WO2016046190A1 - Verfahren und vorrichtungen zu verbesserung von rohrwaffen - Google Patents

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WO2016046190A1
WO2016046190A1 PCT/EP2015/071698 EP2015071698W WO2016046190A1 WO 2016046190 A1 WO2016046190 A1 WO 2016046190A1 EP 2015071698 W EP2015071698 W EP 2015071698W WO 2016046190 A1 WO2016046190 A1 WO 2016046190A1
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valve
barrel
projectile
gas column
gas
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PCT/EP2015/071698
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Martin Ziegler
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Alpha Velorum Ag
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    • 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
    • F41A21/28—Gas-expansion chambers; Barrels provided with gas-relieving ports
    • 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
    • F41A21/30—Silencers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F41A21/32—Muzzle attachments or glands
    • F41A21/36—Muzzle attachments or glands for recoil reduction ; Stabilisators; Compensators, e.g. for muzzle climb prevention

Definitions

  • the invention relates to a method and devices for improving the firing performance and firing properties of guns which accelerate their projectiles by pressurized gases from a pressure vessel or by powder gases from a propellant to high muzzle velocity.
  • guns which accelerate their projectiles by pressurized gases from a pressure vessel or by powder gases from a propellant to high muzzle velocity.
  • gases include revolvers, pistols, rifles, cannons, howitzers and mortars.
  • the invention is particularly suitable for guns whose projectiles leave the barrel at supersonic speed. In such weapons, the acceleration energy of the projectiles usually comes from the combustion of a propellant charge.
  • the invention is explained using the example of .50 caliber .338 caliber and supersonic projectile rifles. The principles are further applicable to all other guns.
  • a .50 or .338 caliber projectile requires less than two milliseconds of triggering time to reach the mouth.
  • Luminescent powder particles can cause muzzle flashes that can dazzle the shooter and facilitate third-party detection.
  • the precision of the shot can be improved by designing the bullet tail, by a low-vibration run and by the loading of the propellant charge.
  • the rear overflow of the projectile tail shortly after the mouth can not be reduced thereby.
  • the projectile thus always receives a lateral impulse, which is maintained during the flight and reduces the accuracy of the hit.
  • the muzzle blast can be reduced by a muffler mounted in front of the muzzle.
  • Typical mufflers reduce the amount of gas that follows the projectile from the orifice by partial expansion within a series of chambers, each interspersed with a bullet hole.
  • a typical example is known from DE4231183C1.
  • DE4231183C1 DE4231183C1.
  • the glow of glowing powder particles can be alleviated by a misfire damper mounted in front of the muzzle or integrated with the barrel weapon.
  • a misfire damper mounted in front of the muzzle or integrated with the barrel weapon.
  • Such devices are known for example from DE8127637U1. These devices only reduce the luminous effect of glowing powder particles, but not the recoil or the sound signature.
  • the recoil can be reduced by a recoil brake. Powder gases flow laterally out of the barrel shortly before the mouth and transfer their momentum partly to baffles or a deflection device which deflects the laterally outflowing gases backwards against the weft direction. Such devices are known for example from DE69604097T2. This can reduce the recoil, but not the muzzle flash or the muzzle blast. The precision is also not improved.
  • a muzzle brake is known, which should also reduce the recoil.
  • powder gases are discharged laterally and rearwardly via a flap mechanism, which reduces the recoil, whereby the flaps are closed by spring force when at rest.
  • the CH48725A describes a device for reducing the sound signature, in which the powder gases are laterally derived by means of a flap and delayed by a labyrinth, which improves the sound signature.
  • an asymmetric derivative reduces the precision of the gun, as well as a lack of bullet guidance inside the device.
  • the FR2680235A1 describes a recoil brake with mechanical flaps which divert some of the powder gases laterally, with a return mechanism not being detailed. Here, the muzzle flash is retained as well as the sound signature.
  • the CH281163A describes a recoil brake with a mechanism that completely blocks the barrel of a weapon with slides. They are moved by the pressure of the powder gases. Here, high frictional forces act on sliding surfaces, which increases the switching time. Because of the separation of the barrel is missing a bullet guidance, which reduces the precision.
  • the CH10580A features a shut-off mechanism to use the energy of the residual powder gases in the barrel, including recoil and sound signature to be reduced.
  • the mechanism is asymmetrical, which reduces the precision as well as the missing bullet guidance. Large valve paths lead to long switching times.
  • the US8387299B1 shows a device for reducing the recoil when using mufflers. A mechanism for the suppression of muzzle flash and
  • FIG. 2 First method step for increasing the
  • FIG.3 Schematic representation of the first step on a gun barrel.
  • FIG. 4 Second method step for reducing the
  • Muzzle blast Fig.5 Schematic illustration of the second step on a reel with reduced recoil.
  • FIG.6 Overall method for improving all four features.
  • Fig.7 Schematic illustration of the entire
  • FIG.8 Schematic representation of a switching valve for the process.
  • Fig.10 a safety device for the
  • Valve. Fig.15 Schematic representation of the switching operation in the valve.
  • the basic idea of the invention is easy to understand with analysis of the mouth passage of a projectile. Physically, the process is similar to a champagne bottle with a "pop" cork - the projectile is the cork, the barrel is the champagne bottle - and at .50 caliber, the bottle has 500 bar internal pressure when the cork is out of the mouth
  • the barrel is a pressure vessel with a volume of 150 cm 3 and contains powder gas at a pressure of 500 bar at the mouth of the projectile, which flows through an opening with a flow area of 1.27 cm 2 and expands within 3 milliseconds to about 30 liters volume. while "it pops".
  • FIG. 1 shows the pressure in run 200 measured over time.
  • the projectile 100 leaves the mouth A0 and the gas has mouth pressure p4.
  • the forces from the shot F x and F y make the barrel 200, including the mouth, vibrate.
  • the tail of the projectile 100 is overtaken by outflowing powder gases, which cause a side force F P during a duration of action ⁇ * tr.
  • This force imparts a lateral movement to the projectile and causes a torque M P from which spin-stabilized projectiles result in additional gyroscopic movements. This results in precession and nutation, which in turn subsequently influence the trajectory and reduce the precision.
  • Powder gas should not flow out and be so fast
  • the powder gas must not overtake the bullet, the mouth pressure must be lowered, as well as the amount of gas that follows the bullet from the mouth.
  • the powder gas must not overtake the bullet and must have a low pressure at the mouth.
  • the powder gas must flow out of the barrel at a low pressure with a delay.
  • the pressure must be lowered within the device - so the device must contain a throttle valve.
  • Numerical example should clarify the idea: In the barrel are 150 cm 3 of powder gas at 500 bar. These expand to 30 liters volume at atmospheric pressure. If the gas leaves the exhaust at 60 m / s and it has an area of 125 cm 2 , then 40 milliseconds must pass until 30 liters of volume have flowed through the exhaust. (Recalculation: 60 m / s by 125 cm 2 results in a volume flow of 750 liters per second 40 milliseconds times 750 liters per second
  • the exhaust must be larger than the mouth area for the bullet exit. To make the exhaust not too large, the time for the expansion of the powder gas must be extended.
  • the exhaust is advantageously laid on the side surface of the pipe, ie on its cylindrical surface, and not on the face where the projectile leaves the mouth. (Note: the exhaust from the
  • Calculation example requires an area of 125 cm 2 .
  • a circle with this area has a diameter of 126 mm. It is clear that such an exhaust can not be on the face of the barrel).
  • the flow branches into a first portion XFO, which flows through the mouth opening AO, and a second portion XF1.1, which flows through an exhaust opening AI.
  • the on-off valve can be open, nothing flows through the exhaust, or it can be closed, then XF1.1 flows through the exhaust and the rest as XFO through the orifice AO.
  • the proportion of XF1.1 should be as large as possible and significantly exceed the proportion XFO.
  • FIG. 3 schematically depicts this step on a gun.
  • run 200 is the projectile 100 and the switching valve SV1 301. It conducts a single gas flow.
  • the switching valve SV1 is located just before the mouth AO, and separates the gas column GSO in the run 200 into two separate parts GS1 and GS2 (a first gas column part GS1 and a second gas column part GS2).
  • the first gas column GS1 is located in the rear part of the barrel 210, which now has the function of a first pressure vessel DB1. It extends from the chamber to the valve.
  • the second gas column GS2 is located in the front part of the barrel 220, which now has the function of a second pressure vessel DB2. It extends from the valve to the bottom of the projectile.
  • Three positions are distinguished, including the switching states of the valve:
  • the valve is open. • 100.2 Projectile is in the running section behind the switching valve
  • the valve is closed.
  • the valve is open again.
  • the switching valve is closed as soon as the projectile passes the valve and changes from DB1 to DB2. Then the valve forwards the flow XF1.0 via XF1.1 to the first exhaust AI 410, which advantageously allows it to flow out sideways or backwards in order to reduce the recoil.
  • the gas column GS1 from pressure vessel DB1 is discharged to the outside only via the valve and the exhaust.
  • the gas volume of gas column GS2 in pressure vessel DB2 is between the bottom of the projectile and the valve.
  • the projectile moves toward the mouth, it acts as a "piston.”
  • the gas column expands and pressure in container DB2 drops - symbolized by arrow 4.
  • the contents of pressure vessel DB2 flow as flow XFO through the mouth to the outside and the valve opens again.
  • the gas column GSO now no longer passes completely through the mouth to the outside, but it is divided into GS1 and GS2 and flows through two ways:
  • the first step of the process is described: Separation of the gas column GSO through a switching valve SV1 in two parts GS1 and GS2, switching the valve with passage of the projectile through the valve, vent the pressure vessel DB1 valve and exhaust, pressure reduction in pressure vessel DB2 by expansion , then bleed behind the projectile through the mouth.
  • SECTION C - Method, Second Step Figure 4 describes the second step of the method.
  • a throttle valve DV1 is inserted before the exhaust.
  • the throttle valve adjusts the time that the powder gas from the pressure vessel DB2 is to receive for expansion.
  • FIG. 5 schematically depicts the second step on a gun. It is identical to the first method step in Figure 3, with the difference that the Gas flow XF1.0 from the first pressure vessel DB1 210 behind the valve 301 via the flow XF1.1 now additionally flows through a throttle valve DV1 510 and flows at lower pressure to the exhaust AI 410 and leaves the system. The proportion of the second gas column flows unchanged behind the projectile from the mouth opening AO. A pressure reduction occurs only through the "piston expansion" by the movement of the projectile in the front runner 220 up to the mouth With this step, the time constant of the expansion of the gas column GS1 and its pressure reduction can be adjusted independently of the dynamics of the projectile.
  • FIG. 6 now shows the third step of the method.
  • the powder gas between the bottom of the projectile and the valve is shown as the second gas column GS2 located in the forward run section 220, that is the pressure vessel DB2 for the tail gas behind the projectile.
  • the powder gas in the second pressure vessel is previously vented only via the mouth AO.
  • the well-known for the pressure vessel DB1 principle of the stepwise expansion via a switching valve, a throttle valve and an exhaust is also extended to the amount of gas in the second pressure vessel DB2.
  • FIG. 7 again schematically depicts this third step on a gun.
  • the system now has a two-way switching valve SV2 302, which relaxes the gas column GS2 in the pressure vessel DB2 of the front run section 220 by means of input gas flow XF2.0 and output gas flow XF2.1 via a second throttle valve DV2 520, whereupon with reduced pressure as XF2.2 a second exhaust A2 420 is supplied and leaves this as XF2.3.
  • the two pressure ⁇ reduced gas streams can be XF1.3 and XF 2.3 is now even further out jointly from the gas column GS1 and GS2.
  • another optional throttle valve DV3 530 can be used in front of the common exhaust A3 430 to further reduce the pressure.
  • Muzzle pressure reduces. This process is symbolized by the arrow 4.
  • the amount of gas in the pressure vessel DB2 is reduced by the backward gas flow XF2.0 through the switching valve SV2, which both the amount of gas following the projectile in the muzzle flow XFO decreases as well as its pressure.
  • the gas quantity following the projectile and its residual expansion upstream of the orifice can be substantially reduced, which decisively improves the precision and reduces the "bang" to a very small fraction.
  • the gas column GS2 is thus favorably influenced by two processes: on the one hand by the piston expansion of the projectile movement (4), and on the other hand by the backward flow through the switching valve (5).
  • Method and apparatus of the invention can favorably influence all four aspects of a gun: A.
  • the muzzle blast is reduced because the
  • Projectile subsequent amount of powder gas is reduced in pressure and quantity, and because the flow velocity of the gas flowing through the exhaust gas is delayed to subsonic. As a result, the muzzle blast can be almost completely suppressed.
  • the recoil is reduced because the exhaust port is enlarged and can be placed on the cylinder surface of the pipe.
  • the gas can flow out perpendicular to the tube axis, or even with a backward velocity component, which reduces the recoil after the pulse set.
  • D. The muzzle flash is reduced because of the
  • Main portion of the powder gases through the throttle valves and exhaust laterally drains to the tube axis and the time of the outflow can be extended so that luminous powder particles can burn completely within the device, which eliminates the muzzle flash.
  • the most important component for implementing the method is a switching valve having the following properties:
  • the valve must close the barrel for a short time. Therefore it needs a valve body or valve flaps.
  • valve flaps The valve must be open when depressurized. Therefore, it requires a holding force at rest. • The projectile has to fly through the valve and trigger the switching process. Therefore, bearing points or axes of rotation can not be positioned in the middle of the barrel. ⁇ The movement of the valve flaps must not be
  • valve must be symmetrical with respect to the barrel axis and must contain at least two valve bodies. ⁇ The switching time must be extremely short to the
  • Such a valve is shown schematically in FIG. 8, in FIG. 8.1 with open switching state and in FIG. 8.2 with closed switching state.
  • the valve has two valve flaps 600 a and 600 b , which are positioned symmetrically on the left and right of the barrel 200. They can rotate about an axis 610 that is perpendicular to the axis. On both sides of her Rotary axis, each flap extends parallel to the barrel beam-shaped with the two legs 620 toward the mouth, and 630 in the direction of the cartridge chamber. Both legs include flow channels 621 and 631 which are separated from each other by a wall 601. The legs 620 and 630 are approximately the same length.
  • the two valve flaps 600 a and 600 b are held in a rest position by a holding force F a and F b , which is generated by a prestressed spring 700. It is shown in Figure 8 only for the upper valve flap (index a).
  • the spring 700 changes between two states during the switching operation of the valve:
  • the valve is open.
  • the spring is only pre-tensioned 700.1, and it keeps the valve open in rest position.
  • Projectile 100.1 is in front of the valve and the valve is not flowed through.
  • the valve is closed.
  • the spring is quite tense 700.2, and she wants to move the valve flap back to rest.
  • 100.2 is located behind the valve, and the valve is traversed on both sides sides of powder gas.
  • the switching process is triggered by passage of the projectile through the valve, ie the change from 100.1 to 100.2.
  • the flow channels 621 and 631 now creates a compressive force which generates in each valve body with respect to the axis of rotation 610 in the same direction acting torque. Due to the symmetrical arrangement of the valves whose torques M a and M b act in opposite directions, and the valve body tilt in opposite directions from its rest position until the ends of the legs 630 touch at the point 638, which ends the switching process. Due to the tilting process, the previously only preloaded spring 700.1 is completely tensioned and changes to the state 700.2, which increases the restoring forces on the valve flaps.
  • the gas column is divided in the barrel.
  • the rear part of the barrel 210 now forms the first pressure vessel DB1, the contents of which flow down through the rear flow channels 631 as flow XFL1, and the front part of the barrel 220 now forms with the projectile 100.2 the second pressure vessel DB2, whose contents now flow as XFL2 the front flow channels drain.
  • the spring 700 returns the valve bodies 600 to the rest position, the valve opens, and all the residual gas from the pressure vessels flows forward from the orifice AO.
  • the closing process of the valve is extremely short, because the actuating forces and the setting energy for the valve come from the gas with orifice pressure, which can be just before the mouth 500 bar to 1 ⁇ 000 bar. Thus, closing times in the range of 1/10 milliseconds can be achieved. During this time, a projectile travels a distance of 90 mm at 900 m / s, depending on the caliber, this is the length of one to two projectiles. Thus, the amount of gas in the front running area 220 remains very small as desired. With the closing process, the restoring energy for the rest position of the valve body 600 in the spring 700 is temporarily stored.
  • the shot is fired - the firing pin hits the primer.
  • the propellant ignites - the powder burns down.
  • Pressure vessel DB2 whose contents also flows backwards via the switching valve SV2.
