DE4005127A1

DE4005127A1 - Treibkaefig

Info

Publication number: DE4005127A1
Application number: DE4005127A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Meyer; Achim Dipl Ing Sippel; Monika Dr Ing Wildau; Heinz-Josef Dr Ing Kruse; Rainer Dipl Ing Diel; Wilfried Dipl Ing Becker; Gisbert Dipl Ing Bartsch; Klaus-Dieter Dipl Ing Pahnke; Juergen Dipl Ing Huege; Hans-Werner Luther
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1990-02-17
Publication date: 1991-08-22
Also published as: EP0403730B1; US5025731A; EP0403730A2; DE59002077D1; EP0403730A3

Description

Die Erfindung betrifft einen segmentierten abwerfbaren Treibkäfig für ein unterkalibriges Wuchtgeschoß gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger herkömmlicher Zweiflansch-Treibkäfig (Push-Pull-Treibkäfig) mit vorderseitigem kalibergroßen Führungsflansch und rückwärtigem kalibergroßen Druck flansch und über seine gesamte Länge mit rotationssym metrischem Querschnitt ist in Fig. 1 dargestellt. Zwei flansch-Treibkäfige mit wenigstens einer Längsrippe auf dem Rücken eines Treibkäfigsegmentes zwischen vorderem Füh rungsflansch und hinterem Druckflansch sind z. B. aus der US-PS 43 26 464 oder der DE-A-37 04 027 bekannt. Weiterhin sind übliche Einflansch-Treibkäfige (Pull-Treib käfig) mit vorderseitigem Druck- und Führungsflansch und rückwärtigen gasdurchlässigen Führungsstegen z. B. aus der DE-A-28 36 963 (korrespondierend dazu US-PS 45 42 696) be kannt. Auch hierbei weisen die Treibkäfigsegmente im mitt leren Umfangsbereich eine Längsrippe zur Erhöhung der Bie gesteifigkeit auf.

Der Vorteil einer Längsrippenkonstruktion besteht darin, daß sie dem kaliberverkleinerten Zwischenbereich des Treib käfigs zwischen vorderem Führungsflansch und hinterem unvollständig zur Axialkraftübertragung (Schubkrafteinlei tung) herangezogen werden und somit stellen Längsrippen hierbei zum größten Teil eine "tote Masse" dar. Außerdem ist die spanende Fertigung eines Treibkäfigs mit Längsrip pe sehr kostenintensiv, insbesondere wenn die Längsrippen auch noch einen diagonalen bzw. schraubenförmigen Verlauf aufweisen (z. B. DE-A 37 04 027). Zur Herstellung der Längsrippen bzw. zur Ausarbeitung des Zwischenmaterials sind teure, besonders geformte Spezialwerkzeuge erforder lich.

Charakteristisch für einen herkömmlichen Zweiflansch-Treib käfig mit rotationssymmetrischem Querschnitt gemäß Darstel lung in Fig. 1 ist eine zwischen Vorderflansch und rück wärtigem Druckflansch verlaufende rotationssymmetrische ke gelförmige bzw. zylindrische Querschnittsreduzierung im An schluß an den vorderseitigen Ausrundungsradius des hinte ren Druckflansches. Aus Gründen der Abschußfestigkeit beim Rohrdurchgang wäre eine wesentlich stärkere Querschnittsre duzierung im Bereich hinter dem vorderen Führungsflansch möglich, da hier kaum noch Schubkräfte vom Treibkäfig in den Penetrator eingeleitet werden. Die relativ große Quer schnittsfläche ist in diesem Bereich jedoch erforderlich, um den Treibkäfigsegmenten die notwendige Biegesteifigkeit beim Ablösevorgang nach Verlassen der Rohrmündung zu ver leihen. Herkömmliche Zweiflansch-Treibkäfige weisen dem nach in nachteiliger Weise ein überhöhtes Gewicht insbeson dere im Bereich hinter dem vorderen Führungsflansch auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsmäßigen Treib käfig anzugeben, bei dem eine Erhöhung der Biegesteifig keit bei gleichzeitiger Massereduzierung sowie eine kosten günstige Serienfertigung des Treibkäfigs ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gesamtquerschnitt des Treibkäfigs wenigstens in einem Teil bereich seiner Längenerstreckung eine polygonartige oder nahezu dreieckartige Querschnittsform aufweist, bei der ei ne an jedem Punkt des Treibkäfigumfanges anlegbare Tangen te die Treibkäfig-Querschnittsfläche nicht durchläuft. Ins besondere hierdurch wird eine kostengünstige Serienferti gung mit einfachen Bearbeitungsschritten möglich. Bei her kömmlichen Treibkäfigen mit Längsrippe läuft eine entspre chend angelegte Tangente immer durch die Querschnittsflä che, so daß eine spanende Bearbeitung nur mit entsprechend geformten Spezialwerkzeugen möglich ist und eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten erforderlich macht. Bei dem er findungsgemäßen dreiecksförmigen Treibkäfig ist der radia le Abstand Ri in der Treibkäfig-Querschnittsfläche von der zentralen Längsachse A bis zum Außenumfang des Treibkäfigs an den äußeren Segmenttrennflächen am kleinsten und im mittleren Umfangsbereich eines Treibkäfigsegmentes zwi schen den beiden äußeren Segmenttrennflächen am größten, so daß durch Masseverteilung bzw. Flächenumverteilung aus den Umfangsbereichen an den äußeren Segmenttrennflächen eines Treibkäfigsegmentes in Richtung auf den mittleren Um fangsbereich (Tk-Segment-Rücken) eine Erhöhung der Biege steifigkeit sowie des Biegewiderstandsmomentes auf einen Wert gegeben ist, der wenigstens so groß ist wie die Biege steifigkeit eines Vergleichstreibkäfigs mit einer um ca. 25% größeren Kreisquerschnittsfläche.

Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß die Biege steifigkeit des Treibkäfigs mit polygonartiger bzw. nahezu dreieckartiger Querschnittsform um einen Faktor von wenigs tens 1,3 größer ist als die Biegesteifigkeit eines theore tischen Treibkäfigs mit gleichgroßer kreisrunder Quer schnittsfläche. Mit der Erfindung wird eine Massereduzie rung des Treibkäfigs und eine Verminderung der Treibkä fig-Querschnittsfläche auf das beim Abschuß im Rohr not wendige Maß bei gleichzeitig größerem Biegewiderstandsmo ment ermöglicht. Ein derartiger Treibkäfig ist fertigungs technisch sehr kostengünstig, insbesondere bei Serienferti gung herzustellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 1a einen herkömmlichen Zweiflansch-Treibkäfig mit rotationssymmetrischem Querschnitt,

Fig. 2 den qualitativen Biegemomentenverlauf in einem Treibkäfigsegment während des Ablöse vorganges,

Fig. 3a, 3b und 3c verschiedene Querschnittsflächen von Treib käfigsegmenten zur Veranschaulichung der Erfindung in Fig. 3c,

Fig. 4a und Fig. 4b weitere Querschnittsformen von erfin dungsgemäßen Treibkäfigen,

Fig. 5 und Fig. 5a einen Längsschnitt durch einen erfindungs gemäßen Treibkäfig,

Fig. 6 und Fig. 7 Querschnitte durch den erfindungsgemäßen Treibkäfig aus Fig. 5 gemäß Schnittlinie VI/VI und VII/VII,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Treibkäfig-Querschnittes,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines erfin dungsgemäßen Treibkäfigs,

Fig. 10 und Fig. 11 Seitenansichten eines erfindungsgemäßen Treibkäfigs in Teildarstellung,

Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Treibkäfigs in Längs schnittdarstellung,

Fig. 13 und Fig. 14 weitere Ausführungsbeispiele von erfindungs gemäßen Querschnittsformen gemäß Schnitt linien XIII/XIII und XIV/XIV in Fig. 12,

Fig. 15 und Fig. 16 weitere erfindungsgemäße Ausführungsbei spiele von vierteiligen Treibkäfigen in Querschnittsdarstellung.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 ein herkömmlicher Zweiflansch-Treibkäfig mit vorderem Führungsflansch 12 und hinterem Druckflansch 14 z. B. im Kaliber 120 mm für ein unterkalibriges flügelstabilisiertes Wuchtgeschoß 30 aus Wolframschwermetall von hohem Schlankheitsgrad darge stellt. Zwischen Treibkäfig 10 und Wuchtgeschoß 30 ist eine nicht näher dargestellte übliche Formschlußzone (mit Gewinde- oder Ringrillen) vorgesehen. Der vordere Führungs flansch 12 weist vorderseitig eine Lufttasche 16 und ein umlaufendes Führungsband 18 auf; der hintere Druckflansch 14 ist im kalibergroßen Umfangsbereich gleichfalls mit einem Führungsband 20 und Gasabdichtungsband 22 versehen. Nach hinten weisend schließt sich ein konisch zulaufendes Heckteil 24 an den Druckflansch 14 an.

Üblicherweise besteht der rotationssymmetrische Treibkäfig 10 aus drei Treibkäfig-Segmenten 26, 27, 28 mit dazwischen liegenden ebenen Segmenttrennflächen 31, 32, 33 (Fig. 1a).

Zwischen dem vorderen Führungsflansch 12 und hinteren Druckflansch 14 ist der Treibkäfig 10 im Durchmesser ver ringert ausgebildet bzw. weist eine zylinderförmige/konus förmige Querschnittsreduzierung im Anschluß an den Ausrun dungsradius 34 des Druckflansches 14 auf. Im nicht kaliber großen Bereich 36 in Längserstreckung des Treibkäfigs 10 ware aus Gründen der Abschußfestigkeit des Treibkäfigs beim Rohrdurchgang eine weitere bzw. stärkere Querschnitts flächenreduzierung bis hin zum vorderen Führungsflansch 12 möglich, da für diesen Bereich 36 bei konventioneller Aus gestaltung nur eine recht geringe Werkstoffauslastung gege ben ist. Aus Gründen einer ausreichenden Biegesteifigkeit bei der Treibkäfigablösung und damit zur Vermeidung von un gleichmäßigen und unkontrollierbaren Störeinflüssen auf den Penetrator muß der Treibkäfig 10 in diesem Bereich 36 jedoch eine noch relativ große Querschnittsfläche aufwei sen. Beschußergebnisse haben gezeigt, daß rotationssymme trische Treibkäfige, bei denen die Querschnittsfläche im Bereich 36 weiter verkleinert wurde, zu einem unkontrol liertem Bruch der Treibkäfig-Segmente bei der Ablösung im Bereich 36 hinter dem vorderen Führungsflansch 12 geführt haben.

Ziel der Entwicklung von Treibkäfigen unterkalibriger Wuchtgeschosse ist die Minimierung der Treibkäfigmasse, um beim Rohrdurchgang eine maximale kinetische Energie auf den Penetrator zu übertragen. Nach dem Verlassen des Roh res erfolgt die Treibkäfigablösung, hervorgerufen durch die an der Lufttasche 16 des vorderen Führungsflansches 12 angreifenden Luftströmungskräfte. Je geringer die Treibkä figmasse und vor allem je geringer das Massenträgheitsmo ment der Treibkäfig-Segmente um ihre hintere Abrollkante ist, desto schneller erfolgt der Ablösevorgang und desto geringer ist der kinetische Energieverlust des Penetra tors. Dies gilt insbesondere, wenn im vorderen Teil des Treibkäfigs Masse eingespart werden kann. Denn diese Masse hat den längsten Hebelarm und besitzt damit den größten An teil am Massenträgheitsmoment bezogen auf die hintere Ab rollkante (Schwenkpunkt der Treibkäfig-Segmente).

