical part, with a larger diameter, on which a second helical groove is made. The rear cylindrical part also has two parallel flattenings. The shaft has a hole inside to allow the percussion to pass through.

Si descriverà di seguito Palloggiamento con riferimento alia figura 3, dove questo è rappresentato in vista posteriore, in sezione trasversale ed in assonometria. The housing will be described below with reference to Figure 3, where it is shown in rear view, in cross section and in axonometry.

L’alloggiamento è costituito da un unico blocco parallelepipedo a base rettangolare, sviluppato lungo la direzione assiale del meccanismo. Ai suo interno è presente una cavità sagomata con due settori circolari e due facce piane parallele, che riproduce in negativo la forma dell’albero sagomato. Sulla superficie frontale è presente un foro entro il quale si inserisce e scorre il cannotto quando questo si trova in posizione avanzata. Le pareti laterali presentano un’apertura nella zona anteriore dell’alloggiamento, dove l’albero sagomato si posiziona durante la fase di serraggio. Sulla superficie superiore è presente una asola passante, rettilinea, parallela all’asse dell’alloggiamento. Sulla superficie inferiore, nella zona anteriore è presente una scanalatura che garantisce alla munizione gli spazi di manovra al fine di poter uscire dal caricatore ed inserirsi nella canna. The housing consists of a single parallelepiped block with a rectangular base, developed along the axial direction of the mechanism. Inside there is a shaped cavity with two circular sectors and two parallel flat faces, which reproduces the shape of the shaped shaft in negative. On the front surface there is a hole in which the tube is inserted and slides when it is in an advanced position. The side walls have an opening in the front area of the housing, where the shaped shaft is positioned during the tightening phase. On the upper surface there is a through slot, straight, parallel to the axis of the housing. On the lower surface, in the front area, there is a groove that guarantees the ammunition the maneuvering space in order to be able to exit the magazine and insert itself into the barrel.

Si procederà ora a descrivere il funzionamento del meccanismo oggetto dell’invenzione. Il movimento del meccanismo è funzionalmente suddiviso in due corse: una corsa rapida ed una corsa di serraggio. We will now proceed to describe the operation of the mechanism object of the invention. The movement of the mechanism is functionally divided into two strokes: a rapid stroke and a clamping stroke.

Nella corsa rapida il cannotto compie una grande corsa, sufficiente a garantire spazi di manovra sufficienti alia munizione, mentre nella corsa di serraggio, il cannotto compie una corsa molto contenuta, sufficiente a forzare l’otturatore sulla culatta della canna con una forza sufficiente a garantirne la tenuta sotto l’azione della pressione dei gas. L’albero sagomato durante la corsa rapida opera una pura traslazione assiale, mentre durante la corsa di serraggio opera una pura rotazione attorno al proprio asse. La cinematica dell’albero sagomato è definita dall’alloggiamento, che impone vincoli differenti a seconda della posizione assunta dall’albero sagomato, e dal cursore che impone la sua velocità al meccanismo. In the rapid stroke, the barrel makes a large stroke, sufficient to guarantee sufficient maneuvering space for the ammunition, while in the clamping stroke, the barrel makes a very limited stroke, sufficient to force the bolt onto the barrel breech with sufficient force to guarantee it sealing under the action of gas pressure. The shaped shaft during the rapid stroke operates a pure axial translation, while during the clamping stroke it operates a pure rotation around its own axis. The kinematics of the shaped shaft is defined by the housing, which imposes different constraints depending on the position assumed by the shaped shaft, and by the cursor which imposes its speed on the mechanism.

Durante la corsa rapida, l’alloggiamento vincola l’albero sagomato ad essergli coassiale tramite le superflci cilindriche e vincola l’albero sagomato a non ruotare attorno al proprio asse, tramite le superimi piane parallele. Durante la corsa di serraggio, l’alloggiamento vincola ancora l’albero sagomato ad essergli coassiale tramite le superimi cilindriche ma, grazie alle finestre aperte sulle pareti laterali dell’alloggiamento, l’albero sagomato è libero di ruotare attorno al proprio asse. In questa corsa l’otturatore è a contatto della culatta della canna, quest’ultima fornisce una reazione vincolare all’otturatore pari alla forza con cui esso è premuto. Pertanto l’albero scanalato tenderà ad appoggiarsi alle superflci piane posteriori delle finestre laterali. During the rapid stroke, the housing constrains the shaped shaft to be coaxial through the cylindrical surfaces and constrains the shaped shaft not to rotate around its axis, through the parallel flat surfaces. During the clamping stroke, the housing still constrains the shaped shaft to be coaxial to it through the cylindrical surfaces but, thanks to the open windows on the side walls of the housing, the shaped shaft is free to rotate around its own axis. In this stroke, the bolt is in contact with the breech of the barrel, the latter providing a binding reaction to the bolt equal to the force with which it is pressed. Therefore the splined shaft will tend to lean on the rear flat surfaces of the side windows.