  • the flow XF1 from pressure vessel DB1 follows the curve from p4 to p9, with the throttle valve DV1 lowering the pressure.
  • Flow XF2 from pressure vessel DB2 follows the curve from p4 to p6, with throttle valve DV2 depressurizing.
  • Mouth transition according to the invention.
  • the projectile leaves the pressure vessel DB2 through the mouth AO, and the residual gases from DB2 flow away. From now on, the projectile will fly in the air.
  • the valve remains closed.
  • the switching valve closes at t4 and opens at t8. From the pressure curve, the difference between the invention and the prior art becomes clear:
  • the powder gases flow from p4 from the mouth. Their expansion takes place on the path p4 to p7 in front of the mouth, causing a muzzle blast.
  • the powder gases flow from p4 in four ways from the barrel: a.
  • the gas from pressure vessel DB1 follows path p4 to p8 until the valve opens again.
  • the Flow XF1 flows through the switching valve and the throttle valve DV1 and provides the holding force for the switching valve in the closed state.
  • the gas from pressure vessel DB2 follows the path p4 to p6 until the projectile leaves the muzzle.
  • the flow XF2 flows through the switching valve and the throttle valve DV2, and the pressure in the gas is lowered by the piston movement of the projectile.
  • c. As soon as the projectile leaves the mouth, the residual gas from the pressure vessel DB2 flows out of the mouth behind the projectile. This is the path from p5 to p6.
  • d. As soon as the switching valve opens again, the residual gas flows freely from the pressure vessel DB1 through the open switching valve through the barrel and leaves it through the mouth. This is the path from p8 to p9.
  • the mouth is flowed through only small amounts of residual gas at low pressure p5 and p8. Their residual expansion then causes no more bang, and their energy is lowered so much that they can not overtake the projectile. The disturbing factor from the rear overflow is eliminated.
  • FIG. 10.1 a shot is possible, according to Figure 10.2, the control unit may not release the shot.
  • the safety device requires for this purpose a sensor 320 which registers the switching state of the valve 301 or 302 and indicates by means of state information 320.1 or 320.2 of a control unit 330 whether the valve is open, wherein the control unit releases or blocks a trigger 310:
  • the valve In the state 320.1 of the sensor, the valve is opened and the control unit 330 is allowed to release the trigger 310.
  • the valve In the state 320.2 of the sensor, the valve is closed and the control unit 330 must block the trigger 310.
  • the senor consists of a mechanical display that signals a shooter if the valve is open.
  • the control unit 320 is then represented by the shooter, who decides based on the display whether he can operate the trigger 310 or not.
  • FIG. 11 and 12 show an inventive device for rifles with open and closed valve.
  • FIG. 11.1 shows an outside view with flow information
  • FIG. 11.2 shows a sectional view with a projectile 100.1 shortly before the passage through the opened valve.
  • Figure 12.1 shows the device in section after the passage of the projectile 100.2 with the valve closed and the spring mechanism in the tensioned state.
  • Figure 12.2 shows the flow channels of the valve body in the tilted state and the currents within the device.
  • the device is intended to process the typical gas flow from the mouth of a .50 caliber rifle.
  • the pressure vessel DB1 flows to a gas flow XF1.0 with 900 m / s and 500 bar. From the mouth A0 at the end of the pressure vessel DB2 flows a gas flow XF0 with 900 m / s and a reduced pressure of a maximum of 20 bar.
  • the stirrup of an unstressed spring 711.1 protrudes from the housing. This can be seen the valve position.
  • the bracket fulfills the function of the sensor 320.1 for the safety device.
  • the sectional view shows the two symmetrically arranged valve body 600. l a and 600.1 b in the open state above and below the barrel, which are rotatably mounted about the axes 610 a and 610 b .
  • Index a denotes the upper valve body
  • Index b the lower one.
  • the spring 700 of Figure 8 is now divided into three individual springs 710 and 720 a and 720 b .
  • the spring 710 is designed as an unobstructed bracket with straight legs, which couple both valve body form-fitting with each other.
  • the throttle valves DV1 and DV2 are designed as perforated pipes, DVl a and DVl b , as well as DV2 a and DV2 b - they are above and below the two run segments with the Pressure vessels DB2 and DB1.
  • the inflow takes place from the valve housing through the front side of the perforated tubes, the outflow across the respective tube axis through the numerous small holes. This ensures a throttling effect.
  • the pipes of the throttle valve DV1 are longer than those of DV2, because the pressure vessel DB2 contains a larger amount of gas than DB1.
  • the projectile 100.2 has passed through the valve housing, the valve body 600.2 a and 600.2 b are tilted and the springs
  • 710.2, 720.2 a and 720.2 b are tense.
  • the valve is closed and the valve bodies are supported
  • the valve state is through the spring clip
  • the channels of the two valve bodies are now from the flows XF1. l a and XF1. l b, and XF2. l a and XF2. l b , which supply the gas from the two pressure vessels the throttle valves DV1 and DV2 frontally.
  • the flow direction is turned by 180 degrees. From the holes of the throttle tubes, the flows XF1.2 and XF2.2 flow transversely to the barrel axis with reduced pressure. The flows XF1.3 and XF2.3 continue to flow through the exhaust ports of the outer tube into the environment.
  • valve body 600 a and 600 b are shown in detail in Figure 13. They are arranged mirror-symmetrically at the same distance next to the barrel.
  • FIG. 13.1 shows the Valve body in a projection
  • Figure 13.2 shows a longitudinal section through the flow channels.
  • Each valve body 600 is designed as a beam element with two approximately equally long legs 620 and 630 extending in the direction of travel. Leg 620 points in the direction of the mouth, leg 630 points in the direction of the chamber. Transverse to the barrel, each valve body is mirror-symmetrical. It can rotate about an axis 602 perpendicular to the plane of symmetry and is rotatably mounted on two cylindrical pins 610, which are firmly connected in the center of the beam with the valve body. Both pins have an end face 611 for the positive connection with the return spring 710. The recess 611 can also be designed as a bore. The leg 620 has a recess 627 for the positive connection with the retaining spring 720.
  • the flow channels 621 and 631 In the legs of the valve body are the flow channels 621 and 631, which are separated by the wall 601 of the valve body. They are bounded towards the center by the sloped flow surfaces 625 and 635 and transversely through the side walls 622 and 623 and 632 and 633. Mouth side 622 and 623 can also be combined into a single web 626.
  • the rear leg 630 also carries two locking jaws 636 and 637, which block the running diameter in the closed state.
  • the width of the valve body b620 is always smaller than the running diameter in the entire beam area, ie sub-caliber.
  • the width of the valve body b630 in the locking jaw area is always greater than the running diameter, ie over-caliber.
  • valve body In the open state, the valve body lies with the latching edge 628 in the valve housing, which limits the rotational movement when opening the valve.
  • both valve bodies touch each other at the latching edge 638 and support each other, which limits the rotational movement when the valve closes and effects the sealing of the valve with respect to the inflowing gas.
  • the switching process is triggered by overflow of the edge 639.
  • the return operation is effected by spring forces.
  • the valve mechanism is shown in FIG. Figures 14.1 to 14.3 show the valve in the open state, Figures 14.4 to 14.6 in the closed state.
  • the valve housing is placed twice mirror-symmetrical with respect to the running center and consists of two housing halves 800 R and 800 L right and left of the middle, in which the pins 610 a and 610 b of the valve body 600 a and 600 b are rotatably mounted.
  • the springs 720 which generate the holding force for the open valve by bias.
  • the return spring 710 is not biased at rest and is guided laterally by slots 806, so that the positive connection of the spring 710 is secured to the pivot 610 via the recess 611.
  • the rotational movement of the two valve body 600 is coupled to each other by the positive connection with the two straight legs of the spring 710.
  • both valve bodies tilt out of the rest position, thereby bending the middle segment of the spring 710.
  • the bending of the retaining springs 720 then additionally increases the restoring force on the valve body.
  • the return spring 710 is dimensioned so long that the bracket 711 protrude between the two straight spring legs and the ends 712 of the housing. Thus, the spring 710 can be reached manually from the outside by a shooter to check the safe operation of the valve without disassembling it.
  • the function of the springs 720 and the two valve bodies can also be tested when the spring 710 is pulled out a piece until the positive connection reaches only one valve. By swinging back and forth of the spring 710, the two valve body 600 can then be moved individually and the retaining springs 720 are checked. The process must be repeated on both sides. This ensures safety in the use of the device.
  • the projectile enters the valve housing through the input port 801 and exits through the exit port 802. During passage, it is centrally guided by the cylindrical side surfaces 804.
  • the valve bodies 600 can pivot in the recesses 807 to the middle of the run, wherein the locking jaws 636 and 637 in the housing recess 803 block the running diameter.
  • the recess 807 is always performed underkalibrig to guide the projectile during passage through the valve in the side surfaces 804, and the recess 803 is always executed over-caliber to securely block the barrel at valve closing.
  • the legs 620 and 630 of the valve body 600 move in the housing 800 in mating recesses 820 and 830 with the openings 821 and 831 and the baffles and deflecting surfaces 822 and 832 with special functions: ⁇ With the valve open, the edge 628 of
  • Valve body on the edge 828 of the housing forms a forward closed pocket in which some powder gas expands and accumulates upon passage of the projectile.
  • the resulting dynamic pressure then induces the switching process that closes the valve.
  • the closing process is highly dynamic, it is shown in FIG.
  • the projectile is just next to the valve bodies.
  • the housing is still depressurized and the valve body are on the housing edge 828 in rest position.
  • the tail of the projectile is just leaving the first run and an overflow of the projectile begins.
  • the valve opens automatically by the forces of the return spring 710 and retaining springs 720 as soon as the torques of the outflowing powder gases to the valve bodies are no longer sufficient to hold the springs. Then the valve body tilt back to the starting position and any residual gas flows freely through the barrel in the direction of the mouth.
  • the powder gases flow laterally out of the exhaust.
  • Muzzle fire brakes lateral guidance of the projectile is missing and the rear overflow of the projectiles after passage of the mouth at supersonic projectiles so far usually can not be eliminated.
  • the invention relates to a method for improving guns that shoot projectiles by means of the expansion of pressurized gases from a propellant charge or from a pressure vessel, the projects behind the projectile 100 in the barrel 200 and projectile ahead driving and expanding gas column GSO locally just before the muzzle AO and shortly before the mouth passage of the projectile at t4 by the switching operation of a one-way switching valve 301 or a two-way switching valve 302 is divided into two parts GS1 and GS2, the Gas column GS1 is located in the rear running section 210, which extends to the switching valve, and the gas column GS2 is located in the front running section 220, which extends from the switching valve to the bottom of the projectile 100.2 in the run before the switching valve, and wherein the gas quantities of both parts GS1 and GS2 before the next shot for the purpose of gas exchange and pressure relief of the barrel 200 completely or partially via one or more throttle valves 500, 510, 520, 530 relaxed and discharged via one or more exhaust ports 400, 410, 420
  • the maximum velocity of the exhaust gases from the barrel in the exhaust ports is less than 80% of the speed of sound.
  • the invention further relates to a device for carrying out the aforementioned method, wherein the device is installed in the barrel of the gun shortly before the mouth or the barrel attached to the mouth and connected to this fixed or removable, and a switching valve 301 or 302 with a housing 800 includes, with one or more springs 700 (710, 720) and at least two valve bodies 600 (600a, 600b) symmetrically arranged with respect to the barrel axis, one or more throttle valves 500 (510, 520, 530) and one or more exhaust ports 400 (410, 420, 430), and finally a sensor 320 is present, which indicates the switching state of the valve, wherein the valve body 600 are rotatably inserted into the housing 800 and can block the barrel 200 by pivoting, and thus in two sections Divide 210 and 220, while at the same time release one or more drain openings 821 and 831, through which the gas from the Laufab cut 210 and 220 together or separately through the housing 800 via the throttle valves 500 and the exhaust 400 can flow out to the environment,
  • the exhaust 400 (410, 420, 430) of the device has one or more exhaust ports 410, 420 or 430 through which the gas from the two run sections 210 and 220 can flow separately or together into the environment, after it has passed through the throttle valves 500 (510, 520, 530), the total area of all exhaust ports being substantially greater than the flow area in the muzzle.
  • the outlet openings of the exhaust 400 are arranged geometrically wholly or partially on the side surface of a tube, wherein the surface normal transverse to the axis or are inclined backwards, and each exit surface by a hole grid with realized many similar openings.
  • the throttle valves 500 are designed as tubes, in which the gas flows over an end face and flows through a hole pattern with numerous similar openings in the wall, the tube axis parallel is arranged to the barrel axis, and for each valve body 600a and 600b two tubes are present, where the gas flows from the openings 821 and 831 and again flows through the hole pattern in the tube wall with reduced pressure.
  • valve body 600a and 600b are arranged mirror-symmetrically at the same distance from the barrel axis, wherein each valve body 600 is also mirror-symmetrically constructed in transverse to the barrel, and wherein the valve body bar-shaped in the direction of the barrel axis extend and about an axis 602 can rotate perpendicular to the axis without cutting them, and each valve body has two fixedly connected pin 610 on which it is rotatably mounted, in the end face recesses 611 are recessed with the spring 720 for positive engagement and the valve bodies have two legs 620 and 630 of approximately equal length, 620 parallel to the barrel toward the mouth and 630 parallel to the barrel toward the cartridge chamber, and both legs 620 and 630 further containing flow channels 621 and 631 the powder gases can be discharged, which are bounded by side walls 622 and 623 and 632 and 633 and flow surfaces 625 and 635, wherein the channel 621 towards the center and the channel 631 is open to the barrel outer side, so that
  • the spring 700 (710, 720) has two retaining springs 720a and 720b, which in the recess 627 of the two valve body 600a and 600b engage and hold them by bias in the open state of rest, wherein the retaining springs are supported in housing recesses 805, and that it has a return spring 710 with a bracket 711 and two legs 712 which engage positively in the recesses 611 of the pivot 610, wherein the legs at open valve are biased and bent only by the switching operation of the valve, so that they provide the majority of the restoring force for the return of the valve in the open state of rest, and the bracket 711 and the legs 712 protrude so far from the housing 800, that they can be operated manually from the outside and visually checked.
  • valve housing 800 (800L, 800R) is mirror-symmetrical left and right to the running axis and from the projectile 100 between the rear inlet 801 and the front outlet 802 Deutschenquerbar, being guided during the passage of the cylindrical surfaces 804 which are aligned with the running axis, and that the two valve bodies 600a and 600b are recessed in the housing and rotatably supported by the pins 610 and they can pivot between the recesses 807, which are narrower than the total running diameter, while the locking jaws 636 and 637 between can swing in the recesses 803, which are wider than the overall running diameter, and that the valve housing, the retaining springs 720 in the recesses

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung der Schussleistung und Schusseigenschaften von Rohrwaffen, welche ihre Projektile durch Druckgase aus einem Druckbehälter oder durch Pulvergase aus einer Treibladung auf hohe Mündungsgeschwindigkeit beschleunigen. Dazu wird die hinter dem Projektil im Lauf befindliche Gassäule örtlich kurz vor der Laufmündung und zeitlich kurz vor dem Mündungsdurchgang durch den Schaltvorgang eines Ventils in zwei Teile getrennt, die vor dem nächsten Schuss zwecks Gaswechsel und Druckentlastung des Laufs ganz oder teilweise über ein oder mehrere Drosselventile entspannt und über ein oder mehrere Auspufföffnungen an die Umgebung abgegeben werden, wobei die Schliesskraft für den Schliessvorgang des Ventils aus dem Druckanstieg und der Strömung hinter dem Projektil stammt, die bei seiner Passage durch das Ventil entstehen, wodurch der Lauf versperrt und die Gassäule getrennt wird, und wobei die Rückstellenergie für das Ventil während des Schaltvorgangs in einer Feder gespeichert wird, und die Haltekraft für das geschlossene Ventil aus den Druck- und Strömungskräften der durch das Ventil ausströmenden Gase stammt, und wobei das Ventil mittels der Kräfte aus der Feder selbsttätig öffnet, sobald die Haltekräfte aus dem ausströmenden Gas einen Mindestwert unterschreiten.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zu Verbesserung von Rohrwaffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung der Schussleistung und Schusseigenschaften von Rohrwaffen, welche ihre Projektile durch Druckgase aus einem Druckbehälter oder durch Pulvergase aus einer Treibladung auf hohe Mündungsgeschwindigkeit beschleunigen. Dazu gehören Revolver, Pistolen, Gewehre, Kanonen, Haubitzen und Mörser. Die Erfindung ist besonders geeignet für Rohrwaffen deren Geschosse den Lauf mit Überschallgeschwindigkeit verlassen. Bei solchen Waffen stammt die Beschleunigungsenergie der Projektile in der Regel aus der Verbrennung einer Treibladung. Die Erfindung wird am Beispiel von Gewehren mit Kaliber .50 und Kaliber .338 und mit Überschallgeschossen erläutert. Die Prinzipien sind im Weiteren auf alle anderen Rohrwaffen anwendbar.