Fig. 2 zeigt den Vorgang der Treibkäfigablösung bei einem schlanken Wuchtgeschoß nach dem Verlassen der Waffenrohr mündung. In einem angelegten Koordinatensystem mit Auftra gung des Biegemomentes M_b über der Länge des Treibkäfigs führt der Treibkäfig bis zu einem Öffnungswinkel von Phi (ϕ) = 20° bis 30° eine reine Drehbewegung um seine hintere Abrollkante 38 aus. Diese Drehbewegung wird durch die am Treibkäfig, insbesondere im Bereich der vorderen Luftta sche angreifenden Luftströmungskräfte hervorgerufen. Für kleine Öffnungswinkel Phi (ϕ) wirkt nur der Staudruck in der Lufttasche 16, hier symbolisch dargestellt durch die resultierende Luftkraft F_L. Diese Luftkraft in Verbindung mit den Massenträgheitskräften eines Treibkäfig-Segmentes haben den in Fig. 2 qualitativ eingezeichneten Biegemomen tenverlauf zur Folge. Charakteristisch für diesen Verlauf ist der sehr steile Anstieg des Biegemomentes M_b im Be reich 36 des Treibkäfigs direkt hinter dem vorderen Füh rungsflansch 12. Deshalb sind dort die Querschnitte der Treibkäfig-Segmente sehr stark bruchgefährdet, wie Beschuß ergebnisse vielfach bestätigt haben. Zur sicheren Biegemo mentenübertragung bei der Ablösung benötigt ein Treibkä fig-Segment in diesem Bereich daher eine Querschnittsflä che, die ein genügend großes Flächenmoment und Biegewider standsmoment aufweist.

In den Fig. 3a, 3b und 3c sind exemplarisch verschieden artige Querschnitte von Treibkäfig-Segmenten 42, 44, 46 an geführt. Für jeden dieser Querschnitte sind nachfolgend das entsprechende Flächenmoment I und das Biegewiderstands moment W_b um die gestrichelt eingezeichnete Schwerpunktach se 40 angegeben bzw. tabellarisch gegenübergestellt. Der Schwerpunkt ist jeweils mit S bezeichnet. Das Flächen moment I ist ein Maß für die Biegesteifigkeit des jeweili gen Querschnittes eines Treibkäfig-Segmentes. Es gilt der lineare Zusammenhang: je größer das Flächenmoment I, desto geringer die Durchbiegung des Treibkäfig-Segmentes bei der Ablösung. Das Biegewiderstandsmoment W_b ist ein Maß für die maximale Werkstoffbeanspruchung eines Querschnittes unter Biegebelastung. Auch hier gilt ein linearer Zusammen hang: je größer das Widerstandsmoment W_b, desto geringer ist bei gegebenem Biegemoment die maximale Biegespannung im Querschnitt. Hervorgerufen durch die Biegebelastung eines Treibkäfig-Segmentes bei der Ablösung treten die Bie gespannungen im Querschnittsbereich oberhalb der Schwer punktachse 40 in Form von axialen Druckspannungen auf, wäh rend sich im unteren Querschnittsbereich - in Treibkäfig längsrichtung betrachtet - axiale Zugspannungen einstel len. Die maximalen Biegespannungen treten in den Randfa sern des Querschnittes mit maximalem Abstand zur Schwer punktachse 40 auf. Die hochgestellten Indizes "o" und "u" beziehen die angegebenen Biegewiderstandsmomente W_b also auf die obere und untere Randfaser des jeweiligen Treibkä figsegment-Querschnittes. Demzufolge ist das obere Wider standsmoment W_b ^o ein Maß für die maximale axiale Druckspan nung in der Schulter des Treibkäfigsegment-Querschnittes, während das untere Widerstandsmoment W_b ^u ein Maß für die maximale Zugspannung darstellt, die im Formschlußbereich des Treibkäfig-Querschnittes an den beiden äußeren Segment grenzen auftritt. Ist das untere Biegewiderstandsmoment zu klein, wird bei der Treibkäfigablösung durch die Biegezug spannung im Kerbgrund eines Gewindes ein Riß eingeleitet, der zum Bruch des Treibkäfig-Segmentes im Bereich 36 hin ter dem vorderen Führungsflansch 12 führt. Ist demgegen über aber das obere Biegewiderstandsmoment zu klein, tritt durch Plastifizierung lediglich eine Umlagerung der Druck spannungsspitzen in der Schulter des jeweiligen Treibkäfig segment-Querschnittes auf; es kann dadurch aber kein Bruch erfolgen.

In den als Anlage beigefügten Berechnungsbeispielen stellt der Querschnitt 1 das rotationssymmetrische Treibkäfig-Seg ment 42 gemäß Fig. 3a, der Querschnitt 2 das verkleinerte rotationssymmetrische Treibkäfig-Segment 44 gemäß Fig. 3b, der Querschnitt 3 das erste erfindungsgemäße Treibkä fig-Segment 46 gemäß Fig. 3c, der Querschnitt 4 ein weite res erfindungsgemäßes Treibkäfig-Segment 47 in Gesamtflä chendarstellung gemäß Fig. 4a und der Querschnitt 5 ein abgeändertes erfindungsgemäßes Treibkäfig-Segment 48 in Ge samtflächendarstellung gemäß Fig. 4b dar. Der Querschnitt 1 in Fig. 3a zeigt die Querschnittsfläche eines Treibkä fig-Segmentes im Bereich 36 des in Fig. 1 dargestellten bekannten Treibkäfigs 10 modernster Bauart. Dieser Quer schnitt 1 besitzt ausreichend große Widerstandsmomente, um das Biegemoment bei der Treibkäfigablösung sicher aufzuneh men. Um beim Abschuß die während des Rohrdurchgangs auftre tenden Axialkräfte zur Penetratorbeschleunigung zu übertra gen, ware lediglich der kreisringförmige Querschnitt 2 ge mäß Fig. 3b mit einer um ca. 25% geringeren Fläche erfor derlich. Eine derart große Flächenreduzierung hätte zwar eine enorme Gewichtseinsparung am Treibkäfig zur Folge, aber die Biegewiderstandsmomente des rotationssymmetri schen Querschnittes 2 (Fig. 3b) sind viel zu klein und führen zum unkontrollierten Bruch der Treibkäfig-Segmente 44 beim Ablösevorgang, wie Beschußergebnisse eindeutig bestätigt haben.

Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip beruht nun darauf, vorzugsweise im biege- bzw. bruchgefährdeten Bereich 36 eines Treibkäfig-Segmentes 46 neuartige Querschnitte ver gleichsweise kleinerer Fläche mit ausreichend großem Flächenmoment und Biegewiderstandsmoment zu verwenden.

Die Querschnitte 3, 4 und 5 in Fig. 3c, 4a und 4b zeigen Treibkäfig-Segmente gemäß der vorliegenden Erfindung. Sie sind nicht mehr rotationssymmetrisch und zeichnen sich im Vergleich zu den herkömmlichen kreisförmigen Querschnitten 1 und 2 in Fig. 3a und 3b durch eine kompakte größere Pro filhöhe und jeweils zwei ebene Umfangsflächen 64, 66 aus. Hierbei durchläuft eine an jeden Punkt des Treibkäfigum fanges 56 anlegbare Tangente 54 nicht die Treibkäfig-Quer schnittsfläche 50 (siehe Fig. 6). Alle hier aufgeführten erfindungsgemäßen Treibkäfig-Segmente weisen eine um ca. 25% geringere Querschnittsfläche als der Vergleichsquer schnitt 1 in Fig. 3a auf.

Erfindungsgemäße Treibkäfige gemäß Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 9, Fig. 10 und 11 wurden im Kaliber 120 mm be reits gefertigt und mit Erfolg verschossen. Aufgrund der erfindungsgemäßen dreieckförmigen bzw. polygonförmigen Querschnittsgestaltung der Treibkäfig-Segmente ist ein der artiger Treibkäfig um ca. 100 g bzw. ca. 6% leichter als ein vergleichbarer moderner Treibkäfig herkömmlicher Bau art mit rotationssymmetrischem Querschnitt.

Das Treibkäfig-Segment gemäß Fig. 3c mit Querschnitt 3 ist gegenüber dem Vergleichsquerschnitt 1 (Fig. 3a) bei spielsweise um 7,4% biegesteifer und hat sogar im rißge fährdeten Zugspannungsbereich des Gewindes ein um 5,2% größeres Biegewiderstandsmoment.

Noch günstiger stellen sich die Verhältnisse bei dem in Querschnitt 4 (Fig. 4a) dargestellten Treibkäfigseg ment-Querschnitt dar. Dieses Profil ist um 65,2% deutlich biegesteifer als der Vergleichsquerschnitt 1 (Fig. 3a). Der ursprünglich rißgefährdete Gewindebereich ist bei die sem Profil wegen des um 37,7% größeren unteren Biegewider standsmomentes völlig unkritisch geworden.

Fertigungstechnisch zeichnen sich die Treibkäfig-Segmente gemäß Querschnitt 4 (Fig. 4a) und Querschnitt 5 (Fig. 4b) dadurch aus, daß die äußeren Profilkanten um 30° zur Mittellinie des Querschnittes geneigt sind oder anders aus gedrückt, in Querschnittsbetrachtung schließen die ebenen Umfangsflächen eines jeden Treibkäfig-Segmentes 47 im Rüc kenbereich zwischen den Segmenttrennflächen 61, 62 einen Winkel von genau 60° ein und stehen damit rechtwinklig zur jeweils angrenzenden Segmenttrennfläche 61, 62. Für die Fertigung bedeutet dies, daß der gesamte Treibkäfig im Be reich der erfindungsgemäßen Querschnittsform in nur drei Fräsebenen spanend bearbeitet werden muß sofern zwei be nachbarte ebene Umfangsflächen 56 von zwei benachbarten Treibkäfig-Segmenten 47 entlang der dazwischenliegenden Segmenttrennlinie 62 in Umfangsrichtung gerade bzw. eben ineinander übergehen (Fig. 4a). Beim Querschnitt 3 (Fig. 3c) wären es sechs Fräsebenen für den Fall, daß zwei be nachbarte ebene Umfangsflächen von zwei benachbarten Treib käfig-Segmenten entlang der dazwischenliegenden Segment trennlinie 32 in Umfangsrichtung unter einem Winkel von kleiner 30° ineinander übergehen bzw. aneinandergrenzen (Fig. 6). Für diese Fräsvorgänge der ebenen Umfangsflächen können einfache billige zylindrische Walzenfräser verwen det werden.

Die geometrische Besonderheit des in Fig. 4b gezeigten Treibkäfigsegment-Profiles gemäß Querschnitt 5 ist, daß sich die Profilflanken bzw. ebenen Umfangsflächen im Ver gleich zum Querschnitt 3 und 4 (Fig. 3c, Fig. 4a) nicht mehr in einem Punkt schneiden. Die Schulter dieses Quer schnittsprofiles besteht also nicht mehr aus nur einem Punkt, sondern aus einem Kreisbogen 58. Der Vorteil dieser Treibkäfigsegment-Konstruktion gegenüber Querschnitt 4 (Fig. 4a) ist vor allem das deutlich verbesserte obere Biege widerstandsmoment. Es ist hierbei lediglich um 0,8% klei ner als das des Vergleichsquerschnittes 1 in Fig. 3a.

