Treibkäfig

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen segmentierten Treibkäfig für ein unterkalibriges langgestrecktes Wuchtgeschoß. Als Maß­nahme zur Erhöhung der Biegesteifigkeit eines Treibkäfig-­Segmentes sind zwischen vorderem Führungsflansch und hinte­rem Druckflansch verlaufende Längsrippen bekannt.
Derartige Längsrippen tragen aber im wesentlichen nicht zur Übertragung von Schubkräften vom Treibkäfig in den Um­fang des Geschoßkörpers während der Beschleunigungsphase im Rohr bei und sind herstellungsmäßig nur in zahlreichen aufeinander folgenden kostenintensiven Fertigungsschritten herzustellen.
Mit dem erfindungsgemäßen Treibkäfig (60) soll bei weite­rer Verminderung des Totlastanteiles die Biegesteifigkeit unter Berücksichtigung möglicher kostengünstiger Serienfer­tigung erhöht werden. Dies gelingt mit der Erfindung da­durch, daß der Gesamtquerschnitt (50) des Treibkäfigs (60) wenigstens in Teilbereichen (36, 24) seiner Längenerstrek­kung eine im wesentlichen polygonförmige Querschnittsform (72, 72′) aufweist.
Hierdurch wird eine bisher unerreichte kostengünstige span­abhebende Bearbeitung mittels z. B. einfacher Walzenfräser ermöglicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen segmentierten abwerfbaren Treibkäfig für ein unterkalibriges Wuchtgeschoß gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Ein derartiger herkömmlicher Zweiflansch-Treibkäfig (Push-Pull-Treibkäfig) mit vorderseitigem kalibergroßen Führungsflansch und rückwärtigem kalibergroßen Druck­flansch und über seine gesamte Länge mit rotationssym­metrischem Querschnitt ist in Figur 1 dargestellt. Zwei­flansch-Treibkäfige mit wenigstens einer Längsrippe auf dem Rücken eines Treibkäfigsegmentes zwischen vorderem Füh­rungsflansch und hinterem Druckflansch sind z. B. aus der US-PS 4,326,464 oder der DE-A-37 04 027 bekannt.
Weiterhin sind übliche Einflansch-Treibkäfige (Pull-Treib­käfig) mit vorderseitigem Druck- und Führungsflansch und rückwärtigen gasdurchlässigen Führungsstegen z. B. aus der DE-A-28 36 963 (korrespondierend dazu US-PS 4,542,696) be­kannt. Auch hierbei weisen die Treibkäfigsegmente im mitt­leren Umfangsbereich eine Längsrippe zur Erhöhung der Bie­gesteifigkeit auf.
Der Vorteil einer Längsrippenkonstruktion besteht darin, daß sie dem kaliberverkleinerten Zwischenbereich des Treib­käfigs zwischen vorderem Führungsflansch und hinterem unvollständig zur Axialkraftübertragung (Schubkrafteinlei­tung) herangezogen werden und somit stellen Längsrippen hierbei zum größten Teil eine "tote Masse" dar. Außerdem ist die spanende Fertigung eines Treibkäfigs mit Längsrip­pe 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 erforder­lich.

[0003] Charakteristisch für einen herkömmlichen Zweiflansch-Treib­käfig mit rotationssymmetrischem Querschnitt gemäß Darstel­lung in Figur 1 ist eine zwischen Vorderflansch und rück­wärtigem Druckflansch verlaufende rotationssymmetrische ke­gelförmige bzw. zylindrische Querschnittsreduzierung im An­schluß an den vorderseitigen Ausrundungsradius des hinte­ren Druckflansches. Aus Gründen der Abschußfestigkeit beim Rohrdurchgang wäre eine wesentlich stärkere Querschnittsre­duzierung im Bereich hinter dem vorderen Führungsflansch möglich, da hier kaum noch Schubkräfte vom Treibkäfig in den Penetrator eingeleitet werden. Die relativ große Quer­schnittsfläche ist in diesem Bereich jedoch erforderlich, um den Treibkäfigsegmenten die notwendige Biegesteifigkeit beim Ablösevorgang nach Verlassen der Rohrmündung zu ver­leihen. Herkömmliche Zweiflansch-Treibkäfige weisen dem­nach in nachteiliger Weise ein überhöhtes Gewicht insbeson­dere im Bereich hinter dem vorderen Führungsflansch auf.