Überschallgeschosse mit Kaliber .50 und Kaliber .338 verlassen den Lauf mit einer Geschwindigkeit von etwa 900 m/s an der Mündung, das sind über 3λ200 km/h. Dieser Wert wurde bei Schussversuchen mit einem 1λ100 mm langen Gewehrlauf für Kaliber .50 und mit einem 650 mm langen Gewehrlauf für Kaliber .338 ermittelt. Wenn das Geschoss den Lauf verlässt, dann haben die Pulvergase am Geschossboden die gleiche Geschwindigkeit wie das Projektil und stehen nach wie vor unter hohem Druck. In den Versuchen wurde ein Mündungsdruck von über 500 bar für Kaliber .50 gemessen, und ein Mündungsdruck von über 1λ000 bar für Kaliber .338.
Nach diesen Versuchen braucht ein Projektil Kaliber .50 oder .338 mit Auslösen des Schusses weniger als zwei Millisekunden Zeit bis zur Mündung. Danach strömen die Pulvergase mit Überschall aus dem Lauf und expandieren dann auf Atmosphärendruck. Hierdurch entsteht der Mündungsknall, der sich als kugelförmige Stosswelle nach allen Seiten ausbreitet, wobei deren Mittelpunkt ein gutes Stück vor der Mündung liegt, was mittels Hochgeschwindigkeitsphotographie dokumentiert ist. Durch die Restexpansion der Pulvergase wird das Projektil kurz nach Verlassen der Mündung von hinten überströmt und sogar überholt. Dadurch kann das Projektil nach Verlassen der Mündung einen seitlichen Impuls erfahren, der die Präzision des Schusses mindert. Neben dem Mündungsknall kann bei unvollständiger Verbrennung der Treibladung auch „Mündungsfeuer" entstehen, bei der noch brennende Partikel in der Pulvergaswolke vor der Mündung leuchten. Schliesslich erfährt die Waffe wegen der Impulserhaltung einen Rückstoss, der vom Schützen oder von einem Trägersystem aufgefangen werden muss. Damit gibt es vier wesentliche Aspekte, welche die Eigenschaften und Leistungen einer Rohrwaffe nachteilig beeinträchtigen:
1. Das Überströmen des Projektils vor der Mündung aus der Restexpansion der Pulvergase vor dem Lauf mindert die Präzision des Schusses. Diese kann weiterhin durch LaufSchwingungen verschlechtert werden, die durch den Schlagbolzen, den Abbrand des Pulvers und die Schussbewegung angeregt werden .
2. Die Restexpansion der Pulvergase vor dem Lauf führt zu einem Mündungsknall mit kugelförmiger Stosswelle, die das Gehör des Schützen oder von anderen Menschen oder Tieren in der Nähe schädigen kann, und die Ortung eines Schützen durch Dritte erleichtert. 3. Nachleuchtende Pulverpartikel können Mündungsfeuer verursachen, das den Schützen blenden kann, und eine Ortung durch Dritte erleichtert .
4. Der Rückstoss gemäss Impulserhaltung muss aufgefangen werden, was bei grösseren Kalibern einen erheblichen Aufwand erfordert und einen Schützen belastet.
Nach dem Stand der Technik gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Eigenschaften einer Rohrwaffe in diesen vier Bereichen zu verbessern:
A. Die Präzision des Schusses kann durch Gestaltung des Geschosshecks, durch einen schwingungsarmen Lauf und durch die Laborierung der Treibladung verbessert werden. Die rückwärtige Überströmung des Geschosshecks kurz nach der Mündung lässt sich damit aber nicht vermindern. Je nach Ausströmung und LaufSchwingung erhält das Projektil dadurch immer auch einen Seitenimpuls, der während des Fluges erhalten bleibt und die Treffergenauigkeit mindert.
B. Der Mündungsknall kann durch einen Schalldämpfer vermindert werden, der vor die Mündung montiert wird. Typische Schalldämpfer reduzieren die Gasmenge, welche dem Projektil aus der Mündung folgt durch partielle Expansion innerhalb einer Reihe von Kammern, die jeweils von einer Durchschussöffnung durchsetzt sind. Ein typisches Beispiel ist aus der DE4231183C1 bekannt. Hier tritt jedoch immer noch eine erhebliche Restgasmenge mit Überdruck und Überschall aus der Mündung aus und verursacht einen wenn auch reduzierten Mündungsknall. Innerhalb des
Schalldämpfers wird das Projektil ebenso durch Pulvergase überholt, was die Präzision mindert, weil die Kammerstücke das Projektil nicht mehr führen und innerhalb des Schalldämpfers ein lateraler Versatz des Projektils infolge der rückwärtigen Überströmung auftreten kann.
C. Die Leuchtwirkung glühender Pulverpartikel kann durch einen Mündungsfeuerdämpfer gemindert werden, der vor die Mündung montiert wird oder im Lauf der Rohrwaffe integriert ist. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE8127637U1 bekannt. Diese Geräte mindern nur die Leuchtwirkung glühender Pulverpartikel, nicht aber den Rückstoss oder die Schallsignatur.
D. Der Rückstoss kann durch eine Rückstossbremse vermindert werden. Dabei strömen Pulvergase kurz vor der Mündung seitlich aus dem Lauf und übertragen ihren Impuls teilweise an Prallbleche oder eine Umlenkvorrichtung, welche die seitlich ausströmenden Gase rückwärts gegen die Schussrichtung ablenken. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE69604097T2 bekannt. Damit lässt sich der Rückstoss mindern, nicht aber das Mündungsfeuer oder der Mündungsknall. Die Präzision wird ebenfalls nicht verbessert.
Neben diesen genannten Beispielen gibt es zahlreiche andere Lösungen, darunter auch Kombinationen, die zum Teil auch mehrere Aspekte gleichzeitig in einer Vorrichtung verbessern sollen.
Aus der W09429663A1 ist eine Mündungsbremse bekannt, die auch den Rückstoss mindern soll. Darin werden Pulvergase über einen Klappenmechanismus seitlich und nach hinten abgeleitet, was den Rückstoss mindert, wobei die Klappen im Ruhezustand durch Federkraft geschlossen sind. Dabei werden weder die Präzision, noch das Mündungsfeuer, noch die Schallsignatur verbessert. Die CH48725A beschreibt eine Vorrichtung zur Minderung der Schallsignatur, bei der die Pulvergase mittels einer Klappe seitlich abgeleitet und durch ein Labyrinth verzögert werden, was die Schallsignatur verbessert. Eine asymmetrische Ableitung mindert aber die Präzision der Rohrwaffe, ebenso wie eine fehlende Geschossführung im Inneren der Vorrichtung.
Die FR2680235A1 beschreibt eine Rückstossbremse mit mechanischen Klappen, die einen Teil der Pulvergase seitlich ableiten, wobei ein Rückstellmechanismus nicht detailliert ist. Hier bleibt das Mündungsfeuer ebenso erhalten wie die Schallsignatur.
Die CH281163A beschreibt eine Rückstossbremse mit Mechanismus, der den Lauf einer Waffe mittels Schiebern vollständig versperrt. Sie werden durch den Druck der Pulvergase bewegt. Hier wirken hohe Reibkräfte an Gleitflächen, was die Schaltzeit erhöht. Wegen der Trennung des Laufes fehlt eine Geschossführung, was die Präzision mindert .
Die CH10580A zeigt einen Absperrmechanismus zur Nutzung der Energie der Restpulvergase im Lauf, wobei auch Rückstoss und Schallsignatur gemindert werden sollen. Der Mechanismus ist asymmetrisch ausgeführt, was die Präzision ebenso wie die fehlende Geschossführung mindert. Grosse Klappenwege führen zu langen Schaltzeiten . Die US8387299B1 zeigt eine Vorrichtung zur Minderung des Rückstosses bei Einsatz von Schalldämpfern. Ein Mechanismus zur Unterdrückung von Mündungsfeuer und
Präzisionsverbesserung ist allerdings nicht beschrieben.
Nachteilig bei diesen Methoden ist daher, dass jedes dieser Mittel schwerpunktmässig nur eine, zwei oder manchmal drei Eigenschaften verbessert.
Eine Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren und Vorrichtungen zu deren Umsetzung zu finden, die alle vier Aspekte gleichzeitig verbessert und deshalb: · die Präzision steigert und den Mündungsknall mindert und das Mündungsfeuer mindert und den Rückstoss mindert, und dabei
• zuverlässig, sicher und robust ist, sowie
• eine hohe Kadenz erlaubt. Ein solches Verfahren und solche Vorrichtungen sind nach dem Stand der Technik noch nicht bekannt.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten konkreten Ausführungsbei- spielen rein beispielhaft näher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Fig.l Schematische Darstellung der
Mündungsballistik eines Projektils kurz nach dem Verlassen des Laufs.
Fig.2 Erster Verfahrensschritt zur Steigerung der
Präzision von Rohrwaffen.
Fig.3 Schematische Abbildung des ersten Schritts auf eine Rohrwaffe.
Fig.4 Zweiter Verfahrensschritt zur Minderung des
Mündungsknalls Fig.5 Schematische Abbildung des zweiten Schritts auf eine Rohrwaffe mit Minderung des Rückstosses .
Fig.6 Gesamtes Verfahren zur Verbesserung aller vier Merkmale. Fig.7 Schematische Abbildung des gesamten
Verfahrens auf eine Rohrwaffe.
Fig.8 Schematische Darstellung eines Schaltventils für das Verfahren.
Fig.9 Druckverlauf in der Rohrwaffe nach dem
Verfahren.
Fig.10 Eine Sicherheitseinrichtung für die
Durchführung des Verfahrens.
Fig.11 Beispiel einer konstruktiven Umsetzung
Ventil offen. Fig.12 Beispiel einer konstruktiven Umsetzung
Ventil geschlossen. Fig.13 Beispiel der konstruktiven Ausführung eines
Ventilkörpers .
Fig.14 Beispiel der konstruktiven Ausführung eines
Ventils . Fig.15 Schematische Darstellung des Schaltvorgangs bei dem Ventil.
ABSCHNITT A - Grundgedanken
Der Grundgedanke der Erfindung ist mit Analyse des Mündungsdurchgangs eines Projektils leicht verständlich. Physikalisch gesehen ist der Vorgang ähnlich wie bei einer Sektflasche, deren Korken mit einem „Knall" gezogen wird - das Projektil ist der Korken, der Lauf ist die Sektflasche - und bei Kaliber .50 hat die Flasche 500 bar Innendruck wenn der Korken aus der Mündung kommt. Der Lauf ist ein Druckbehälter mit 150 cm3 Volumen, und er enthält Pulvergas mit einem Druck von 500 bar bei Mündungsdurchgang des Projektils. Dieses Gasvolumen strömt durch eine Mündung mit 1.27cm2 Strömungsfläche und expandiert binnen 3 Millisekunden auf etwa 30 Liter Volumen, dabei „knallt es". Die Ursache ist leicht einsehbar: Umgerechnet auf eine Sekunde erfordert ein Volumenstrom von 30 Litern in 3 Millisekunden einen Durchsatz von 10λ000 Litern pro Sekunde. Bei 900 m/s Geschwindigkeit von Projektil und Strömung kann die Mündung aber nur 1.27 cm2 mal 900 m/s transportieren, das sind 114 Liter pro Sekunde. Dieser Wert liegt nur etwas über 1% der erforderlichen Strömungsleistung. Das Gas muss also in der Mündung mit Überschall UND Überdruck strömen, und den Druck erst ein Stück vor der Mündung abbauen. Dort kommt es zur Ausbildung der kugelförmigen Stosswelle, deren Mittelpunkt vor der Mündung liegt, und die das Geschoss dann auch noch überholt. Daraus kann dann ein Seitenimpuls auf das Geschoss entstehen, der die Präzision des Schusses mindert.
Dieser Vorgang ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Die Kurve zeigt den Druck im Lauf 200 gemessen über die Zeit. Bei Zeitpunkt t4 verlässt das Geschoss 100 die Mündung A0 und das Gas hat Mündungsdruck p4. Die Kräfte aus dem Schuss Fx und Fy versetzen den Lauf 200 samt Mündung in Schwingung. Das Heck des Projektils 100 wird von ausströmenden Pulvergasen überholt, die während einer Wirkdauer Ä* tr eine Seitenkraft FP bewirken. Diese Kraft prägt dem Projektil eine Lateralbewegung auf und verursacht ein Drehmoment MP , aus dem bei drall-stabilisierten Geschossen zusätzliche Kreiselbewegungen resultieren. Es entstehen Präzession und Nutation, die nachfolgend wiederum die Geschossbahn beeinflussen und die Präzision mindern.
Die Präzision des Schusses resultiert daher wesentlich aus den Vorgängen beim Mündungsdurchgang.
Aus dieser Analyse ergeben sich zwei einfache Anforderungen an die Erfindung:
Mündungsknall zu mindern, darf das
Pulvergas nicht so schnell ausströmen und sein
Austrittsdruck muss gesenkt werden.
2. Um die Präzision zu steigern, darf das Pulvergas das Geschoss nicht überholen, der Mündungsdruck muss gesenkt werden, ebenso die Menge des Gases, das dem Geschoss aus der Mündung folgt.
Daraus entstehen einfache Anforderungen an das Verfahren der Erfindung: A. Um den Knall zu mindern muss das Pulvergas möglichst mit Unterschall ausströmen bei geringem Druck .
B. Um die Präzision zu steigern darf das Pulvergas das Geschoss nicht überholen und muss an der Mündung einen geringen Druck haben.
C. Um den Rückstoss zu mindern muss das Pulvergas quer zum Lauf oder rückwärts ausströmen, das fordert der Impulssatz.
D. Um das Mündungsfeuer zu mindern muss das Pulvergas aus einer weiteren Öffnung strömen können, einem „Auspuff".
Aus diesen Anforderungen ergibt sich folgender Lösungsansatz für Verfahren und Vorrichtung der Erfindung:
• Das Pulvergas muss bei geringem Druck verzögert aus dem Lauf strömen. Der Druck muss innerhalb der Vorrichtung gesenkt werden - also muss die Vorrichtung ein Drosselventil enthalten.
• Die Mündung muss das Projektil durchlassen, aber so wenig Pulvergas wie möglich - also braucht die Mündung ein Schaltventil, welches das Pulvergas umleitet .
• Es soll möglichst wenig Pulvergas aus der Mündung strömen, um das Geschoss nicht zu beeinflussen - also braucht der Lauf einen zweiten „Auspuff".
• Die Mündung alleine ist zu klein für den erforderlichen Gasdurchsatz bei vollständiger Expansion der Pulvergase. Um den Gasdruck innerhalb der Vorrichtung zu senken und nicht vor der Mündung, muss der Strömungsquerschnitt des Auspuffs zum Volumenstrom passen. Der Auspuff muss daher grösser sein als die Mündung, und die Zeit für die Expansion muss gestreckt werden. Ein
Zahlenbeispiel soll den Gedanken verdeutlichen: Im Lauf befinden sich 150 cm3 Pulvergas bei 500 bar. Diese expandieren auf 30 Liter Volumen bei Atmosphärendruck. Wenn das Gas den Auspuff mit 60 m/s verlässt, und dieser eine Fläche von 125 cm2 aufweist, dann müssen 40 Millisekunden Zeit vergehen bis 30 Liter Volumen durch den Auspuff geströmt sind. (Nachrechnung: 60 m/s mal 125 cm2 ergeben einen Volumenstrom von 750 Litern pro Sekunde. 40 Millisekunden mal 750 Liter pro
Sekunde ergeben genau 30 Liter) .
• Der Auspuff muss grösser sein als die Mündungsfläche für den Geschossaustritt. Um den Auspuff nicht zu gross werden zu lassen, muss die Zeit für die Expansion des Pulvergases verlängert werden. Bei Rohrwaffen legt man den Auspuff vorteilhafterweise auf die Seitenfläche des Rohres, also auf dessen Zylinderfläche, und nicht auf die Stirnfläche, wo das Projektil die Mündung verlässt. (Anmerkung: Der Auspuff aus dem
Rechenbeispiel benötigt eine Fläche von 125 cm2. Ein Kreis mit dieser Fläche hat einen Durchmesser von 126 mm. Es ist einsichtig, dass ein solcher Auspuff nicht auf der Stirnfläche des Laufs liegen kann) .