Durante la corsa rapida, la relazione cinematica tra il cursore ed il cannotto è di moto traslatorio rigido, ovvero la velocità del cannotto è la stessa del cursore, pertanto vi è un rapporto di trasmissione unitario. Infatti, essendo l’albero sagomato vincolato nella rotazione, non vi è moto relativo tra perno di comando (dunque il cursore) e la relativa scanalatura elicoidale sull’albero sagomato, analogamente non vi è moto relativo tra il perno di attuazione (dunque il cannotto) e la relativa scanalatura elicoidale sull’albero sagomato. Pertanto cursore, perno di comando, albero sagomato, perno di attuazione e cannotto si muovono rigidamente di moto traslatorio. During the rapid stroke, the kinematic relationship between the slider and the quill is of rigid translational motion, i.e. the speed of the quill is the same as that of the slider, therefore there is a unitary transmission ratio. In fact, since the shaped shaft is constrained in rotation, there is no relative motion between the control pin (therefore the cursor) and the relative helical groove on the shaped shaft, similarly there is no relative motion between the actuation pin (therefore the sleeve ) and the relative helical groove on the shaped shaft. Therefore slider, control pin, shaped shaft, actuation pin and sleeve move rigidly with a translational motion.

Durante la corsa di serraggio, la relazione cinematica tra il cursore ed il cannotto è definita dagli angoli di avvolgimento delle due scanalature elicoidali sull’albero sagomato e tali angoli di avvolgimento sono scelti in modo da avere un rapporto di trasmissione tale da consentire una riduzione della forza che la molla a elica deve applicare al cursore rispetto alla forza necessaria per realizzare la tenuta deH’otturatore. Infatti l’avanzamento del cursore fa avanzare il perno di comando che, tramite la relativa scanalatura elicoidale sull’albero sagomato, fa ruotare quest’ultimo e tale rotazione è trasmessa all’altra scanalatura elicoidale sull’albero sagomato, la quale si impegna con 11 perno di attuazione e 10 fa avanzare. Pertanto gli angoli di avvolgimento delle due eliche dovranno essere concordi. During the clamping stroke, the kinematic relationship between the slider and the sleeve is defined by the winding angles of the two helical grooves on the shaped shaft and these winding angles are chosen in such a way as to have a transmission ratio such as to allow a reduction of the force that the helical spring must apply to the slider with respect to the force necessary to seal the shutter. In fact, the advancement of the slider advances the control pin which, through the relative helical groove on the shaped shaft, causes the latter to rotate and this rotation is transmitted to the other helical groove on the shaped shaft, which engages with 11 actuation pin and 10 advances. Therefore the winding angles of the two helices must be in agreement.

11 rapporto di trasmissione tra il perno di comando ed il perno di attuazione dipende dal prodotto tra il rapporto tra le tangenti degli angoli di avvolgimento delie eliche ed il rapporto dei raggi medi di tali eliche. The transmission ratio between the control pin and the actuation pin depends on the product of the ratio between the tangents of the winding angles of the helices and the ratio of the average radii of said helices.

La seguente fonnula esprime il rapporto di trasmissione (RT) in funzione dei raggi medi delle scanalature elicoidali (ri, r2) e degli angoli di avvolgimento delle eliche (ai, a2), misurati tra l’asse longitudinale dell’albero e la proiezione della retta tangente all’elica sul piano dell’asse longitudinale dell’albero (con ii pedice “1” sono indicate le grandezze relative all’elica posteriore e con il pedice “2” sono indicate le grandezze relative all’elica anteriore): The following formulation expresses the transmission ratio (RT) as a function of the mean radii of the helical grooves (ri, r2) and the winding angles of the helices (ai, a2), measured between the longitudinal axis of the shaft and the projection of the straight line tangent to the propeller on the plane of the longitudinal axis of the shaft (the subscript "1" indicates the quantities relating to the rear propeller and the subscript "2" indicates the quantities relating to the front propeller):

*r=<r>VV<tan a>7 tanai* r = <r> VV <tan a> 7 tanai

La formula seguente indica la relazione tra la forza di azionamento del cursore (Fi) e la forza agente sul cannotto (F2): The following formula indicates the relationship between the actuating force of the slider (Fi) and the force acting on the quill (F2):