[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsmäßigen Treib­käfig anzugeben, bei dem eine Erhöhung der Biegesteifig­keit bei gleichzeitiger Massereduzierung sowie eine kosten­günstige Serienfertigung des Treibkäfigs ermöglicht wird.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gesamtquerschnitt des Treibkäfigs wenigstens in einem Teil­bereich seiner Längenerstreckung eine polygonartige oder nahezu dreieckartige Querschnittsform aufweist, bei der ei­ne an jedem Punkt des Treibkäfigumfanges anlegbare Tangen­te die Treibkäfig-Querschnittsfläche nicht durchläuft. Ins­besondere hierdurch wird eine kostengünstige Serienferti­gung mit einfachen Bearbeitungsschritten möglich. Bei her­kömmlichen Treibkäfigen mit Längsrippe läuft eine entspre­chend angelegte Tangente immer durch die Querschnittsflä­che, so daß eine spanende Bearbeitung nur mit entsprechend geformten Spezialwerkzeugen möglich ist und eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten erforderlich macht. Bei dem er­findungsgemäßen dreiecksförmigen Treibkäfig ist der radia­le 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 zwi­schen 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 Um­fangsbereich (Tk-Segment-Rücken) eine Erhöhung der Biege­steifigkeit sowie des Biegewiderstandsmomentes auf einen Wert gegeben ist, der wenigstens so groß ist wie die Biege­steifigkeit eines Vergleichstreibkäfigs mit einer um ca. 25 % größeren Kreisquerschnittsfläche.
Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß die Biege­steifigkeit des Treibkäfigs mit polygonartiger bzw. nahezu dreieckartiger Querschnittsform um einen Faktor von wenigs­tens 1,3 größer ist als die Biegesteifigkeit eines theore­tischen Treibkäfigs mit gleichgroßer kreisrunder Quer­schnittsfläche. Mit der Erfindung wird eine Massereduzie­rung des Treibkäfigs und eine Verminderung der Treibkä­fig-Querschnittsfläche auf das beim Abschuß im Rohr not­ wendige Maß bei gleichzeitig größerem Biegewiderstandsmo­ment ermöglicht. Ein derartiger Treibkäfig ist fertigungs­technisch sehr kostengünstig, insbesondere bei Serienferti­gung herzustellen.

[0006] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeich­nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben.

[0007] Es zeigen:

Figur 1 und Figur 1a: einen herkömmlichen Zweiflansch-Treibkäfig mit rotationssymmetrischem Querschnitt,

Figur 2: den qualitativen Biegemomentenverlauf in einem Treibkäfigsegment während des Ablöse­vorganges,

Figur 3a, 3b und 3c: verschiedene Querschnittsflächen von Treib­käfigsegmenten zur Veranschaulichung der Erfindung in Fig. 3c,

Figur 4a und Figur 4b: weitere Querschnittsformen von erfin­dungsgemäßen Treibkäfigen,

Figur 5 und Figur 5a: einen Längsschnitt durch einen erfindungs­gemäßen Treibkäfig,

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

Figur 8: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­dungsgemäßen Treibkäfig-Querschnittes,

Figur 9: eine perspektivische Ansicht eines erfin­dungsgemäßen Treibkäfigs,

Figur 10 und Figur 11: Seitenansichten eines erfindungsgemäßen Treibkäfigs in Teildarstellung,

Figur 12: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Treibkäfigs in Längs­schnittdarstellung,

Figur 13 und Figur 14: weitere Ausführungsbeispiele von erfindungs­gemäßen Querschnittsformen gemäß Schnitt­linien XIII/XIII und XIV/XIV in Fig. 12,

Figur 15 und Figur 16: weitere erfindungsgemäße Ausführungsbei­spiele von vierteiligen Treibkäfigen in Querschnittsdarstellung.

[0008] In Figur 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 darge­stellt. Zwischen Treibkäfig 10 und Wuchtgeschoß 30 ist eine nicht näher dargestellte übliche Formschlußzone (mit Gewinde- oder Ringrillen) vorgesehen. Der vordere Führungs­flansch 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 dazwischen­liegenden ebenen Segmenttrennflächen 31, 32, 33 (Figur 1a). Zwischen dem vorderen Führungsflansch 12 und hinteren Druckflansch 14 ist der Treibkäfig 10 im Durchmesser ver­ringert ausgebildet bzw. weist eine zylinderförmige/konus­förmige Querschnittsreduzierung im Anschluß an den Ausrun­dungsradius 34 des Druckflansches 14 auf. Im nicht kaliber­großen Bereich 36 in Längserstreckung des Treibkäfigs 10 wäre aus Gründen der Abschußfestigkeit des Treibkäfigs beim Rohrdurchgang eine weitere bzw. stärkere Querschnitts­flächenreduzierung bis hin zum vorderen Führungsflansch 12 möglich, da für diesen Bereich 36 bei konventioneller Aus­gestaltung nur eine recht geringe Werkstoffauslastung gege­ben ist. Aus Gründen einer ausreichenden Biegesteifigkeit bei der Treibkäfigablösung und damit zur Vermeidung von un­gleichmäßigen und unkontrollierbaren Störeinflüssen auf den Penetrator muß der Treibkäfig 10 in diesem Bereich 36 jedoch eine noch relativ große Querschnittsfläche aufwei­sen. Beschußergebnisse haben gezeigt, daß rotationssymme­trische Treibkäfige, bei denen die Querschnittsfläche im Bereich 36 weiter verkleinert wurde, zu einem unkontrol­liertem Bruch der Treibkäfig-Segmente bei der Ablösung im Bereich 36 hinter dem vorderen Führungsflansch 12 geführt haben.