Mit diesem Hintergrund kann das Verfahren entwickelt und beschrieben werden. ABSCHNITT B - Verfahren, erster Schritt
Figur 2 beschreibt den ersten Schritt des Verfahrens. Danach ist der Lauf ein Druckbehälter DB1 mit Restgas, das über eine Strömung XF1.0 (XF = exit flow) in ein Schaltventil SV1 fliesst. In dem Schaltventil verzweigt sich die Strömung in einen ersten Anteil XFO, welcher durch die Mündungsöffnung AO strömt, und einen zweiten Anteil XF1.1, der durch eine AuspuffÖffnung AI strömt. Das Schaltventil kann offen sein, dann strömt nichts durch den Auspuff, oder es kann geschlossen sein, dann strömt XF1.1 durch den Auspuff und der Rest als XFO durch die Mündung AO . Der Anteil von XF1.1 soll dabei möglichst gross sein und den Anteil XFO deutlich übersteigen.
Figur 3 bildet diesen Schritt schematisch auf eine Rohrwaffe ab. Im Lauf 200 befindet sich das Projektil 100 und das Schaltventil SV1 301. Es leitet einen einzigen Gasstrom. Das Schaltventil SV1 befindet sich kurz vor der Mündung AO, und trennt die Gassäule GSO im Lauf 200 in zwei separate Teile GS1 und GS2 (einen ersten Gassäulenteil GS1 und einen zweiten Gassäulenteil GS2) . Die erste Gassäule GS1 befindet sich im hinteren Teil des Laufs 210, der nun die Funktion eines ersten Druckbehälters DB1 erhält. Sie erstreckt sich vom Patronenlager bis zum Ventil. Die zweite Gassäule GS2 befindet sich im vorderen Teil des Laufs 220, der nun die Funktion eines zweiten Druckbehälters DB2 erhält. Sie erstreckt sich vom Ventil bis zum Boden des Projektils. Drei Positionen werden unterschieden, dazu gehören die Schaltzustände des Ventils:
• 100.1 - das Projektil ist im Laufabschnitt 210 vor dem Schaltventil.
Das Ventil ist geöffnet. • 100.2 Projektil ist im Laufabschnitt hinter dem Schaltventil
Das Ventil ist geschlossen.
• 100.3 das Projektil fliegt in der Luft vor der
Mündung .
Das Ventil ist wieder geöffnet.
Das Schaltventil wird geschlossen sobald das Projektil am Ventil vorbeifliegt und von DB1 nach DB2 wechselt. Dann leitet das Ventil die Strömung XF1.0 über XF1.1 an den ersten Auspuff AI 410 weiter, der sie vorteilhafterweise seitwärts oder rückwärts ausströmen lässt um den Rückstoss zu mindern.
Sobald das Ventil geschlossen ist, wird die Gassäule GS1 aus Druckbehälter DB1 nur über das Ventil und den Auspuff nach aussen abgegeben. Die Gasmenge der Gassäule GS2 in Druckbehälter DB2 befindet sich zwischen dem Boden des Projektils und dem Ventil. Weil das Projektil sich in Richtung der Mündung bewegt wirkt es als „Kolben". Durch dessen Bewegung expandiert die Gassäule und der Druck in Behälter DB2 sinkt - symbolisch dargestellt durch Pfeil 4. Nachdem das Projektil die Mündung verlassen hat, fliesst der Inhalt von Druckbehälter DB2 als Strömung XFO durch die Mündung nach aussen ab und das Ventil öffnet wieder.
Die Gassäule GSO gelangt nun nicht mehr vollständig durch die Mündung nach aussen, vielmehr wird sie in GS1 und GS2 geteilt und fliesst über zwei Wege ab:
• Gassäule GS1 fliesst durch ein Ventil über den
Auspuff nach aussen. Hier kann nun die Zeit gewählt werden, den das Gas für die Expansion erhalten soll. Je mehr Zeit zur Verfügung steht, desto langsamer ist die Geschwindigkeit im Auspuff und desto kleiner kann man seine Fläche gestalten. Damit kann man den Mündungsknall, das Mündungsfeuer und den Rückstoss beeinflussen. · Gassäule GS2 fliesst hinter dem Projektil durch die Mündung. Durch das Ventil soll möglichst kein Gas nachströmen. Dann expandiert dieser Gasanteil von GS2 bis zur Mündung infolge der „Kolbenbewegung" des Projektils. Mit der Länge des Rohrabschnitts 220 kann man den Mündungsdruck beeinflussen .
Damit ist der erste Schritt des Verfahrens beschrieben: Trennung der Gassäule GSO durch ein Schaltventil SV1 in zwei Teile GS1 und GS2, schalten des Ventils mit Passage des Projektils durch das Ventil, entlüften des Druckbehälters DB1 über Ventil und Auspuff, Drucksenkung in Druckbehälters DB2 durch Expansion, anschliessend entlüften hinter dem Projektil durch die Mündung.
ABSCHNITT C - Verfahren, zweiter Schritt Figur 4 beschreibt den zweiten Schritt des Verfahrens. Um den Druck zu senken und die Ausströmungszeit zu beeinflussen wird nun vor den Auspuff ein Drosselventil DV1 eingefügt. Damit wird der Druck in der Strömung XF1.1 nach dem Schaltventil SV1 gesenkt und die Strömung XF1.2 fliesst dem Auspuff AI mit vermindertem Druck zu. Mit dem Drosselventil wird die Zeit eingestellt, die das Pulvergas aus Druckbehälter DB2 für die Expansion erhalten soll.
Figur 5 bildet den zweiten Schritt schematisch auf eine Rohrwaffe ab. Er ist identisch mit dem ersten Verfahrensschritt in Figur 3, mit dem Unterschied, dass der Gasstrom XF1.0 aus dem ersten Druckbehälter DB1 210 hinter dem Ventil 301 über die Strömung XF1.1 jetzt zusätzlich durch ein Drosselventil DV1 510 fliesst und mit geringerem Druck dem Auspuff AI 410 zuströmt und das System verlässt. Der Anteil der zweiten Gassäule fliesst unverändert hinter dem Projektil aus der Mündungsöffnung AO . Eine Drucksenkung erfolgt nur über die „Kolbenexpansion" durch die Bewegung des Projektils im vorderen Laufabschnitt 220 bis zur Mündung . Mit diesem Schritt kann die Zeitkonstante der Expansion von Gassäule GS1 und deren Drucksenkung unabhängig von der Dynamik des Projektils eingestellt werden.
ABSCHNITT D - Verfahren, dritter Schritt
Figur 6 zeigt nun den dritten Schritt des Verfahrens. In den Figuren 3 und 5 ist das Pulvergas zwischen dem Boden des Projektils und dem Ventil als zweite Gassäule GS2 dargestellt, die sich im vorderen Laufabschnitt 220 befindet, das ist der Druckbehälter DB2 für das Restgas hinter dem Projektil. Das Pulvergas im zweiten Druckbehälter wird bisher nur über die Mündung AO entlüftet. Nun wird das für den Druckbehälter DB1 bekannte Prinzip der stufenweisen Expansion über ein Schaltventil, ein Drosselventil und einen Auspuff auch auf die Gasmenge im zweiten Druckbehälter DB2 erweitert. Hierzu ist anderes Schaltventil SV2 erforderlich, welches zusätzlich das Restgas aus der Gassäule GS2 über eine Strömung XF2.0 nach XF2.1 abfHessen lässt, und seinen Druck durch ein zweites Drosselventil DV2 senkt, bevor es durch einen zweiten Auspuff A2 das System verlässt. Optional können die Auspuffströme XF1.2 und XF2.2 anschliessend gemeinsam geführt werden. Sie gelangen dann durch einen gemeinsamen Auspuff A3 nach draussen. Eine Drucksenkung durch ein weiteres Drosselventil DV3 vor Auspuff A3 ist möglich und wird als Option dargestellt. Figur 7 bildet diesen dritten Schritt wieder schematisch auf eine Rohrwaffe ab. Gegenüber den Figuren 3 und 5 besitzt das System jetzt ein Zwei-Wege-Schaltventil SV2 302 , das die Gassäule GS2 im Druckbehälter DB2 des vorderen Laufabschnitts 220 mittels Eingangsgasstrom XF2.0 und Ausgangsgasstrom XF2.1 über ein zweites Drosselventil DV2 520 entspannt, worauf sie mit vermindertem Druck als XF2.2 einem zweiten Auspuff A2 420 zugeführt wird und diesen als XF2.3 verlässt. Optional können die beiden druck¬ reduzierten Gasströme XF1.3 und XF 2.3 aus den Gassäulen GS1 und GS2 nun noch gemeinsam weitergeführt werden. Hier kann optional ein weiteres Drosselventil DV3 530 vor den gemeinsamen Auspuff A3 430 eingesetzt werden, um den Druck weiter zu senken.
Der entscheidende Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die dem Projektil nachfolgende Gasmenge der Gassäule GS2 im vorderen Laufabschnitt 220 nun auf zwei Arten günstig beeinflusst wird:
• Zum einen wird der Gasdruck im Druckbehälter DB2 durch die nach vorne gerichtete „Kolbenbewegung" des Projektils gesenkt, was den verbleibenden
Mündungsdruck mindert. Dieser Vorgang wird durch den Pfeil 4 symbolisiert.
• Zum anderen wird die Gasmenge im Druckbehälter DB2 über den rückwärts gerichteten Gasstrom XF2.0 durch das Schaltventil SV2 reduziert, was sowohl die dem Projektil nachfolgende Gasmenge in der Mündungsströmung XFO mindert, als auch deren Druck. Dadurch lässt sich die dem Projektil folgende Gasmenge und deren Restexpansion vor der Mündung wesentlich reduzieren, was die Präzision entscheidend verbessert und den „Knall" auf einen sehr geringen Bruchteil reduziert. Dieser Vorgang wird durch den Pfeil 5 symbolisiert.
Die Gassäule GS2 wird also durch zwei Prozesse günstig beeinflusst: Zum einen durch die Kolbenexpansion der Projektilbewegung (4), und zum anderen durch die rückwärtige Strömung durch das Schaltventil (5) .
Verfahren und Vorrichtung der Erfindung können alle vier genannten Aspekte einer Rohrwaffe günstig beeinflussen: A. Der Mündungsknall wird gemindert, weil die dem
Projektil nachfolgende Pulvergasmenge in Druck und Menge reduziert ist, und weil die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Auspuff strömenden Gases auf Unterschall verzögert wird. Dadurch kann der Mündungsknall fast vollständig unterdrückt werden.
B. Die Präzision wird gesteigert, weil die dem Projektil nachfolgende Pulvergasmenge in Druck und Menge reduziert ist, so dass sie das Projektil vor der Mündung nicht mehr überholen kann. Dadurch entfällt der Lateralimpuls auf das Projektil infolge der rückwärtigen Überströmung und die Präzision des Schusses nimmt zu. Bei Rohrwaffen mit Drall wird die Anregung der Kreiselbewegung der Projektile durch den Lateralimpuls vor der Mündung reduziert.
C. Der Rückstoss wird gemindert, weil die AuspuffÖffnung vergrössert wird und auf die Zylinderfläche des Rohres gelegt werden kann.
Hier kann das Gas senkrecht zur Rohrachse ausströmen, oder auch mit einer rückwärts gerichteten Geschwindigkeitskomponente, was den Rückstoss nach dem Impulssatz reduziert. D. Das Mündungsfeuer wird gemindert, weil der
Hauptanteil der Pulvergase durch Drosselventile und Auspuff seitlich zur Rohrachse abfliesst und die Zeit der Ausströmung verlängert werden kann, so dass leuchtende Pulverteilchen innerhalb der Vorrichtung vollständig verbrennen können, was das Mündungsfeuer eliminiert.
Die Kombination aller Eigenschaften in einem Verfahren und einer Vorrichtung ist nach dem Stand der Technik nicht bekannt . ABSCHNITT E - Ventil
Das wichtigste Bauelement zur Umsetzung des Verfahrens ist ein Schaltventil mit folgenden Eigenschaften:
• Das Ventil muss den Lauf kurzfristig verschliessen . Deshalb braucht es einen Ventilkörper oder Ventilklappen.
• Das Ventil muss im drucklosen Zustand geöffnet sein. Deshalb braucht es im Ruhezustand eine Haltekraft . • Das Projektil muss durch das Ventil hindurch fliegen und den Schaltvorgang auslösen. Deshalb können Lagerpunkte oder Drehachsen nicht in Laufmitte positioniert sein. · Die Bewegung der Ventilklappen darf keine
Massenkräfte verursachen, die LaufSchwingungen anregen können. Deshalb muss das Ventil symmetrisch bezüglich der Laufachse sein und mindestens zwei Ventilkörper enthalten. · Die Schaltzeit muss extrem kurz sein, um die
Gassäule GS2 möglichst klein zu halten. Deshalb muss die Schaltkraft für das Ventil aus dem Gasdruck der Druckbehälter stammen.
• Das Ventil muss hinreichend lange geschlossen bleiben, um die Expansion der Pulvergase zu ermöglichen. Deshalb ist eine Schliesskraft erforderlich, die aus dem Druckbehälter DB1 erzeugt werden muss.
• Das Ventil muss sicher öffnen, sobald der Druckausgleich beendet ist. Deshalb braucht es eine Rückstellkraft, die den Ventilkörper in die Ausgangsposition zurück bringt.
Ein solches Ventil ist in Figur 8 schematisch dargestellt, in Figur 8.1 mit geöffnetem Schaltzustand und in Figur 8.2 mit geschlossenem Schaltzustand .
Das Ventil besitzt zwei Ventilklappen 600a und 600b, die symmetrisch links und rechts vom Lauf 200 positioniert sind. Sie können sich um eine Achse 610 drehen, die senkrecht zur Laufachse steht. Nach beiden Seiten ihrer Drehachse erstreckt sich jede Klappe parallel zum Lauf balkenförmig mit den beiden Schenkeln 620 in Richtung der Mündung, und 630 in Richtung des Patronenlagers. Beide Schenkel beinhalten Strömungskanäle 621 und 631, die voneinander durch eine Wand 601 getrennt sind. Die Schenkel 620 und 630 sind in etwa gleich lang.
Die beiden Ventilklappen 600a und 600b werden durch eine Haltekraft Fa und Fb in Ruhelage gehalten, die durch eine vorgespannte Feder 700 erzeugt wird. Sie ist in Figur 8 nur für die obere Ventilklappe dargestellt (Index a) . Die Feder 700 wechselt beim Schaltvorgang des Ventils zwischen zwei Zuständen :
1. Das Ventil ist geöffnet. Die Feder ist nur vorgespannt 700.1, und sie hält die Ventilklappe geöffnet in Ruheposition. Das Projektil 100.1 befindet sich vor dem Ventil, und das Ventil wird nicht durchströmt.
2. Das Ventil ist geschlossen. Die Feder ist ganz gespannt 700.2, und sie möchte die Ventilklappe zurück in Ruheposition bewegen. Das Projektil
100.2 befindet sich hinter dem Ventil, und das Ventil wird beidseitig Seiten von Pulvergas durchströmt .
Der Schaltvorgang wird mit Passage des Projektils durch das Ventil ausgelöst, das ist der Wechsel von 100.1 nach 100.2. In den Strömungskanälen 621 und 631 entsteht nun eine Druckkraft, die in jedem Ventilkörper ein bezüglich der Drehachse 610 gleichsinnig wirkendes Drehmoment erzeugt. Durch die symmetrische Anordnung der Ventile wirken deren Drehmomente Ma und Mb gegensinnig, und die Ventilkörper kippen gegensinnig aus ihrer Ruhelage bis sich die Enden der Schenkel 630 im Punkt 638 berühren, was den Schaltvorgang beendet. Durch den Kippvorgang wird die bisher nur vorgespannte Feder 700.1 ganz gespannt und wechselt in den Zustand 700.2, was die Rückstellkräfte auf die Ventilklappen erhöht.