Ein weiterer fertigungstechnisch günstiger dreieckförmiger bzw. polygonförmiger Treibkäfig-Querschnitt ist in Fig. 8 dargestellt. Hierbei sind anstelle der ebenen Umfangsflä chen leicht nach außen gewölbte bzw. gekrümmte Umfangsflä chen 68, 70 vorgesehen während im Rückenbereich zwischen diesen Umfangsflächen ein stark gekrümmter bzw. abgerunde ter Umfangsbereich 58 angeordnet ist. Der Vorteil dieser gerundeten Ausgestaltungsform liegt in der fertigungstech nischen Möglichkeit, diesen Treibkäfig als kostengünstiges "Drehteil" auf einer Exzenter-Drehbank herstellen zu kön nen.

Wie bereits beschrieben, beruht das erfindungsgemäße Lo sungsprinzip darauf, insbesondere in dem biegegefährdeten Treibkäfigsegmentbereich hinter dem vorderen Führungs flansch des Treibkäfigs nichtrotationssymmetrische Quer schnitte mit kleinerer Fläche jedoch größerem Flächenmo ment und Biegewiderstandsmoment im Vergleich zu herkömm lichen rotationssymmetrischen Querschnitten zu verwenden.

Prinzipiell kann die erfindungsgemäße dreiecksförmige Quer schnittsflächengestaltung des Treibkäfigs in allen nichtka libergroßen Bereichen angewendet werden, dies insbesondere bei Treibkäfigen mit großer Längenerstreckung, wie z. B. Treibkäfige für zwei hintereinander angeordnete Tandem-Ge schosse, wobei der nicht rotationssymmetrische Querschnitt auch im langgestreckten konisch zulaufenden Heckteil hin ter dem Druckflansch vorgesehen sein kann um auch dort die Biegesteifigkeit zu erhöhen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen Treibkä fig ist es jedoch aus Gründen der Abschußfestigkeit beim Rohrdurchgang nicht sinnvoll, die erfindungsgemäßen Steg profile im gesamten Längenbereich des Treibkäfigs zwischen vorderem Führungsflansch 12 und hinterem Druckflansch 14 anzuordnen. Die Rotationssymmetrie im Bereich des Ausrun dungsradius 34 vor dem Druckflansch 14 sollte in jedem Fall erhalten bleiben. Für die in Fig. 5 definierte Länge L als der Abstand zwischen Druckflansch 14 und Beginn des nichtrotationssymmetrischen Querschnittsprofils im Sinne dieser Erfindung soll gelten: L größer gleich D/5 (mit D gleich Kaliberdurchmesser) L D/5. Der Pfeil 52 gibt die Schußrichtung der Treibkäfiganordnung an.

Die in den Zeichnungen Fig. 5, Fig. 9, Fig. 10 und Fig. 11 dargestellten erfindungsgemäße Treibkäfigkonfigura tionen haben im gesamten nichtrotationssymmetrischen Treib käfigbereich eine konstante Querschnittsfläche. Da beim Ab schuß während des Rohrdurchganges mit zunehmendem Abstand vom vorderen Führungsflansch 12 nach hinten die vom Treib käfig-Segment zu übertragenden Axialkräfte zur Beschleuni gung und Stützung des Penetrators stetig anwachsen, ist es durchaus sinnvoll, den biegegefährdeten Bereich des Treib käfigs mit einem erfindungsgemäßen Profil wie in Fig. 5a dargestellt ist auszubilden, dessen Querschnittsfläche von dem vorderen Führungsflansch 12 ausgehend in Richtung auf den hinteren Druckflansch 14 stetig zunimmt. Dabei können die ebenen Umfangsflächen 64, 66 der Treibkäfig-Segmente leicht schräg zur Längsachse A verlaufen und der abgerunde te Zwischenbereich 58 zwischen zwei ebenen Umfangsflächen - sofern er vorgesehen ist - würde sich dementsprechend von vorne nach hinten verbreitern.

Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen zur Veranschaulichung in perspektivischer bzw. Seitenansicht im Teilschnitt den ge bauten erfindungsgemäßen Treibkäfig 60 mit der in Fig. 3c (Querschnitt 3) dargestellten Treibkäfigsegment-Quer schnittsfläche.

Mit der Erfindung läßt sich also wie geschildert eine erhebliche Massereduzierung (Totlastanteil) eines Treibkäfigs bei gleichzeitiger wesentlicher Erhöhung seiner Biegesteifigkeit erzielen. Eine einfache und kosten günstige Serienfertigung wird ermöglicht. Die Anwendung der Erfindung ist für alle möglichen Waffen mit Klein- oder Großkaliber sowie mit gezogenen oder glatten Rohren denkbar, aus denen Treibkäfiggeschosse verschossen werden können. Die erfindungsgemäßen Profile können nicht nur bei Zwei-Flansch-Treibkäfigen, sondern auch bei Ein-Flansch- Treibkäfigen verwendet werden.

In Fig. 12 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Treibkäfig 60 dargestellt. Hierbei ist die dreieckförmige Quer schnittsfläche nicht nur in dem vorderen Längenbereich 36 zwischen dem vorderen Führungsflansch 12 und dem hinteren Druckflansch 14, sondern euch noch im hinteren Heckteil 24 hinter dem Druckflansch 14 ausgebildet. Die Anordnung einer polygonalen Querschnittsform 72 auf dem Heckteil 24 des Treibkäfigs 60 bewirkt auch in diesem Bereich eine Bie gesteifigkeitserhöhung ohne zusätzliche Massenerhöhung.

Bei der in der Fig. 13 dargestellten Querschnittsform des Treibkäfigs 60 ist die Krümmung der Außenfläche 70 der polygonförmigen Querschnittsform 72 geringfügig konvex nach außen gewölbt.