[0009] 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 Roh­res erfolgt die Treibkäfigablösung, hervorgerufen durch die an der Lufttasche 16 des vorderen Führungsflansches 12 angreifenden Luftströmungskräfte. Je geringer die Treibkä­figmasse und vor allem je geringer das Massenträgheitsmo­ment der Treibkäfig-Segmente um ihre hintere Abrollkante ist, desto schneller erfolgt der Ablösevorgang und desto geringer ist der kinetische Energieverlust des Penetra­tors. 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 An­teil am Massenträgheitsmoment bezogen auf die hintere Ab­rollkante (Schwenkpunkt der Treibkäfig-Segmente).

[0010] Figur 2 zeigt den Vorgang der Treibkäfigablösung bei einem schlanken Wuchtgeschoß nach dem Verlassen der Waffenrohr­mündung. In einem angelegten Koordinatensystem mit Auftra­gung 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 Luftta­sche 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 Figur 2 qualitativ eingezeichneten Biegemomen­tenverlauf zur Folge. Charakteristisch für diesen Verlauf ist der sehr steile Anstieg des Biegemomentes M_b im Be­reich 36 des Treibkäfigs direkt hinter dem vorderen Füh­rungsflansch 12. Deshalb sind dort die Querschnitte der Treibkäfig-Segmente sehr stark bruchgefährdet, wie Beschuß­ergebnisse vielfach bestätigt haben. Zur sicheren Biegemo­mentenübertragung bei der Ablösung benötigt ein Treibkä­fig-Segment in diesem Bereich daher eine Querschnittsflä­che, die ein genügend großes Flächenmoment und Biegewider­standsmoment aufweist.

[0011] In den Figuren 3a, 3b und 3c sind exemplarisch verschieden­artige Querschnitte von Treibkäfig-Segmenten 42, 44, 46 an­geführt. Für jeden dieser Querschnitte sind nachfolgend das entsprechende Flächenmoment I und das Biegewiderstands­moment W_b um die gestrichelt eingezeichnete Schwerpunktach­se 40 angegeben bzw. tabellarisch gegenübergestellt. Der Schwerpunkt ist jeweils mit S bezeichnet. Das Flächen­moment I ist ein Maß für die Biegesteifigkeit des jeweili­gen 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 Zusammen­hang: 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 Bie­gespannungen im Querschnittsbereich oberhalb der Schwer­punktachse 40 in Form von axialen Druckspannungen auf, wäh­rend sich im unteren Querschnittsbereich - in Treibkäfig­längsrichtung betrachtet - axiale Zugspannungen einstel­len. Die maximalen Biegespannungen treten in den Randfa­sern des Querschnittes mit maximalem Abstand zur Schwer­punktachse 40 auf. Die hochgestellten Indizes "o" und "u" beziehen die angegebenen Biegewiderstandsmomente W_b also auf die obere und untere Randfaser des jeweiligen Treibkä­figsegment-Querschnittes. Demzufolge ist das obere Wider­standsmoment W_b^o ein Maß für die maximale axiale Druckspan­nung 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 Segment­grenzen auftritt. Ist das untere Biegewiderstandsmoment zu klein, wird bei der Treibkäfigablösung durch die Biegezug­spannung im Kerbgrund eines Gewindes ein Riß eingeleitet, der zum Bruch des Treibkäfig-Segmentes im Bereich 36 hin­ter dem vorderen Führungsflansch 12 führt. Ist demgegen­über aber das obere Biegewiderstandsmoment zu klein, tritt durch Plastifizierung lediglich eine Umlagerung der Druck­spannungsspitzen in der Schulter des jeweiligen Treibkäfig­segment-Querschnittes auf; es kann dadurch aber kein Bruch erfolgen.