Im gekippten Zustand der Ventilkörper wird die Gassäule im Lauf geteilt. Der hintere Teil des Laufs 210 bildet jetzt den ersten Druckbehälter DB1, dessen Inhalt als Strömung XFL1 durch die hinteren Strömungskanäle 631 abfliesst, und der vordere Teil des Laufs 220 bildet jetzt mit dem Projektil 100.2 den zweiten Druckbehälter DB2, dessen Inhalt nun als Strömung XFL2 durch die vorderen Strömungskanäle abfliesst. Dadurch entsteht eine druckabhängige Haltekraft für jeden Ventilkörper, die mit abnehmendem Behälterdruck sinkt, bis die Rückstellkraft aus der Feder 700.2 grösser wird als diese Haltekraft. In diesem Moment stellt die Feder 700 die Ventilkörper 600 in die Ruhelage zurück, das Ventil öffnet, und alles Restgas aus den Druckbehältern strömt nach vorne aus der Mündungsöffnung AO .
Der Schliessvorgang des Ventils ist extrem kurz, weil die Stellkräfte und die Stellenergie für das Ventil aus dem Gas mit Mündungsdruck stammen, der kurz vor der Mündung noch 500 bar bis 1λ000 bar betragen kann. So sind Schliesszeiten in Bereich von 1/10 Millisekunden erzielbar. In dieser Zeit legt ein Projektil bei 900 m/s einen Weg von 90 mm zurück, je nach Kaliber ist das die Länge von ein bis zwei Projektilen. Damit bleibt die Gasmenge im vorderen Laufbereich 220 wie gewünscht sehr klein. Mit dem Schliessvorgang wird die Rückstellenergie für die Ruheposition der Ventilkörper 600 in der Feder 700 zwischengespeichert. Sie wird erst dann wieder frei, wenn die Haltkraft aus der Gasexpansion XFL1 vom hinteren Druckbehälter DB1 unter die Kraft der gespannten Feder 700.2 gesunken ist. Damit steht genügend Zeit zur Verfügung, damit zum einen das Gas expandieren und mit Unterschall den Auspuff verlassen kann, und zum anderen das Projektil einen ausreichenden Abstand von der Mündung erreicht und dem Einflussbereich der aus der Mündung strömenden Restgase entkommen ist.
ABSCHNITT F - Druckverlauf
Durch den Schaltvorgang des Ventils und die Entspannung der Pulvergase über Drosselventile ändert sich der gesamte zeitliche Druckverlauf im Rohrinneren der Waffe. Dieser Sachverhalt ist in Figur 9 mit den ausgezeichneten Zeitpunkten tl bis t9 und dazugehörigen Druckwerten pl bis p9 dargestellt:
1. Der Schuss wird ausgelöst - der Schlagbolzen trifft das Zündhütchen.
2. Die Treibladung zündet - das Pulver brennt ab.
3. Der Maximaldruck im Lauf ist erreicht.
4. Der Mündungsdruck im Lauf ist erreicht. Bis hier ist der Druckverlauf im Lauf bei der Erfindung identisch wie beim Stand der Technik. Doch nun beginnen die Unterschiede: a.Bei herkömmlichen Rohrwaffen verlässt das Projektil bei p4 die Mündung und fliegt in der Luft weiter. Die Pulvergase strömen nach und expandieren mit einem Knall vor der Mündung. Der Druck im Lauf folgt der gestrichelten Kurve von p4 nach p7. b.Bei der Erfindung schliesst jetzt das Ventil und trennt die Gassäule im Lauf in zwei Teile, die unterschiedlich ausströmen. Das Projektil wird zum „Kolben" für
Druckbehälter DB2, dessen Inhalt zusätzlich nach hinten über das Schaltventil SV2 ausströmt. Damit gilt: i. Die Strömung XF1 aus Druckbehälter DB1 folgt dem Kurvenzug von p4 nach p9, wobei das Drosselventil DV1 den Druck senkt . ii. Die Strömung XF2 aus Druckbehälter DB2 folgt dem Kurvenzug von p4 nach p6, wobei das Drosselventil DV2 den Druck senkt .
Mündungstransition nach der Erfindung. Das Projektil verlässt den Druckbehälter DB2 durch die Mündung AO, und die Restgase aus DB2 strömen nach. Ab jetzt fliegt das Projektil in der Luft. Das Ventil bleibt geschlossen.
Abschluss der Restexpansion der Gasmenge aus DB2 entsprechend der Erfindung. Dieser Zeitpunkt liegt wesentlich vor t7 weil die Gasmenge und Gasdruck der Restexpansion gegenüber dem Stand der Technik erheblich verringert sind. 7. Abschluss der Restexpansion der Pulvergase vor der Mündung bei Rohrwaffen nach dem Stand der Technik. Dieser Zeitpunkt liegt stets hinter t6, weil die Restgasmenge und der Restgasdruck im Lauf bei herkömmlichen Rohwaffen erheblich höher sind als bei der Erfindung.
8. Abschluss der Restexpansion der Pulvergase aus Druckbehälter DB1 im hinter Teil des Laufes. Die Haltekraft der Expansionsströmung sinkt unter die Federkraft des Ventils, es öffnet und gelangt zurück in den Ruhezustand. Die noch im Lauf verbliebene Restgasmenge expandiert durch die Mündung .
9. Abschluss der Restexpansion verbliebener Gase nach Öffnung des Ventils. Der Zeitpunkt t9 liegt stets hinter dem Zeitpunkt t7, weil die Pulvergase mit Hilfe der Drosselventile verzögert ausströmen .
Das Schaltventil schliesst bei t4 und öffnet bei t8. Aus dem Druckverlauf wird der Unterschied zwischen der Erfindung und dem Stand der Technik deutlich:
1. Nach dem Stand der Technik strömen die Pulvergase ab p4 aus der Mündung. Ihre Expansion findet auf dem Pfad p4 nach p7 vor der Mündung statt, was einen Mündungsknall verursacht.
2. Nach der Erfindung strömen die Pulvergase ab p4 auf vier Wegen aus dem Lauf: a. Das Gas aus Druckbehälter DB1 folgt dem Pfad p4 nach p8 bis das Ventil wieder öffnet. Die Strömung XF1 fliesst durch das Schaltventil und das Drosselventil DV1 und liefert die Haltekraft für das Schaltventil im geschlossenen Zustand. b. Das Gas aus Druckbehälter DB2 folgt dem Pfad p4 nach p6 bis das Projektil die Mündung verlässt. Die Strömung XF2 fliesst durch das Schaltventil und das Drosselventil DV2, und der Druck im Gas wird durch die Kolbenbewegung des Projektils gesenkt. c. Sobald das Projektil die Mündung verlässt strömt das Restgas aus dem Druckbehälter DB2 hinter dem Projektil aus der Mündung. Das ist der Pfad von p5 nach p6. d. Sobald das Schaltventil wieder öffnet strömt das Restgas aus dem Druckbehälter DB1 durch das geöffnete Schaltventil frei durch den Lauf und verlässt ihn durch die Mündung. Das ist der Pfad von p8 nach p9.
Bei der Erfindung wird die Mündung also nur von kleinen Restgasmengen mit geringem Druck p5 und p8 durchströmt. Deren Restexpansion verursacht dann keinen Knall mehr, und ihre Energie ist so weit gesenkt, dass sie das Projektil nicht mehr überholen können. Der Störfaktor aus der rückwärtigen Überströmung entfällt.
Dieser Vorteil kann mit Rohrwaffen nach dem Stand der Technik nicht erzielt werden, auch nicht mit vorgeschalteten Hilfsmitteln bekannter Bauart.
ABSCHNITT G - Sicherheit Es ist offensichtlich, dass ein Schuss nicht ausgelöst werden darf, wenn das Ventil ganz oder teilweise geschlossen oder eine andere Fehlfunktion aufgetreten ist, denn ein Schuss auf einen vorne versperrten Lauf würde die Waffe zerstören. Deshalb ist eine Sicherheitseinrichtung erforderlich, die einer Kontrolleinheit mitteilt, ob das Ventil ordnungsgemäss geöffnet ist und ein Schuss ausgelöst werden darf.
Eine solche Sicherheitseinrichtung ist in Figur 10 schematisch dargestellt. Nach Figur 10.1 ist ein Schuss möglich, nach Figur 10.2 darf die Kontrolleinheit den Schuss nicht freigeben.
Die Sicherheitseinrichtung benötigt dazu einen Sensor 320, der den Schaltzustand des Ventils 301 bzw. 302 registriert und mittels Zustandsinformationen 320.1 oder 320.2 einer Kontrolleinheit 330 anzeigt ob das Ventil geöffnet ist, wobei die Kontrolleinheit einen Auslöser (Trigger) 310 freigibt oder blockiert:
• Im Zustand 320.1 des Sensors ist das Ventil geöffnet, und die Kontrolleinheit 330 darf den Auslöser 310 freigeben.
• Im Zustand 320.2 des Sensors ist das Ventil geschlossen, und die Kontrolleinheit 330 muss den Auslöser 310 blockieren.
Im einfachsten Fall besteht der Sensor aus einer mechanischen Anzeige, die einem Schützen signalisiert, ob das Ventil geöffnet ist. Die Kontrolleinheit 320 wird dann durch den Schützen repräsentiert, der aufgrund der Anzeige entscheidet, ob er den Abzug 310 bedienen kann oder nicht. ABSCHNITT H - Vorrichtung
Im folgenden Abschnitt wird das Beispiel einer konstruktiven Umsetzung des Verfahrens in einer Vorrichtung beschrieben, die als Zubehör für Gewehre und Handfeuerwaffen geeignet ist. Wo es sinnvoll ist werden die Funktionsbezeichnungen der Elemente in den Figuren angegeben, um die Lesbarkeit zu erleichtern. Das hier dargestellte konstruktive Beispiel ist nur eine Möglichkeit von vielen, um das Verfahren zu realisieren. Die Figuren 11 und 12 zeigen eine erfindungsgemässe Vorrichtung für Gewehre mit geöffnetem und geschlossenem Ventil. Figur 11.1 zeigt eine Aussenansicht mit Strömungsangaben und Figur 11.2 eine Schnittansicht mit einem Geschoss 100.1 kurz vor der Passage durch das geöffnete Ventil. Figur 12.1 zeigt die Vorrichtung im Schnitt nach der Passage des Geschosses 100.2 mit geschlossenem Ventil und dem Federmechanismus in gespanntem Zustand. Figur 12.2 zeigt die Strömungskanäle der Ventilkörper im gekippten Zustand sowie die Strömungen innerhalb der Vorrichtung.
Zu Figur 11.1:
In dem Konstruktionsbeispiel soll die Vorrichtung den typischen Gasstrom aus der Mündung eines Gewehrs mit Kaliber .50 verarbeiten. Dem Druckbehälter DB1 fliesst ein Gasstrom XF1.0 mit 900 m/s und 500 bar zu. Aus der Mündung A0 am Ende von Druckbehälter DB2 fliesst ein Gasstrom XF0 mit 900 m/s und einem reduzierten Druck von maximal 20 bar ab. Im Rohrgehäuse befinden sich die AuspuffÖffnungen AI und A2 für die Gasströme XF1.3 und XF2.3, die durch das Schaltventil und die Drosselventile geflossen sind. Hier fliesst die Strömung quer zur Laufachse mit 1 bar und 60 m/s ab, so dass der Rückstoss gemindert ist und kein Knall entstehen kann. Oben ragt der Bügel einer ungespannten Feder 711.1 aus dem Gehäuse. Daran kann man die Ventilposition erkennen. Der Bügel erfüllt die Funktion des Sensors 320.1 für die Sicherheitseinrichtung.
Zu Figur 11.2:
Im Schnittbild sieht man die beiden symmetrisch angeordneten Ventilkörper 600. la und 600.1b in geöffnetem Zustand oberhalb und unterhalb des Laufs, die drehbar um die Achsen 610a und 610b gelagert sind. Index a bezeichnet den oberen Ventilkörper, und Index b den unteren. Im geöffneten Zustand des Schaltventils kann das Projektil 100.1 im Lauf die Ventilkörper ungehindert passieren. Die Feder 700 aus Figur 8 ist nun auf drei einzelne Federn 710 sowie 720a und 720b aufgeteilt. Die Feder 710 ist als ungespannter Bügel mit geraden Schenkeln ausgeführt, die beide Ventilkörper formschlüssig miteinander koppeln. Sie ragt mit ihrem Bügel 711 oben aus dem Gehäuse der Vorrichtung und dient damit zusätzlich als Anzeige für die Ventilstellung (Sensor 320) . Bei geschlossenem Ventil liefert sie später den Hauptanteil der Rückstellkraft für die beiden Ventilkörper. Die Federn 720 liefern die Haltekraft im Ruhezustand und zusätzlich einen Anteil Rückstellkraft. Bei geöffnetem Ventil ist die Feder 710.1 entlastet, und die Federn 720. la und 720.1b sind schwach vorgespannt. Die Feder 700 aus Figur 8 ist mit dieser Konstruktion redundant ausgeführt, was die
Ausfallsicherheit des Schaltventils erhöht. Die Drosselventile DV1 und DV2 sind als gelochte Rohre ausgeführt, DVla und DVlb, sowie DV2a und DV2b- Sie befinden sich oberhalb und unterhalb der beiden Laufsegmente mit den Druckbehältern DB2 und DB1. Der Zufluss erfolgt vom Ventilgehäuse durch die Stirnseite der gelochten Rohre, der Abfluss quer zu der jeweiligen Rohrachse durch die zahlreichen kleinen Löcher. Damit ist ein Drosseleffekt gewährleistet. Die Rohre des Drosselventils DV1 sind länger als diejenigen von DV2, weil der Druckbehälter DB2 eine grössere Gasmenge enthält als DB1.
Zu Figur 12.1:
Das Projektil 100.2 hat das Ventilgehäuse durchquert, die Ventilkörper 600.2a und 600.2b sind gekippt und die Federn
710.2, 720.2a und 720.2b sind gespannt. Das Ventil ist geschlossen, und die Ventilkörper stützen sich am
Kontaktpunkt gegenseitig ab. Der Lauf ist jetzt versperrt.
Die Drosselventile 510a und 510b, sowie 520a und 520b werden durchströmt. Der Ventilzustand wird durch den Federbügel
711.2 angezeigt, der die Funktion des Sensors 320.2 übernimmt .
Zu Figur 12.2
Die Kanäle der beiden Ventilkörper werden nun von den Strömungen XF1. la und XF1. lb, sowie XF2. la und XF2. lb durchflössen, die das Gas aus den beiden Druckbehältern den Drosselventilen DV1 und DV2 stirnseitig zuführen. Die Strömungsrichtung wird dabei jeweils um 180 Grad gewendet. Aus den Löchern der Drosselrohre fliessen die Strömungen XF1.2 und XF2.2 quer zur Laufachse mit vermindertem Druck ab. Die Strömungen XF1.3 und XF2.3 strömen weiter durch die AuspuffÖffnungen des Aussenrohres in die Umgebung.
Die Ventilkörper 600a und 600b sind in Figur 13 detailliert dargestellt. Sie sind spiegelsymmetrisch mit gleichem Abstand neben dem Lauf angeordnet. Figur 13.1 zeigt die Ventilkörper in einer Projektion, Figur 13.2 einen Längsschnitt durch die Strömungskanäle.
Jeder Ventilkörper 600 ist als Balkenelement mit zwei in etwa gleich langen Schenkeln 620 und 630 ausgeführt, die sich in Laufrichtung erstrecken. Schenkel 620 weist in Richtung Mündung, Schenkel 630 weist in Richtung Patronenlager. Quer zum Lauf ist jeder Ventilkörper spiegelsymmetrisch. Er kann sich um eine Achse 602 senkrecht zur Symmetrieebene drehen und wird auf zwei zylindrischen Zapfen 610 drehbar gelagert, die in Balkenmitte fest mit dem Ventilkörper verbunden sind. Beide Zapfen haben stirnseitig eine Aussparung 611 für den Formschluss mit der Rückstellfeder 710. Die Aussparung 611 kann auch als Bohrung ausgeführt sein. Der Schenkel 620 besitzt eine Aussparung 627 für den Formschluss mit der Haltefeder 720.