Die Bezugsziffer 80 kennzeichnet die ursprüngliche Kreisum fangsfläche, wobei 82 die maximale Entfernung a zwischen der gewölbten Außenfläche 70 der Querschnittsform 72 an gibt, und 74 den maximalen Abstand b der gewölbten Außen fläche 70 zu einer die Eckpunkte 78 verbindenden Gerade 76 kennzeichnet. Das Prinzip einer möglichst geringen Wölbung der Außenfläche 70 äußerst sich geometrisch darin, daß b ≦ a ist.

Fig. 14 zeigt den Querschnitt des in Fig. 12 dargestell ten Treibkäfigs 60. Während die in der Fig. 13 dargestell te erfindungsgemäße Querschnittsform den Bereich im Heck teil 24 hinter dem Druckflansch 14 charakterisiert, zeigt Fig. 14 den Querschnitt im mittleren Rückenbereich 36 zwischen dem vorderen Führungsflansch 12 und dem hinteren Druckflansch 14.

Diese beiden Ausführungsbeispiele sind darüber hinaus auch gegeneinander austauschbar. Der Querschnitt, wie in der Fig. 13 dargestellt, kann somit auch auf den mittleren Rückenbereich 36 des Treibkäfigs 60 aufgebracht werden, und der in der Fig. 14 dargestellte Querschnitt kann dem entsprechend auch auf dem Heckteil 24 hinter dem Druck flansch 14 angeordnet sein. Des weiteren ist die Möglich keit gegeben, daß beide in den Fig. 13 und 14 darge stellten Querschnittsformen 72, 72′ ineinander übergehen.

Die Bezugsziffer 72′ kennzeichnet die polygonförmige Quer schnittsform, die hier dahingehend modifiziert ist, daß die benachbarten leicht gekrümmten Außenflächen 70 nicht direkt aneinandergrenzen, sondern jeweils durch ein schma les Stück der kreisbogenförmigen Außenfläche 58 voneinan der getrennt sind. Der Mittelpunkt dieser kreisbogenförmi gen Außenfläche 58 mit dem Radius R_pol liegt im Zentrum A der Gesamtquerschnittsfläche 72′ des Treibkäfigs 60, der dem Schnittpunkt der drei Segment-Trennflächen 31, 32, 33 entspricht. Das Bezugszeichen c kennzeichnet in der Fig. 14 die Länge 86 der Segment-Trennflächen 31, 32, 33. Die Umfangslänge 84 der kreisbogenförmigen Außenfläche 58 ist dabei kleiner als die Länge c, 86 der Segment-Trennflächen 31, 32, 33. Die Krümmung einer Außenfläche 70 ist wie be reits in der Fig. 13 dargestellt möglichst gering. Dabei stellen a, 82′ wiederum den maximalen Abstand zwischen der gekrümmten Außenfläche 70 der Querschnittsform 72′ und dem Kreisumfang 80 dar. Die Gerade 76 verbindet in dieser Dar stellung die Eckpunkte 78′. Gegenüber der Fig. 13, in der drei Eckpunkte 78 vorliegen, erhält man bei diesem Quer schnitt sechs Eckpunkte 78′ dadurch, daß die gewölbten Außenflächen 70 nicht direkt aneinandergrenzen, sondern durch Kreisbogensegmente 58 voneinander getrennt sind. Jede gekrümmte Umfangsfläche 70 weist jeweils zwei Eckpunk te 78′ mit den benachbarten Kreisbogensegmenten 58 auf. Diese werden durch die Gerade 76 miteinander verbunden. Der maximale Abstand von dieser Geraden 76 zur gekrümmten Außenfläche 70 wird durch b, 74′ gekennzeichnet. Eine mög lichst geringe Krümmung wird auch hier - wie in Fig. 13 - geometrisch dadurch bestimmt, daß b ≦ a ist.

Die Fig. 15 zeigt den Querschnitt eines Treibkäfigs 88, der eine Teilung in vier Treibkäfig-Segmente 90 aufweist. Die im wesentlichen quadratische Querschnittsform läßt sich ebenfalls mit Hilfe einfacher drehtechnischer Verfah ren auf einen Teilbereich der Längenerstreckung eines vier geteilten Treibkäfigs 88 aufbringen.

Die vier Außenflächen 70′ dieser quadratischen Quer schnittsform sind leicht konvex nach außen gewölbt. Wie anhand der Fig. 13 und 14 beschrieben, ist auch hier die Wölbung der gekrümmten Außenflächen 70′ möglichst ge ring und wiederum geometrisch dadurch bestimmt, daß der maximale Abstand b zwischen der die Eckpunkte 78′′ verbin denden Gerade 76 zu der gekrümmten Außenfläche 70 kleiner gleich ist dem maximalen Abstand a der gekrümmten Außenflä che 70′ zur ursprünglichen Kreisumfangsfläche 80. Die vier Segment-Trennflächen der Treibkäfig-Segmente 90 sind so angeordnet, daß der radiale Abstand von der zentra len Längsachse A bis zur gekrümmten Außenfläche 70′ an den Segment-Trennflächen am kleinsten ist.

Die Fig. 16 modifiziert die Fig. 15 dahingehend, daß jedes Treibkäfig-Segment 90 in Querschnittsbetrachtung zwischen den beiden benachbarten leicht gewölbten Außenflächen 70′ ein schmales Stück kreisbogenförmiger Außenfläche 58′ aufweist. Der Mittelpunkt dieser kreisbo genförmigen Außenfläche 58′ mit dem Radius R_qua liegt im Zentrum A der Gesamtquerschnittsfläche des Treibkäfigs 88. Dieser Mittelpunkt entspricht wiederum dem Schnittpunkt der Segment-Trennflächen. Insbesondere diese Ausführungs form weist eine sehr geringe Krümmung der Außenfläche 70′ auf.