La formula seguente indica la relazione tra lo spostamento del cursore (xi) e lo spostamento del cannotto (x2) durante la fase di serraggio: The following formula indicates the relationship between the displacement of the slider (xi) and the displacement of the quill (x2) during the tightening phase:

xt= RT<■>xzxt = RT <■> xz

Operando con opportuni raggi ed angoli di avvolgimento è possibile ottenere grandi riduzioni della forza da applicare rispetto alla forza necessaria alla tenuta, ottenendo come contropartita una corsa del cannotto molto ridotta rispetto a quella del cursore. By operating with suitable winding radii and angles, it is possible to obtain large reductions in the force to be applied with respect to the force required for the seal, obtaining as a counterpart a very reduced stroke of the sleeve compared to that of the slider.

Proprio per questo motivo il meccanismo ha due modi di funzionamento: la corsa di serraggio richiede una grande corsa al cursore pertanto è limitata a coprire lo spostamento del cannotto fino a quando le molle a tazza non hanno una deformazione tale da imprimere all’otturatore la forza necessaria alla chiusura, mentre la corsa rapida permette all’otturatore di spostarsi sufficientemente per fare spazio alta munizione richiedendo al cursore una corsa pari a quella compiuta dall’otturatore in questa fase. Precisely for this reason the mechanism has two operating modes: the clamping stroke requires a large stroke to the slider therefore it is limited to covering the displacement of the sleeve until the disc springs have a deformation such as to impart force to the shutter. necessary for closing, while the rapid stroke allows the bolt to move sufficiently to make room for high ammunition, requiring the cursor to run equal to that completed by the bolt in this phase.

Claims

ANNEX 3: CLAIMS 1) Shutter mechanism for firearms using shellless ammunition, characterized by an element that operates, during the tightening phase, a double conversion of motion: from translatory to rotatory and from rotatory to translatory. 2) Shutter mechanism according to claim 1, characterized by the presence of a translating and rotating element with two helical grooves. 3) Shutter mechanism according to claims 1 and 2, characterized by the presence of the following elements (referring to figure 1): a housing 1; a shaped shaft 2; a sleeve 3; a control pin 5 which engages on one side with the longitudinal groove of the housing and on the other with the rear helical groove of the shaped shaft; an actuation pin 4 integral with the sleeve which engages on one side with the longitudinal groove of the housing and on the other with the front helical groove of the shaped shaft. 4) Shutter mechanism according to claims 1, 2 and 3 whose shaped shaft is characterized by (referring to figure 2): two helical grooves made on cylindrical surfaces of different diameters; two parallel flat faces on the larger diameter surface. 5) Shutter mechanism according to claims 1, 2 and 3, the housing of which is characterized by (referring to figure 3): be made starting from a single parallelepiped block with a rectangular base, developed along the axial direction of the mechanism; by a shaped cavity with two circular sectors and two parallel flat faces; a hole on the front face; rectangular openings on the side walls; a through slot, straight and parallel to the axis of the housing on the upper surface; a groove on the bottom surface. ANNEX 4: CLAIMS 1) Breech mechanism for firearms using caseless ammunitions characterized by an element operating a double motion conversion, from linear to rotative and from rotative to linear during the locking phase.

2) Breech mechanism as defined in claim 1, characterized by a sliding and rotating element with two helical grooves.

3) Breech mechanism as defined in claims 1 and 2, comprising in combination (referring to figure 1); an housing 1; a shaped shaft 2; with sleeve 3; a command pin 5 engaging from one side to the longitudinal groove of the housing and from the oter side with the rear screw of the shaped shaft; an actuating pin 4 solidai to the sleeve, engaging from one side the longitudinal groove of the housing and from the other side the front helical screw of the shaped shaft; a breechblock 7 inside the sleeve pushed forward by a Belleville spring 15 and retained by a Retaining Ring 6, 4) Breech mechanism defined in claims 1, 2 and 3 where the shaped shaft is characterized by (referring to figure 2): two helical grooves over two cylindrical surfaces with different diameters; two planes and parallel on the zone with larger diameter 5) Breech mechanism defined in claims 1, 2 and 3 in which the housing is characterized by (referring to figure 3): be made from a single block box developed along the axial direction of the mechanism in which is present a hole shaped with two circular sectors with flat sides; an hole on the front surface; openings on the lateral surfaces; a longitudinal groove on the superior surface parallel to the housing axis; a groove on the inferior surface, in the front side.