In den Schenkeln des Ventilkörpers befinden sich die Strömungskanäle 621 und 631, welche durch die Wand 601 des Ventilkörpers voneinander getrennt sind. Sie werden zur Mitte hin durch die schrägen Strömungsflächen 625 und 635 begrenzt und in Querrichtung durch die Seitenwände 622 und 623 sowie 632 und 633. Mündungsseitig können die Seitenwände 622 und 623 auch zu einem einzigen Steg 626 vereinigt werden. Der rückwärtige Schenkel 630 trägt zusätzlich zwei Sperrbacken 636 und 637, die in geschlossenem Zustand den Laufdurchmesser versperren. Die Breite des Ventilkörpers b620 ist im gesamten Balkenbereich stets kleiner als der Laufdurchmesser, also unterkalibrig . Die Breite des Ventilkörpers b630 im Sperrbackenbereich ist stets grösser als der Laufdurchmesser, also überkalibrig . Im geöffneten Zustand liegt der Ventilkörper mit der Rastkante 628 im Ventilgehäuse auf, was die Drehbewegung beim Öffnen des Ventils begrenzt. Im geschlossenen Zustand berühren sich beide Ventilkörper an der Rastkante 638 und stützen sich gegenseitig ab, was die Drehbewegung beim Schliessen des Ventils begrenzt und die Abdichtung des Ventils gegenüber dem nachströmenden Gas bewirkt. Der Schaltvorgang wird durch Überströmen der Kante 639 ausgelöst. Der Rückstellvorgang wird durch Federkräfte bewirkt.
Der Ventilmechanismus ist in Figur 14 dargestellt. Die Figuren 14.1 bis 14.3 zeigen das Ventil in geöffnetem Zustand, die Figuren 14.4 bis 14.6 in geschlossenem Zustand . Das Ventilgehäuse ist zweifach spiegelsymmetrisch bezüglich der Laufmitte angelegt und besteht aus zwei Gehäusehälften 800R und 800L rechts und links der Laufmitte, in denen die Zapfen 610a und 610b der Ventilkörper 600a und 600b drehbar gelagert sind. In den Aussparungen 805 befinden sich die Federn 720, welche die Haltekraft für das geöffnete Ventil durch Vorspannung erzeugen. Die Rückstellfeder 710 ist im Ruhezustand nicht vorgespannt und wird durch Schlitze 806 seitlich geführt, so dass der Formschluss der Feder 710 mit den Drehzapfen 610 über die Aussparung 611 gesichert ist. Die Drehbewegung der beiden Ventilkörper 600 ist durch den Formschluss mit den beiden geraden Schenkeln der Feder 710 miteinander gekoppelt. Wenn das Ventil schliesst, dann kippen beide Ventilkörper aus der Ruhelage wodurch das Mittelsegment der Feder 710 gebogen wird. So wird die Kippbewegung der beiden Ventilkörper 600 synchronisiert. Die Biegung der Haltefedern 720 erhöht dann zusätzlich die Rückstellkraft auf die Ventilkörper. Die Rückstellfeder 710 ist so lang dimensioniert, dass der Bügel 711 zwischen den beiden geraden Federschenkeln und deren Enden 712 aus dem Gehäuse herausragen. So kann die Feder 710 von aussen von einem Schützen manuell erreicht werden um die sichere Funktion des Ventils zu prüfen ohne es zu demontieren. Die Funktion der Federn 720 und der beiden Ventilkörper kann ebenfalls geprüft werden, wenn die Feder 710 ein Stück heraus gezogen wird, bis der Formschluss nur ein Ventil erreicht. Durch hin- und herschwenken der Feder 710 können die beiden Ventilkörper 600 dann einzeln bewegt und die Haltefedern 720 geprüft werden. Der Vorgang ist beidseitig zu wiederholen. Das gewährleistet die Sicherheit im Gebrauch der Vorrichtung.
Bei einem Schuss gelangt das Projektil durch die Eingangsöffnung 801 in das Ventilgehäuse und verlässt es durch die Ausgangsöffnung 802. Während der Passage wird es durch die zylindrischen Seitenflächen 804 zentrisch geführt. Die Ventilkörper 600 können in den Aussparungen 807 zur Laufmitte einschwenken, wobei die Sperrbacken 636 und 637 in der Gehäuseaussparung 803 den Laufdurchmesser versperren. Die Aussparung 807 ist stets unterkalibrig ausgeführt, um das Projektil während der Passage durch das Ventil in den Seitenflächen 804 zu führen, und die Aussparung 803 ist stets überkalibrig ausgeführt, um den Lauf bei Ventilschluss sicher zu versperren.
Die Schenkel 620 und 630 der Ventilkörper 600 bewegen sich im Gehäuse 800 in dazu passenden Aussparungen 820 und 830 mit den Öffnungen 821 und 831 sowie den Prall- und Umlenkflächen 822 und 832 mit besonderen Funktionen: · Bei offenem Ventil liegt die Kante 628 des
Ventilkörpers auf der Kante 828 des Gehäuses auf. Dann bildet der Strömungskanal 621 mit der Prallfläche 822 und der Kante 828 eine nach vorne geschlossene Tasche, in der bei der Passage des Projektils etwas Pulvergas expandiert und gestaut wird. Der daraus resultierende Staudruck induziert dann den Schaltvorgang, der das Ventil schliesst .
• Bei geschlossenem Ventil fliessen die Strömungen XF1.0 und XF2.0 durch die Kanäle 621 und 631 der Ventilkörper und werden um 180 Grad gewendet,
XF1.0 an der Umlenkfläche 832, und XF2.0 durch die gekippten Ventilkörper, die den Lauf versperren und sich bei 638 gegenseitig abstützen. Anschliessend verlassen die Strömungen das Gehäuse 800 als XF1.1 und XF2.1 durch die
Öffnungen 821 und 831.
Der Schliessvorgang ist hochdynamisch, er wird in Figur 15 dargestellt .
In Figur 15.1 befindet sich das Projektil gerade neben den Ventilkörpern. Das Gehäuse ist noch drucklos und die Ventilkörper liegen an der Gehäusekante 828 in Ruheposition auf. Das Heck des Projektils verlässt gerade den ersten Laufabschnitt und eine Überströmung des Projektils beginnt.
In Figur 15.2 hat das Heck des Projektils die Drehachse der Ventilkörper fast passiert und wird nun innerhalb der Aussparung 807 von der Strömung XF1.0 überholt. Es bilden sich zwei Strömungszweige:
• Am vorderen Schenkel 620 der Ventilkörper bildet sich in der Tasche zwischen der Prallfläche 822, der Kante 828 und dem Kanal 631 eine Pilotströmung XFP, die dort gestaut wird, so dass der Druck in der Tasche steigt. Dadurch entsteht ein Drehmoment, das die Ventilkörper kippt und den vorderen Schenkel 620 nach aussen bewegt. So wird der Abfluss für die Strömung XF2.1 durch die Gehäuseöffnung 821 frei.
• Am hinteren Schenkel 630 der Ventilkörper wird die Kante 639 des Kanals 631 überströmt und die Strömung XF1.1 beginnt zu fHessen. Dadurch entsteht ein gleichgerichtetes Drehmoment, das die Ventilkörper kippt und die hinteren Schenkel 630 zur Laufmitte bewegt. So wird der Durchfluss im Lauf zunehmend versperrt und der Abfluss für die Strömung XF1.1 durch die Gehäuseöffnung 831 wird frei .
Sobald die entstehenden Drehmomente die Haltekraft der Federn 720 überwinden beginnen die Ventilkörper zu kippen. Dieser Vorgang ist selbstbeschleunigend, weil die Strömungskräfte auf die Ventilkörper mit zunehmendem Kippwinkel wachsen. Damit wird die Bewegung der nachfolgenden Pulvergase für den Schliessvorgang genutzt und es lassen sich sehr kurze Schliesszeiten erzielen.
In Figur 15.3 hat das Projektil das Ventilgehäuse fast verlassen. Auf beiden Schenkeln 620 und 630 der Ventilkörper lastet nun der volle Druck. Durch das wachsende Drehmoment beschleunigt sich der Kippvorgang, und es entsteht die zweite Strömung XF2.0 in Richtung Abflussöffnung 821. Die Pilotströmung XFP nimmt mit zunehmendem Kippwinkel wieder ab. In Figur 15.4 ist der Schliessvorgang beendet und der Lauf ist versperrt. Die Strömungen XF1.0 und XF2.0 strömen durch das Ventilgehäuse und verlassen es als XF1.1 und XF2.1 durch die Öffnungen 821 und 831. Die Ventilkörper berühren sich bei 638 und die Pilotströmung XFP ist unterbrochen.
Das Ventil öffnet selbsttätig durch die Kräfte der Rückstellfeder 710 und Haltefedern 720 sobald die Drehmomente der ausströmenden Pulvergase an den Ventilkörpern nicht mehr ausreichen um die Federn zu halten. Dann kippen die Ventilkörper in die Ausgangslage zurück und eventuell verbliebenes Restgas strömt ungehindert durch den Lauf in Richtung Mündung.
Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung kann man die meisten Rohrwaffen verbessern:
Mündungsknall wird fast vollständig eliminiert. So wird die Waffe sehr leise.
2. Der Lateralimpuls auf die Projektile aus der rückwärtigen Überströmung durch Pulvergase in
Mündungsnähe entfällt. So steigt die Präzision.
3. Das Projektil wird auf dem gesamten Weg durch das
Ventil und weiter bis zur Mündung seitlich geführt. So steigt die Präzision.
4. Die Pulvergase strömen langsam aus einem zweiten
Auspuff. So verschwindet das Mündungsfeuer.
5. Die Pulvergase strömen seitlich aus dem Auspuff.
So wird der Rückstoss gemindert.
Nach dem Stand der Technik ist bisher kein Verfahren bekannt, das alle Aspekte in einer einzigen Vorrichtung realisieren kann. Es sei besonders angemerkt, dass in bekannten Schalldämpfern, Rückstossbremsen und
Mündungsfeuerbremsen eine seitliche Führung des Projektils fehlt und die rückwärtige Überströmung der Projektile nach Mündungsdurchgang bei Überschallgeschossen bisher meist nicht eliminiert werden kann.
Verzeichnis der Abkürzungen und Bezugszeichen
Index - a oberer Ventilkörper Index - b unterer Ventilkörper Index - L Linkes Ventilgehäuse Index - R Rechtes Ventilgehäuse
A.n Ausströmfläche oder Auspuff, n = 0 / l / 2 / 3
0 = Laufmündung
1 = Auspuff für Strömung XF1.0 aus Druckbehälter DB1
2 = Auspuff für Strömung XF2.0 aus Druckbehälter DB2
3 = gemeinsamer Auspuff
DB . n Druckbehälter, n = 1 / 2
1 = Hinterer Laufabschnitt bis zum Schaltventil
2 = Vorderer Laufabschnitt ab dem Schaltventil DV.n Drosselventil, n = 1 / 2 / 3
1 = Drosselventil für Strömung XF1 aus Druckbehälter DB1
2 = Drosselventil für Strömung XF2 aus Druckbehälter DB2
3 = gemeinsames Drosselventil
Fn Kraft, n = x / y / a / b / P
x = horizontale Anregung von LaufSchwingungen
y = vertikale Anregung von LaufSchwingungen
a = Federkraft auf den oberen Ventilkörper b = Federkraft auf den unteren Ventilkörper
P = Störkraft auf das Projektil an der Mündung
GS.n Gassäule, n = 0 / 1 / 2
0 = Gassäule im gesamten Lauf
1 = Gassäule im hinteren Laufabschnitt bis zum Schaltventil 2 = Gassäule im vorderen Laufabschnitt ab dem Schaltventil
Mn Drehmoment, n = a / b / P
a = Drehmoment am oberen Ventilkörper
b = Drehmoment am unteren Ventilkörper
P = Drehmoment am Projektil aus Störkraft an der Mündung
Pi Druck im Lauf zum Zeitpunkt t±, i = 1..9
SV.n Schaltventil, n = 1 / 2
1 = Ein-Weg-Schaltventil
2 = Zwei-Weg-Schaltventil t± Zeitpunkt, i = 1..9
1 = Schlagbolzen trifft Zündhütchen
2 = Pulver brennt ab
3 = Maximaler Druck im Lauf
4 = Projektil geht durch Mündung / Stand der Technik
4 = Projektil geht durch Schaltventil, Ventil schliesst / Erfindung
5 = Projektil geht durch Mündung / Erfindung
6 = Druckausgleich im Druckbehälter DB2
7 = Druckausgleich im Lauf / Stand der Technik
8 = Ventil öffnet / Erfindung
9 = Druckausgleich im Druckbehälter DB1 / Erfindung
XF.a.a Strömung, „exit flow", a.a = 0 / n.m / P, n = 1 /
2 / 3, m 0 / 1 / 2 / 3
0 Strömung aus der Mündung 1. m = Strömung aus Druckbehälter DB1
2. m = Strömung aus Druckbehälter DB2
3. m = gemeinsame Strömung
n.O = vor dem Schaltventil
n.l = nach dem Schaltventil
n.2 = nach dem Drosselventil
n.3 = nach dem Auspuff
P = Pilotströmung bei Schliessvorgang
100. n Projektil, n = _ / l / 2 / 3
1 = örtlich im Lauf und vor dem Schaltventil
2 = örtlich im Lauf und hinter dem Schaltventil
3 = örtlich frei in der Luft und vor der Mündung
200 Lauf
210 - hinterer Laufabschnitt bis Schaltventil 220 - vorderer Laufabschnitt ab Schaltventil
300. n Schaltsystem, n = 1 / 2
1 = Ventil offen
2 = Ventil geschlossen
301 - Ein-Weg-Schaltventil
302 - Zwei-Weg-Schaltventil
310 - Schussauslöser (Trigger)
320 - Sensor für Position des Schaltventils
330 - Steuereinheit (Control)
400 Auspuff
410 - Auspuff für hinteren Laufabschnitt 210 bis Schaltventil
420 - Auspuff für vorderen Laufabschnitt 220 ab Schaltventil
430 - gemeinsamer Auspuff 500 Drosselventil
510 - Drosselventil für hinteren Laufabschnitt 210 bis Schaltventil
520 - Drosselventil für vorderen Laufabschnitt 220 ab Schaltventil
530 - gemeinsames Drosselventil
600. n Ventilkörper, n = _ / 1 / 2
1 = Ventil geöffnet
2 = Ventil geschlossen
601 - Trennwand zwischen Kanälen
602 - Drehachse
610 - Lagerzapfen
611 - Aussparung für Formschluss mit Rückstellfeder 710 620 - vorderer Schenkel in Richtung Mündung
621 - Strömungskanal im Schenkel 620
622 - erste Seitenwand
623 - zweite Seitenwand
624 - Aussenseite des Schenkels 620
625 - Strömungsfläche im Kanal 621
626 - Mittelsteg aus Vereinigung der Seitenwände 622 und 623
627 - Aussparung für Formschluss mit Haltefeder 720
628 - Rastkante für offenes Ventil
630 - hinterer Schenkel in Richtung Patronenlager
631 - Strömungskanal im Schenkel 630
632 - erste Seitenwand
633 - zweite Seitenwand
634 - Aussenseite des Schenkels 630
635 - Strömungsfläche im Kanal 631
636 - erste Sperrbacke
637 - zweite Sperrbacke 638 - Rastkante für geschlossenes Ventil
639 - Überströmkante
700. n Feder, n = 1 / 2
1 = Ventil offen
2 = Ventil geschlossen
710 - Rückstellfeder
711 - Bügelbogen
712 - Schenkelende
720 - Haltefeder 800 Ventilgehäuse
801 - Eingangsöffnung Projektil 100.1
802 - Ausgangsöffnung Projektil 100.2
803 - Aussparung für Sperrbacken 636 und 637
804 - Führung für Projektil bei Ventilpassage
805 - Aussparung für Haltefeder 720
806 - Seitenführung für Rückstellfeder 710
807 - Aussparung zum Einschwenken der Ventilkörper 600
820 - Aussparung für vorderen Ventilschenkel 620
821 - Abflussöffnung für Strömung aus vorderem
Laufabschnitt 210
822 - Prallfläche
828 - Rastkante für offenes Ventil
830 - Aussparung für hinteren Ventilschenkel 630
831 - Abflussöffnung für Strömung aus hinterem
Laufabschnitt 220
832 - Umlenkfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung von Rohrwaffen, die Projektile mit Hilfe der Expansion von Druckgasen aus einer Treibladung oder aus einem Druckbehälter verschiessen, wobei die hinter dem Projektil 100 im Lauf 200 befindliche und das Projektil voran treibende und expandierende Gassäule GSO örtlich kurz vor der Laufmündung AO und zeitlich kurz vor dem Mündungsdurchgang des Projektils bei t4 durch den Schaltvorgang eines Ein-Wege-Schaltventils 301 oder eines Zwei-Wege-Schaltventils 302 in zwei Teile GS1 und GS2 getrennt wird, wobei die Gassäule GS1 sich im hinteren Laufabschnitt 210 befindet, der sich bis zum Schaltventil erstreckt, und die Gassäule GS2 sich im vorderen Laufabschnitt 220 befindet, der sich ab dem Schaltventil bis zum Boden des Projektils 100.2 im Lauf vor dem Schaltventil erstreckt, und wobei die Gasmengen der beiden Teile GS1 und GS2 vor dem nächsten Schuss zwecks Gaswechsel und Druckentlastung des Laufs 200 ganz oder teilweise über ein oder mehrere Drosselventile 500, 510, 520, 530 entspannt und über ein oder mehrere AuspuffÖffnungen 400, 410, 420, 430 an die Umgebung abgegeben werden, und wobei die Druckentlastung des vorderen Laufabschnittes 220 zu einem Zeitpunkt t6 beendet ist, der vor dem Zeitpunkt t9 liegt, bei dem die Druckentlastung des hinteren Laufabschnitt 210 beendet ist, während der Zeitpunkt t7, an dem eine gleichartige herkömmliche Rohrwaffe bei gleichartigem Schuss ohne Schaltventil druckentlastet wäre, nach t6 und vor t9 liegt, und wobei die Schliesskraft für den Schliessvorgang des Ventils 301 oder 302 aus dem Druckanstieg und der Strömung hinter dem Projektil 100 stammt, die bei seiner Passage durch das Schaltventil entstehen, wodurch der Lauf 200 versperrt und die Gassäule GSO getrennt wird, und wobei die Rückstellenergie für das Ventil während des Schaltvorgangs in einer Feder 700 gespeichert wird, und die Haltekraft für das geschlossene Ventil aus den Druck- und Strömungskräften der durch das Ventil ausströmenden Gassäulen GS1 und GS2 stammt, und wobei das Ventil mittels der Kräfte aus der Feder 700 selbsttätig öffnet, sobald die Haltekräfte aus dem ausströmenden Gas einen Mindestwert unterschreiten.