Die in den Fig. 15 und 16 dargestellten Querschnitte sind ineinander überführbar. Der Abstand b in Fig. 15 wird durch die verwendete Drehmaschine vorgegeben. Die Krümmung der Außenflächen 70′ kann durch die Exzentrizität der Drehmaschine variiert werden.

Definitionen:

i=2, 3, 4, 5

Querschnitt 1
(Fig. 3a)

A₁ = 616 mm²
I₁ = 13 500 mm⁴
W^o _b,1 = 1352 mm³
W^u _b,1 = 1227 mm³

Querschnitt 2
(Fig. 3b)

A₂ = 462 mm²; f₂ = -25,0%
I₂ = 7600 mm⁴; t₂ = -43,7%
W^o _b,2 = 891 mm³; q^o₂ = -34,1%
W^u _b,2 = 790 mm³; q^u₂ = -35,6%

Querschnitt 3
(Fig. 3c)

A₃ = 462 mm²; f₃ = -25,0%
I₃ = 14 500 mm⁴; t₃ = +7,4%
W^o _b,3 = 950 mm³; q^o₃ = -29,7%
W^u _b,3 = 1291 mm³; q^u₃ = +5,2%

Querschnitt 4
(Fig. 4a)

A₄ = 462 mm²; f₄ = -25,0%
I₄ = 22 300 mm⁴; t₄ = +65,2%
W^o _b,4 = 1170 mm³; q^o₄ = -13,5%
W^u _b,4 = 1689 mm³; q^u₄ = +37,7%

Querschnitt 5
(Fig. 4b)

A₅ = 462 mm²; f₅ = -25,0%
I₅ = 18 600 mm⁴; t₅ = +37,8%
W^o _b,5 = 1341 mm³; q^o₅ = -0,8%
W^u _b,5 = 1473 mm³; q^u₅ = +20,0%

Bezugszeichen-Liste

10 Zweiflansch-Treibkäfig
12 vorderer Führungsflansch
14 hinterer Druckflansch
16 Lufttasche
18 vorderes Führungsband
20 hinteres Führungsband
22 Gasabdichtungsband
24 Heckteil 10
26 Tk-Segment
27 Tk-Segment
28 Tk-Segment
30 Wuchtgeschoß
31 Segment-Trennfläche
32 Segment-Trennfläche
33 Segment-Trennfläche
34 Ausrundungsradius
36 Tk-Bereich
38 Abrollkante
40 Schwerpunktachse
42 Tk-Segment
44 Tk-Segment
46 Tk-Segment
47 Tk-Segment
48 Tk-Segment
50 erf.-Tk-Gesamtquerschnitt
52 Pfeil Schußrichtung
54 Tangente
56 Tk-Umfang
58 abgerundeter Umfangsbereich
60 erf. Tk
61 Segment-Trennfläche
62 Segment-Trennfläche
63 Segment-Trennfläche
64 ebene Umfangsfläche
66 ebene Umfangsfläche
68 gekrümmte Umfangsfläche
70 gekrümmte Außenfläche
A Längsachse
L Länge
S Schwerpunkt
R_a Abstand außen
R_i Abstand innen
M_b Biegemoment
F₁ Luftkraft
R_pol Radius Polygon
R_qua Radius Quadrat
72 polygonförmige Querschnittsform
74 max. Abstand b
76 Gerade
78 Eckpunkte
80 Kreisumfang
82 max. Abstand a
84 mittl. Rückenbereich
86 Länge 31
88 erf. Tk
90 Tk-Segment

Claims

1. Segmentierter abwerfbarer Treibkäfig (10), insbeson dere von großer Längenerstreckung, für ein unterkali briges Wuchtgeschoß (30) mit großem Schlankheitsgrad, aus wenigstens zwei Treibkäfig-Segmenten (26, 28) mit benachbarten planparallelen Segmenttrennflächen (32, 33) und mit wenigstens einem kalibergroßen gasabdich tenden Druckflanschteil (14) wobei in nichtkaliber großen Bereichen (36) des Treibkäfigs (10) bestimmte Maßnahmen zur Erhöhung der Biegesteifigkeit vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt (50) des Treibkäfigs (60) wenig stens in einem Teilbereich seiner Längenerstreckung eine im wesentlichen dreieckartige Querschnittsform aufweist, bei der eine an jeden Punkt des Treibkäfigum fanges (56) anlegbare Tangente (54) nicht die Treib käfig-Querschnittsfläche (50) durchläuft. (Fig. 3c, 4a, 4b, 6, 7, 8)

2. Treibkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der dreieckartigen Querschnittsform der radiale Abstand (R_i) von der zentralen Längsachse (A) bis zum Außenumfang (56) des Treibkäfigs (60) an den äußeren Segmenttrennflächen (61, 62, 63) am kleinsten und der radiale Abstand (R_a) im mittleren Umfangsbereich eines Treibkäfig-Segmentes (46, 47, 48) zwischen den beiden äußeren Segmenttrennflächen (61, 62, 63) am größten ist, wobei durch Masseverteilung bzw. Querschnitts flächenumverteilung aus den Umfangsbereichen der äu ßeren Segmenttrennflächen (61, 62, 63) eines Treibkä fig-Segmentes (46) mit gleichgroßer Kreisquerschnitts fläche in Richtung auf den mittleren Umfangsbereich (Treibkäfigsegmentrücken) eine Erhöhung der Biege steifigkeit sowie des Biegewiderstandsmomentes auf einen Wert gegeben ist, der wenigstens so groß ist wie die Biegesteifigkeit eines Vergleichs-Treibkäfigs mit einer um ca. 25% größeren Kreisquerschnittfläche. (Fig. 3a, 3b, 3c, 4a, 4b)

3. Treibkäfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegesteifigkeit des Treibkäfigs mit polygonarti ger oder nahezu dreieckartiger Querschnittsform um einen Faktor von wenigstens 1,3 größer ist als die Bie gesteifigkeit des theoretischen Treibkäfigs mit gleich großer kreisrunder Querschnittsfläche. (Fig. 3b und 3c)

4. Treibkäfig nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Treibkäfig-Segment (46) wenigstens zwei ebene Umfangsflächen (64, 66) aufweist. (Fig. 3c, 4b)

5. Treibkäfig nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte ebene Umfangsflächen von zwei benach barten Treibkäfig-Segmenten entlang der Segmenttrenn linie (32) in Umfangsrichtung unter einem Winkel von kleiner 30° ineinander übergehen bzw. aneinandergren zen. (Fig. 6)

6. Treibkäfig nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte ebene Umfangsflächen (56) von zwei benachbarten Treibkäfig-Segmenten (47) entlang der Segmenttrennlinie (62) in Umfangsrichtung gerade bzw. a eben ineinander übergehen. (Fig. 4a)

7. Treibkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Querschnittsbetrachtung die ebenen Umfangsflächen (56) eines jeden Treibkäfig-Segmentes (47) im Rücken bereich zwischen den Segmenttrennflächen (61, 62) einen Winkel von 60° einschließen und rechtwinklig zur angrenzenden Segmenttrennfläche (61, 62) stehen. (Fig. 4a)

8. Treibkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ebenen Umfangsflächen (64, 66) eines je den Treibkäfig-Segmentes (48) im Rückenbereich ein abgeschrägter bzw. abgerundeter Umfangsbereich (58) vorgesehen ist. (Fig. 4b)

9. Treibkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der ebenen Umfangsflächen leicht nach außen gekrümmte Umfangsflächen (68, 70) vorgesehen sind und im Rückenbereich zwischen den leicht gekrümmten Um fangsflächen (68, 70) ein stark gekrümmter bzw. abge rundeter Umfangsbereich (58) vorgesehen ist. (Fig. 8)

10. Treibkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dreieckartige Querschnittsform nur in einem be grenzten Längenerstreckungsbereich (36) des Treibkä figs (60) zwischen vorderem Führungsflansch (12) und hinterem Druckflansch (14) vorgesehen ist, wobei sich dieser Längenerstreckungsbereich (36) direkt an den vorderen Führungsflansch (12) anschließt und der rest liche kaliberdurchmesserverkleinerte Bereich vor dem Druckflansch (14) rotationssymmetrisch ausgebildet ist. (Fig. 5)

11. Treibkäfig nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Längenerstreckungsbereich (36) mit der dreiecksför migen Querschnittsfläche kleiner als 80%, vorzugswei se etwa 60%, des Abstandes zwischen vorderem Führungs flansch (12) und hinterem Druckflansch (14) beträgt. (Fig. 5)

12. Treibkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Umfangsflächen (64) eines Treibkäfig-Segmen tes (46) leicht schräg zur Längsachse (A) verlaufen. (Fig. 5a)

13. Treibkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Außenflächen (70) der dreieckartigen Quer schnittsform des Treibkäfigs leicht konvex nach außen gewölbt ausgebildet sind, wodurch sich eine polygonför mige Gesamtquerschnittsform ergibt.

14. Treibkäfig nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung bzw. Krümmung einer Außenfläche (70) der polygonförmigen Querschnittsform (72) möglichst klein ausgebildet ist und der geometrischen Bedingung b klei ner gleich a (b ≦ a) genügt, mit b gleich dem maxima len Abstand (74) der gewölbten Außenfläche (70) von einer Geraden (76) zwischen den beiden äußeren Eckpunk ten (78) der gewölbten Außenfläche (70) und a gleich dem maximalen Abstand (82) zwischen der gewölbten Au ßenfläche (70) und der ursprünglichen Kreisumfangsflä che (80).

15. Treibkäfig nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Treibkäfig-Segment (42, 44, 46) in Querschnitts betrachtung im mittleren Rückenbereich (84) zwischen den beiden benachbarten leicht gewölbten Außenflächen (70) ein schmales Stück kreisbogenförmige Außenfläche (58) aufweist, deren Radius (R_pol) im Zentrum (A) der Gesamtquerschnittsfläche des Treibkäfigs (60, 72) (gleich Schnittpunkt der Segment-Trennflächen) seinen Ursprung hat.

16. Treibkäfig nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für einen beliebigen Treibkäfigquerschnitt die Länge des Stückes kreisbogenförmiger Außenfläche (58) in Umfangsrichtung betrachtet kleiner gleich der Länge C (86) der Segment-Trennfläche (31, 32, 33) ist.

17. Segmentierter abwerfbarer Treibkäfig, insbesondere von großer Längenerstreckung, für ein unterkalibriges Wuchtgeschoß mit großem Schlankheitsgrad, aus wenig stens zwei Treibkäfig-Segmenten mit benachbarten plan parallelen Segment-Trennflächen und mit wenigstens einem kalibergroßen gasabdichtenden Druckflanschteil, wobei in nichtkalibergroßen Bereichen des Treibkäfigs bestimmte Maßnahmen zur Erhöhung der Biegesteifigkeit vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt des Treibkäfigs (72) bei einer Teilung in vier Treibkäfig-Segmente (90) wenigstens in einem Teilbereich seiner Längenerstreckung eine im we sentlichen quadratische Querschnittsform (88) aufweist.

18. Treibkäfig nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Außenflächen (70) der quadratischen Quer schnittsform (88) leicht konvex nach außen gewölbt ausgebildet sind.

19. Treibkäfig nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Treibkäfig-Segment (90) in Querschnittsbetrach tung im mittleren Rückenbereich zwischen den beiden benachbarten leicht gewölbten Außenflächen (70′) ein schmales Stück kreisbogenförmige Außenfläche (58) aufweist, deren Radius (R_qua) im Zentrum (A) der Ge samtquerschnittsfläche des Treibkäfigs (88) seinen Ursprung hat.