In einer Ausbildung des erfinderischen Verfahrens beträgt die maximale Geschwindigkeit der aus dem Lauf ausströmenden Gase in den AuspuffÖffnungen weniger als 80% der Schallgeschwindigkeit .
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens, wobei die Vorrichtung im Lauf der Rohrwaffe kurz vor der Mündung eingebaut oder dem Lauf vor der Mündung angefügt und mit diesem fest oder abnehmbar verbunden ist, und ein Schaltventil 301 oder 302 mit einem Gehäuse 800 enthält, mit einer oder mehreren Federn 700 (710, 720), und mit mindestens zwei bezüglich der Laufachse symmetrisch angeordneten Ventilkörpern 600 (600a, 600b), dazu ein oder mehrere Drosselventile 500 (510, 520, 530) und ein oder mehrere AuspuffÖffnungen 400 (410, 420, 430) enthält, und schliesslich ein Sensor 320 vorhanden ist, der den Schaltzustand des Ventils anzeigt, wobei die Ventilkörper 600 drehbar in das Gehäuse 800 eingelassen sind und den Lauf 200 durch Einschwenken versperren können und ihn so in zwei Abschnitte 210 und 220 unterteilen, und dabei gleichzeitig ein oder mehrere Abflussöffnungen 821 und 831 freigeben, durch die das Gas aus dem Laufabschnitten 210 und 220 gemeinsam oder getrennt durch das Gehäuse 800 über die Drosselventile 500 und den Auspuff 400 an die Umgebung ausströmen kann, und dass die Feder 700 die Ventilkörper 600 bis zum Schaltvorgang im offenen Zustand hält und beim Schaltvorgang gespannt wird, wobei sie die Ventilkörper nach dem Ausströmen der Gase aus dem Lauf vom geschlossenen Zustand wieder in die offene Ruhelage zurückstellt. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der Auspuff 400 (410, 420, 430) der Vorrichtung eine oder mehrere AuspuffÖffnungen 410, 420 oder 430 auf, durch die das Gas aus den beiden Laufabschnitten 210 und 220 getrennt oder gemeinsam in die Umgebung strömen kann, nachdem es durch die Drosselventile 500 (510, 520, 530) geströmt ist, wobei die Gesamtfläche aller AuspuffÖffnungen wesentlich grösser ist als die Durchströmfläche in der Laufmündung.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Austrittsöffnungen des Auspuffes 400 (410, 420, 430) geometrisch ganz oder teilweise auf der Seitenfläche eines Rohres angeordnet, wobei deren Flächennormalen quer zur Laufachse weisen oder nach hinten geneigt sind, und jede Austrittsfläche durch ein Lochraster mit vielen gleichartigen Öffnungen realisiert ist.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das bzw. sind die Drosselventile 500 (510, 520, 530) als Röhren ausgeführt, bei denen das Gas über eine Stirnseite zufliesst und durch ein Lochraster mit zahlreichen gleichartigen Öffnungen in der Wand abfliesst, wobei die Röhrenachse parallel zur Laufachse angeordnet ist, und für jeden Ventilkörper 600a und 600b je zwei Röhren vorhanden sind, denen das Gas aus den Öffnungen 821 und 831 zufliesst und durch das Lochraster in der Röhrenwand mit vermindertem Druck wieder abfliesst.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Ventilkörper 600a und 600b in gleichem Abstand zur Laufachse spiegelsymmetrisch angeordnet, wobei jeder Ventilkörper 600 in sich quer zum Lauf ebenfalls spiegelsymmetrisch aufgebaut ist, und wobei sich die Ventilkörper balkenförmig in Richtung der Laufachse erstrecken und um eine Achse 602 drehen können, die senkrecht zur Laufachse steht ohne sie zu schneiden, und jeder Ventilkörper zwei fest verbundene Zapfen 610 besitzt, auf denen er drehbar gelagert ist, in deren Stirnseite Aussparungen 611 für einen Formschluss mit der Feder 720 eingelassen sind, und die Ventilkörper zwei in etwa gleich lange Schenkel 620 und 630 besitzen, wobei 620 parallel zum Lauf in Richtung der Mündung weist und 630 parallel zum Lauf in Richtung des Patronenlagers weist, und beide Schenkel 620 und 630 weiterhin Strömungskanäle 621 und 631 enthalten, durch die Pulvergase abfliessen können, die durch Seitenwände 622 und 623 sowie 632 und 633 und Strömungsflächen 625 und 635 begrenzt sind, wobei der Kanal 621 zur Laufmitte hin und der Kanal 631 zur Laufaussenseite hin geöffnet ist, so dass die Fläche 624 jeweils nach aussen weist und die Fläche 634 jeweils zur Laufmitte weist, und eine Wand 601 die Kanäle 621 und 631 voneinander trennt, und der Schenkel 620 eine Aussparung 627 besitzt in welche die Feder 710 eingreift, und der Schenkel 630 zwei Sperrbacken 636 und 637 besitzt, die den Lauf versperren können, wobei die Breite b620 der Ventilkörper im Balkenbereich stets kleiner ist als der Laufdurchmesser und die Breite b630 der Ventilkörper im Bereich der Sperrbacken stets grösser ist als der Laufdurchmesser, und wobei die Ventilkörper im geöffneten Ruhezustand mit einer Rastkante 628 im Ventilgehäuse aufliegen und im geschlossenen Zustand soweit gekippt sind, dass sich die Schenkel 630a und 630b in der Mitte des Laufs mit ihrer Rastkante 638 gegenseitig abstützen können. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung besitzt die Feder 700 (710, 720) zwei Haltefedern 720a und 720b, welche in die Aussparung 627 der beiden Ventilkörper 600a und 600b eingreifen und sie durch Vorspannung in geöffnetem Ruhezustand halten, wobei sich die Haltefedern in Gehäuseaussparungen 805 abstützen, und dass sie eine Rückstellfeder 710 mit einem Bügel 711 und zwei Schenkeln 712 besitzt, welche formschlüssig in die Aussparungen 611 der Drehzapfen 610 eingreifen, wobei die Schenkel bei geöffnetem Ventil nicht vorgespannt sind und erst durch den Schaltvorgang des Ventils gebogen werden, so dass sie den Hauptanteil der Rückstellkraft für die Rückführung des Ventils in den geöffneten Ruhezustand liefern, und wobei der Bügel 711 und die Schenkel 712 aus dem Gehäuse 800 so weit herausragen, dass sie von aussen manuell bedient und visuell geprüft werden können.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Ventilgehäuse 800 (800L, 800R) spiegelsymmetrisch links und rechts zur Laufachse angelegt und von dem Projektil 100 zwischen der hinteren Eintrittsöffnung 801 und der vorderen Austrittsöffnung 802 durchquerbar, wobei es während der Passage von den Zylinderflächen 804 geführt wird, die mit der Laufachse fluchten, und dass die beiden Ventilkörper 600a und 600b im Gehäuse eingelassen und mit den Zapfen 610 drehbar gelagert sind und sie zwischen den Aussparungen 807 einschwenken können, die insgesamt schmaler sind als der Laufdurchmesser, während die Sperrbacken 636 und 637 zwischen den Aussparungen 803 einschwenken können, die insgesamt breiter sind als der Laufdurchmesser, und dass das Ventilgehäuse die Haltefedern 720 in den Aussparungen
805 aufnimmt und die Rückstellfedern 710 mit den Schlitzen
806 seitlich führt, und dass bei geöffnetem Ventil die Rastkante 628 der Ventilkörper auf der Rastkante 828 im
Ventilgehäuse aufliegen kann, und dass bei geschlossenem Ventil das Gas aus dem Laufabschnitt 210 von der Öffnung 801 zur Öffnung 831 strömen und das Gas aus Laufabschnitt 220 von der Öffnung 802 zur Öffnung 821 strömen kann.
Es versteht sich, dass die vorangehend gezeigten und erklärten Figuren nur mögliche Ausführungsbeispiele schematisch darstellen. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die explizit dargestellten und erklärten Beispiele auch mit entsprechenden Vorrichtungen und Verfahren des Stands der Technik kombinierbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Rohrwaffe zum Verschießen von Projektilen, wobei bei einem Schuss mit Hilfe der Expansion von Druckgasen aus einer Treibladung oder aus einem Druckbehälter eine expandierende Gassäule (GSO) ein Projektil (100) durch einen Lauf (200) mit einer Laufmündung (A0) vorantreibt, dadurch gekennzeichnet, dass
der Lauf (200) ein von dem Projektil (100) passierbares Schaltventil (302) aufweist, das die hinter dem
Projektil im Lauf befindliche und das Projektil
vorantreibende und expandierende Gassäule (GSO) in einen ersten Gassäulenteil (GS1) und einen zweiten
Gassäulenteil (GS2) trennt und dabei gleichzeitig ein oder mehrere Abflussöffnungen (821,831) freigibt, wobei der erste Gassäulenteil (GS1) sich in einem hinteren, sich bis zum Schaltventil erstreckenden
Laufabschnitt (210) des Laufs (200) befindet, und der zweite Gassäulenteil (GS2) sich in einem vorderen Laufabschnitt (220) befindet, der sich ab dem
Schaltventil bis zum Boden des Projektils (100.2) im Lauf vor dem Schaltventil erstreckt, und
wobei der erste und der zweite Gassäulenteil (GS1,GS2) vor einem nächsten Schuss zwecks Gaswechsel und
Druckentlastung des Laufs ganz oder teilweise über die eine oder mehreren Abflussöffnungen (821,831) sowie über ein oder mehrere Drosselventile (500,510,520,530) entspannbar sind.
2. Rohrwaffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselventile (500,510,520,530) den ersten und den zweiten Gassäulenteil (GS1,GS2) derart entspannen, dass die Druckentlastung des vorderen Laufabschnittes (220) zu einem gewissen Zeitpunkt t6 beendet ist, der vor einem gewissen Zeitpunkt t9 liegt, bei dem die
Druckentlastung des hinteren Laufabschnittes (210) beendet ist.
Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselventile (500,510,520,530) den ersten und den zweiten Gassäulenteil (GS1,GS2) über einen Auspuff (400) mit einer oder mehreren AuspuffÖffnungen (410,420,430) an die Umgebung abgeben.
Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gesamtfläche aller AuspuffÖffnungen (410,420,430) wesentlich grösser ist, als die Ausströmfläche (A0) in der Laufmündung.
Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die hinter dem Projektil (100) im Lauf (200) befindliche und das Projektil vorantreibende Gassäule (GS0) eine Schliesskraft für den Schliessvorgang des
Schaltventils (302) aus dem Druckanstieg und der
Strömung hinter dem Projektil (100) erzeugt, die nach einer Passage des Projektils durch das Schaltventil entstehen, wodurch die Laufabschnitte (210,220)
voneinander absperrbar sind und die Gassäule (GS0) trennbar ist.
Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellenergie für das Ventil während des
Schaltvorgangs in einer Feder (700) speicherbar ist.
7. Rohrwaffe nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druck- und Strömungskräfte des durch das
Schaltventil (302) ausströmenden ersten
Gassäulenteils (GS1) und/oder des zweiten
Gassäulenteils (GS2) eine Haltekraft für das
geschlossene Schaltventil erzeugen,
wobei das Schaltventil mittels der Kräfte aus der
Feder (700) selbsttätig öffnet, sobald die Haltekraft aus dem ersten Gassäulenteil (GS1) und/oder dem zweiten Gassäulenteil (GS2) einen Mindestwert unterschreitet.
8. Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaltventil (302) in einem Gehäuse (800) angeordnet ist, das im Lauf (200) vor der Laufmündung (A0)
eingebaut ist oder auf den Lauf (200) vor der
Laufmündung anfügbar ist.
9. Rohrwaffe nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaltventil (302) mindestens zwei bezüglich der Laufachse symmetrisch angeordnete
Ventilkörper ( 600 , 600a, 60 Ob) aufweist,
wobei die Ventilkörper (600) drehbar in das Gehäuse 800 eingelassen sind und den Lauf (200) durch Einschwenken versperren können und ihn so in zwei Abschnitte (210) und (220) unterteilen, und
dabei gleichzeitig ein oder mehrere
Abflussöffnungen (821,831) freigeben, durch die das Gas aus dem Laufabschnitten (210,220) gemeinsam oder
getrennt durch das Gehäuse (800) über die
Drosselventile (500) und den Auspuff (400) an die
Umgebung ausströmen kann.
Rohrwaffe nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventilkörper (600a, 600b) in gleichem Abstand zur Laufachse spiegelsymmetrisch angeordnet sind,
wobei jeder Ventilkörper in sich quer zum Lauf ebenfalls spiegelsymmetrisch aufgebaut ist, und
wobei die Ventilkörper sich balkenförmig in Richtung der Laufachse erstrecken und um eine Achse (602) drehbar sind, die senkrecht zur Laufachse steht ohne sie zu schneiden, und
wobei jeder Ventilkörper zwei fest verbundene
Zapfen (610) besitzt, auf denen er drehbar gelagert ist, in deren Stirnseite Aussparungen (611) für einen
Formschluss mit den Federn (720) eingelassen sind, und wobei die Ventilkörper zwei in etwa gleich lange
Schenkel (620,630) besitzen, von denen ein
Schenkel (620) parallel zum Lauf in Richtung der Mündung weist und ein Schenkel (630) parallel zum Lauf in
Richtung des Patronenlagers weist,
und beide Schenkel (620,630) weiterhin
Strömungskanäle (621,631) enthalten, durch welche das Gas des ersten und zweiten Gassäulenteils (GS1,GS2) abfliessen kann, und welche durch
Seitenwände ( 622 , 623 ; 632 , 633 ) und
Strömungsflächen (625,635) begrenzt sind,
wobei ein Strömungskanal (621) zur Laufmitte hin und ein Strömungskanal (631) zur Laufaussenseite hin geöffnet ist, so dass eine Aussenfläche (624) jeweils nach aussen weist und eine Aussenfläche (634) jeweils zur Laufmitte weist, und eine Trennwand (601) die
Strömungskanäle (621,631) voneinander trennt, und wobei der Schenkel (620) eine Aussparung (627) aufweist, in welche die Feder (710) eingreift, und der
Schenkel (630) zwei Sperrbacken (636,637) besitzt, die den Lauf versperren können,
wobei die Breite b620 der Ventilkörper im Balkenbereich stets kleiner ist als der Laufdurchmesser und
wobei die Breite b630 der Ventilkörper im Bereich der
Sperrbacken stets grösser ist als der Laufdurchmesser, und
wobei die Ventilkörper im geöffneten Ruhezustand mit einer Rastkante (628) im Ventilgehäuse aufliegen und im geschlossenen Zustand soweit gekippt sind, dass sich die Schenkel (630a, 630b) in der Mitte des Laufs mit ihrer Rastkante 638 gegenseitig abstützen.
11. Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaltventil (302) einen Sensor (320), der den
Schaltzustand des Ventils anzeigt, aufweist.
Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die AuspuffÖffnungen (410,420,430) geometrisch ganz oder teilweise auf der Seitenfläche eines Rohres angeordnet sind,
wobei deren Flächennormalen quer zur Laufachse weisen oder nach hinten geneigt sind,
und die Ausströmfläche (A1,A2) durch ein Lochraster mit vielen gleichartigen Öffnungen realisiert ist. Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselventile (500,510,520,530) als Röhren
ausgeführt sind, bei denen das Gas über eine Stirnseite zufliesst und durch ein Lochraster mit zahlreichen gleichartigen Öffnungen in der Wand abfliesst,
wobei die Röhrenachse parallel zur Laufachse verläuft, und für jeden Ventilkörper (600a, 600b) je zwei Röhren vorhanden sind, denen das Gas aus den
Abflussöffnungen (821,831) zufliesst und durch das Lochraster in der Röhrenwand mit vermindertem Druck wieder abfliesst.
Rohrwaffe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Feder (700) zwei Haltefedern (720a, 720b) aufweist, welche in die Aussparungen (627) der beiden
Ventilkörper (600a, 600b) eingreifen und sie durch
Vorspannung in geöffnetem Ruhezustand halten, wobei sich die Haltefedern in Gehäuseaussparungen (805) abstützen, und dass sie eine Rückstellfeder (710) mit einem
Bügel (711) und zwei Schenkeln (712) aufweist, welche formschlüssig in die Aussparungen (611) der
Drehzapfen (610) eingreifen,
wobei die Schenkel bei geöffnetem Ventil nicht
vorgespannt sind und erst durch den Schaltvorgang des Ventils gebogen werden, so dass sie den Hauptanteil der Rückstellkraft für die Rückführung des Ventils in den geöffneten Ruhezustand liefern, und
wobei der Bügel (711) und der Schenkel (712) aus dem Gehäuse (800) so weit herausragen, dass sie von aussen manuell bedient und visuell geprüft werden können. Rohrwaffe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse ( 800 ; 80 OL, 80 OR) spiegelsymmetrisch links und rechts zur Laufachse angelegt ist und von einem
Projektil (100) zwischen der hinteren
Eingangsöffnung (801) und der vorderen
Ausgangsöffnung (802) durchquerbar ist,
wobei es während der Passage von den
Zylinderflächen (804) geführt wird, die mit der
Laufachse fluchten,
und dass die beiden Ventilkörper (600a, 600b) im Gehäuse eingelassen und mit den Zapfen (610) drehbar gelagert sind und sie zwischen den Aussparungen (807)
einschwenken können, die insgesamt schmaler sind als der Laufdurchmesser, während die Sperrbacken (636,637) zwischen den Aussparungen (803) einschwenken können, die insgesamt breiter sind als der Laufdurchmesser,
und dass das Gehäuse die Haltefedern (720) in den
Aussparungen (805) aufnimmt und die
Rückstellfedern (710) mit den Schlitzen (806) seitlich führt,
und dass bei geöffnetem Schaltventil die Rastkante (628) der Ventilkörper auf der Rastkante (828) des Gehäuses aufliegen kann,
und dass bei geschlossenem Schaltventil das Gas aus dem Laufabschnitt (210) von der Eingangsöffnung (801) zu einer ersten Abflussöffnung (831) strömen und das Gas aus Laufabschnitt (220) von der Ausgangsöffnung (802) zu einer zweiten Abflussöffnung (821) strömen kann.
16. Vorrichtung für eine Rohrwaffe zum Verschiessen von
Projektilen, wobei bei einem Schuss mit Hilfe der
Expansion von Druckgasen aus einer Treibladung oder aus einem Druckbehälter eine expandierende Gassäule (GSO) ein Projektil (100) durch einen Lauf (200) mit einer Laufmündung (A0) vorantreibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung ein von dem Projektil (100) passierbares Schaltventil (302) aufweist, das die hinter dem
Projektil im Lauf (200) befindliche und das Projektil vorantreibende und expandierende Gassäule (GSO) in einen ersten Gassäulenteil (GS1) und einen zweiten
Gassäulenteil (GS2) trennt und dabei gleichzeitig ein oder mehrere Abflussöffnungen (821,831) freigibt, wobei der erste Gassäulenteil (GS1) sich in einem hinteren, sich bis zum Schaltventil erstreckenden
Laufabschnitt (210) des Laufs befindet, und
der zweite Gassäulenteil (GS2) sich in einem vorderen Laufabschnitt (220) befindet, der sich ab dem
Schaltventil bis zum Boden des Projektils (100.2) im Lauf vor dem Schaltventil erstreckt, und
wobei der erste und der zweite Gassäulenteil (GS1,GS2) vor einem nächsten Schuss zwecks Gaswechsel und
Druckentlastung des Laufs ganz oder teilweise über die eine oder mehreren Abflussöffnungen (821,831) sowie über ein oder mehrere Drosselventile (500,510,520,530) entspannbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselventile (500,510,520,530) den ersten und den zweiten Gassäulenteil (GS1,GS2) derart entspannen, dass die Druckentlastung des vorderen Laufabschnittes (220) zu einem gewissen Zeitpunkt t6 beendet ist, der vor einem gewissen Zeitpunkt t9 liegt, bei dem die Druckentlastung des hinteren Laufabschnittes (210) beendet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselventile (500,510,520,530) den ersten und den zweiten Gassäulenteil (GS1,GS2) über einen Auspuff (400) mit einer oder mehreren AuspuffÖffnungen (410,420,430) an die Umgebung abgeben.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gesamtfläche aller AuspuffÖffnungen (410,420,430) wesentlich grösser ist, als die Ausströmfläche (A0) in der Laufmündung.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
die hinter dem Projektil (100) im Lauf (200) befindliche und das Projektil vorantreibende Gassäule (GS0) eine Schliesskraft für den Schliessvorgang des
Schaltventils (302) aus dem Druckanstieg und der
Strömung hinter dem Projektil (100) erzeugt, die nach einer Passage des Projektils durch das Schaltventil entstehen, wodurch die Laufabschnitte (210,220)
voneinander absperrbar sind und die Gassäule (GS0) trennbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Rückstellenergie für das Ventil während des
Schaltvorgangs in einer Feder (700) speicherbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druck- und Strömungskräfte des durch das
Schaltventil (302) ausströmenden ersten
Gassäulenteils (GS1) und/oder des zweiten
Gassäulenteils (GS2) eine Haltekraft für das
geschlossene Schaltventil erzeugen,
wobei das Schaltventil mittels der Kräfte aus der
Feder (700) selbsttätig öffnet, sobald die Schliesskraft aus dem ersten Gassäulenteil (GS1) und/oder dem zweiten
Gassäulenteil (GS2) einen Mindestwert unterschreitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaltventil (302) in einem Gehäuse (800) angeordnet ist, das im Lauf (200) vor der Laufmündung (A0)
eingebaut ist oder auf den Lauf (200) vor der
Laufmündung anfügbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaltventil (302) mindestens zwei bezüglich der Laufachse symmetrisch angeordnete
Ventilkörper ( 600 , 600a, 60 Ob) aufweist,
wobei die Ventilkörper (600) drehbar in das Gehäuse 800 eingelassen sind und den Lauf (200) durch Einschwenken versperren können und ihn so in zwei Abschnitte (210) und (220) unterteilen, und
dabei gleichzeitig ein oder mehrere
Abflussöffnungen (821,831) freigeben, durch die das Gas aus dem Laufabschnitten (210,220) gemeinsam oder
getrennt durch das Gehäuse (800) über die Drosselventile (500) und den Auspuff (400) an die
Umgebung ausströmen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventilkörper (600a, 600b) in gleichem Abstand zur Laufachse spiegelsymmetrisch angeordnet sind,
wobei jeder Ventilkörper in sich quer zum Lauf ebenfalls spiegelsymmetrisch aufgebaut ist, und
wobei die Ventilkörper sich balkenförmig in Richtung der Laufachse erstrecken und um eine Achse (602) drehbar sind, die senkrecht zur Laufachse steht ohne sie zu schneiden, und
wobei jeder Ventilkörper zwei fest verbundene
Zapfen (610) besitzt, auf denen er drehbar gelagert ist, in deren Stirnseite Aussparungen (611) für einen
Formschluss mit den Federn (720) eingelassen sind, und wobei die Ventilkörper zwei in etwa gleich lange
Schenkel (620,630) besitzen, von denen ein
Schenkel (620) parallel zum Lauf in Richtung der Mündung weist und ein Schenkel (630) parallel zum Lauf in
Richtung des Patronenlagers weist,
und beide Schenkel (620,630) weiterhin
Strömungskanäle (621,631) enthalten, durch welche das Gas des ersten und des zweiten Gassäulenteils (GS1,GS2) abfliessen kann, und welche durch
Seitenwände ( 622 , 623 ; 632 , 633 ) und
Strömungsflächen (625,635) begrenzt sind,
wobei ein Strömungskanal (621) zur Laufmitte hin und ein Strömungskanal (631) zur Laufaussenseite hin geöffnet ist, so dass eine Aussenfläche (624) jeweils nach aussen weist und eine Aussenfläche (634) jeweils zur Laufmitte weist, und eine Trennwand (601) die
Strömungskanäle (621,631) voneinander trennt, und wobei der Schenkel (620) eine Aussparung (627) aufweist, in welche die Feder (710) eingreift, und der
Schenkel (630) zwei Sperrbacken (636,637) besitzt, die den Lauf versperren können,
wobei die Breite (b620) der Ventilkörper im
Balkenbereich stets kleiner ist als der Laufdurchmesser und
wobei die Breite (b630) der Ventilkörper im Bereich der Sperrbacken stets grösser ist als der Laufdurchmesser, und
wobei die Ventilkörper im geöffneten Ruhezustand mit einer Rastkante (628) im Ventilgehäuse aufliegen und im geschlossenen Zustand soweit gekippt sind, dass sich die Schenkel (630a, 630b) in der Mitte des Laufs mit ihrer Rastkante 638 gegenseitig abstützen.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaltventil (302) einen Sensor (320), der den
Schaltzustand des Ventils anzeigt, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, dass
die AuspuffÖffnungen (410,420,430) geometrisch ganz oder teilweise auf der Seitenfläche eines Rohres angeordnet sind,
wobei deren Flächennormalen quer zur Laufachse weisen oder nach hinten geneigt sind,
und die Ausströmfläche (A1,A2) durch ein Lochraster mit vielen gleichartigen Öffnungen realisiert ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselventile (500,510,520,530) als Röhren
ausgeführt sind, bei denen das Gas über eine Stirnseite zufliesst und durch ein Lochraster mit zahlreichen gleichartigen Öffnungen in der Wand abfliesst,
wobei die Röhrenachse parallel zur Laufachse verläuft, und für jeden Ventilkörper (600a, 600b) je zwei Röhren vorhanden sind, denen das Gas aus den
Abflussöffnungen (821,831) zufliesst und durch das Lochraster in der Röhrenwand mit vermindertem Druck wieder abfliesst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Feder (700) zwei Haltefedern (720a, 720b) aufweist, welche in die Aussparungen (627) der beiden
Ventilkörper (600a, 600b) eingreifen und sie durch
Vorspannung in geöffnetem Ruhezustand halten, wobei sich die Haltefedern in Gehäuseaussparungen (805) abstützen, und dass sie eine Rückstellfeder (710) mit einem
Bügel (711) und zwei Schenkeln (712) aufweist, welche formschlüssig in die Aussparungen (611) der
Drehzapfen (610) eingreifen,
wobei die Schenkel bei geöffnetem Ventil nicht
vorgespannt sind und erst durch den Schaltvorgang des Ventils gebogen werden, so dass sie den Hauptanteil der Rückstellkraft für die Rückführung des Ventils in den geöffneten Ruhezustand liefern, und
wobei der Bügel (711) und der Schenkel (712) aus dem Gehäuse (800) so weit herausragen, dass sie von aussen manuell bedient und visuell geprüft werden können. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse ( 800 ; 80 OL, 800R) spiegelsymmetrisch links und rechts zur Laufachse angelegt ist und von einem
Projektil (100) zwischen der hinteren
Eingangsöffnung (801) und der vorderen
Ausgangsöffnung (802) durchquerbar ist,
wobei es während der Passage von den
Zylinderflächen (804) geführt wird, die mit der
Laufachse fluchten,
und dass die beiden Ventilkörper (600a, 600b) im Gehäuse eingelassen und mit den Zapfen (610) drehbar gelagert sind und sie zwischen den Aussparungen (807)
einschwenken können, die insgesamt schmaler sind als der Laufdurchmesser, während die Sperrbacken (636,637) zwischen den Aussparungen (803) einschwenken können, die insgesamt breiter sind als der Laufdurchmesser,
und dass das Gehäuse die Haltefedern (720) in den
Aussparungen (805) aufnimmt und die
Rückstellfedern (710) mit den Schlitzen (806) seitlich führt,
und dass bei geöffnetem Schaltventil die Rastkante (628) der Ventilkörper auf der Rastkante (828) des Gehäuses aufliegen kann,
und dass bei geschlossenem Schaltventil das Gas aus dem Laufabschnitt (210) von der Eingangsöffnung (801) zu einer ersten Abflussöffnung (831) strömen und das Gas aus Laufabschnitt (220) von der Ausgangsöffnung (802) zu einer zweiten Abflussöffnung (821) strömen kann.
Verfahren zur Verbesserung der Schusseigenschaften von Rohrwaffen, bei denen Projektile bei einem Schuss mit Hilfe der Expansion von Druckgasen aus einer Treibladung oder aus einem Druckbehälter über eine expandierende Gassäule (GSO) durch einen Lauf (200) mit einer
Laufmündung (A0) verschossen werden,
gekennzeichnet durch
ein Trennen der hinter dem Projektil (100) im Lauf (200) befindlichen und das Projektil vorantreibenden und expandierenden Gassäule (GSO) in einen ersten
Gassäulenteil (GS1) und einen zweiten
Gassäulenteil (GS2) örtlich kurz vor der
Laufmündung (A0) und zeitlich kurz vor dem
Mündungsdurchgang des Projektils anhand eines
Schaltvorganges eines Schaltventils (302),
wobei der erste Gassäulenteil (GS1) sich in einem hinteren Laufabschnitt (210) des Laufs (200) befindet, der sich bis zum Schaltventil erstreckt, und
der zweite Gassäulenteil (GS2) sich im vorderen
Laufabschnitt (220) des Laufs befindet, der sich ab dem
Schaltventil bis zum Projektil im Lauf vor dem
Schaltventil erstreckt, und
wobei die Gasmengen des ersten und des zweiten
Gassäulenteils (GS1,GS2) vor dem nächsten Schuss zwecks Gaswechsel und Druckentlastung des Laufs ganz oder teilweise über ein oder mehrere
Drosselventile (500,510,520,530) entspannt und über ein oder mehrere AuspuffÖffnungen (410,420,430) eines
Auspuffs (400) an die Umgebung abgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckentlastung des vorderen Laufabschnittes (220) zu einem gewissen Zeitpunkt t6 beendet ist, der vor einem gewissen Zeitpunkt t9 liegt, bei dem die
Druckentlastung des hinteren Laufabschnittes (210) beendet ist, während der Zeitpunkt t7, an dem eine gleichartige herkömmliche Rohrwaffe bei gleichartigem Schuss ohne Schaltventil druckentlastet wäre, nach t6 und vor t9 liegt.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 32,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schliesskraft für den Schliessvorgang des
Schaltventils (302) aus dem Druckanstieg und der
Strömung hinter dem Projektil (100) erzeugt wird, die bei der Passage des Projektils durch das Schaltventil entstehen, wodurch die Gassäule (GS0) getrennt wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Rückstellenergie für das Ventil während des
Schaltvorgangs in einer Feder (700) gespeichert wird, und
eine Haltekraft für das geschlossene Ventil aus den Druck- und Strömungskräften des durch das Schaltventil ausströmenden ersten Gassäulenteils (GS1) und/oder des zweiten Gassäulenteils (GS2) erzeugt wird, und
wobei das Schaltventil mittels der Kräfte aus der
Feder (700) selbsttätig öffnet, sobald die Haltekraft aus dem ersten Gassäulenteil (GS1) und/oder dem zweiten
Gassäulenteil (GS2) einen Mindestwert unterschreitet.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34,
dadurch gekennzeichnet, dass
die maximale Geschwindigkeit der aus dem Lauf
ausströmenden Gase in den AuspuffÖffnungen (410,420,430) weniger als 80% der Schallgeschwindigkeit beträgt.
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