[0012] In den als Anlage beigefügten Berechnungsbeispielen stellt der Querschnitt 1 das rotationssymmetrische Treibkäfig-Seg­ment 42 gemäß Figur 3a, der Querschnitt 2 das verkleinerte rotationssymmetrische Treibkäfig-Segment 44 gemäß Figur 3b, der Querschnitt 3 das erste erfindungsgemäße Treibkä­fig-Segment 46 gemäß Figur 3c, der Querschnitt 4 ein weite­res erfindungsgemäßes Treibkäfig-Segment 47 in Gesamtflä­chendarstellung gemäß Figur 4a und der Querschnitt 5 ein abgeändertes erfindungsgemäßes Treibkäfig-Segment 48 in Ge­samtflächendarstellung gemäß Figur 4b dar. Der Querschnitt 1 in Figur 3a zeigt die Querschnittsfläche eines Treibkä­fig-Segmentes im Bereich 36 des in Figur 1 dargestellten bekannten Treibkäfigs 10 modernster Bauart. Dieser Quer­schnitt 1 besitzt ausreichend große Widerstandsmomente, um das Biegemoment bei der Treibkäfigablösung sicher aufzuneh­men. Um beim Abschuß die während des Rohrdurchgangs auftre­tenden Axialkräfte zur Penetratorbeschleunigung zu übertra­gen, wäre lediglich der kreisringförmige Querschnitt 2 ge­mäß Figur 3b mit einer um ca. 25 % geringeren Fläche erfor­derlich. Eine derart große Flächenreduzierung hätte zwar eine enorme Gewichtseinsparung am Treibkäfig zur Folge, aber die Biegewiderstandsmomente des rotationssymmetri­schen Querschnittes 2 (Figur 3b) sind viel zu klein und führen zum unkontrollierten Bruch der Treibkäfig-Segmente 44 beim Ablösevorgang, wie Beschußergebnisse eindeutig bestätigt haben.

[0013] Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip beruht nun darauf, vorzugsweise im biege- bzw. bruchgefährdeten Bereich 36 eines Treibkäfig-Segmentes 46 neuartige Querschnitte ver­gleichsweise kleinerer Fläche mit ausreichend großem Flächenmoment und Biegewiderstandsmoment zu verwenden.

[0014] Die Querschnitte 3, 4 und 5 in Figur 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 Figur 3a und 3b durch eine kompakte größere Pro­filhöhe und jeweils zwei ebene Umfangsflächen 64, 66 aus. Hierbei durchläuft eine an jeden Punkt des Treibkäfigum­fanges 56 anlegbare Tangente 54 nicht die Treibkäfig-Quer­schnittsfläche 50 (siehe Fig. 6). Alle hier aufgeführten erfindungsgemässen Treibkäfig-Segmente weisen eine um ca. 25 % geringere Querschnittsfläche als der Vergleichsquer­schnitt 1 in Figur 3a auf.

[0015] Erfindungsgemäße Treibkäfige gemäß Figur 5, Figur 6, Figur 7, Figur 9, Figur 10 und 11 wurden im Kaliber 120 mm be­reits gefertigt und mit Erfolg verschossen. Aufgrund der erfindungsgemäßen dreieckförmigen bzw. polygonförmigen Querschnittsgestaltung der Treibkäfig-Segmente ist ein der­artiger Treibkäfig um ca. 100 g bzw. ca. 6 % leichter als ein vergleichbarer moderner Treibkäfig herkömmlicher Bau­art mit rotationssymmetrischem Querschnitt.
Das Treibkäfig-Segment gemäß Figur 3c mit Querschnitt 3 ist gegenüber dem Vergleichsquerschnitt 1 (Figur 3a) bei­spielsweise um 7,4 % biegesteifer und hat sogar im rißge­fährdeten Zugspannungsbereich des Gewindes ein um 5,2 % größeres Biegewiderstandsmoment.
Noch günstiger stellen sich die Verhältnisse bei dem in Querschnitt 4 (Figur 4a) dargestellten Treibkäfigseg­ment-Querschnitt dar. Dieses Profil ist um 65,2 % deutlich biegesteifer als der Vergleichsquerschnitt 1 (Figur 3a). Der ursprünglich rißgefährdete Gewindebereich ist bei die­sem Profil wegen des um 37,7 % größeren unteren Biegewider­standsmomentes völlig unkritisch geworden.

[0016] Fertigungstechnisch zeichnen sich die Treibkäfig-Segmente gemäß Querschnitt 4 (Figur 4a) und Querschnitt 5 (Figur 4b) dadurch aus, daß die äußeren Profilkanten um 30° zur Mittellinie des Querschnittes geneigt sind oder anders aus­gedrückt, in Querschnittsbetrachtung schließen die ebenen Umfangsflächen eines jeden Treibkäfig-Segmentes 47 im Rük­kenbereich 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 Be­reich der erfindungsgemäßen Querschnittsform in nur drei Fräsebenen spanend bearbeitet werden muß sofern zwei be­nachbarte 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 (Figur 3c) wären es sechs Fräsebenen für den Fall, daß zwei be­nachbarte ebene Umfangsflächen von zwei benachbarten Treib­käfig-Segmenten entlang der dazwischenliegenden Segment­trennlinie 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 verwen­det werden.

[0017] Die geometrische Besonderheit des in Figur 4b gezeigten Treibkäfigsegment-Profiles gemäß Querschnitt 5 ist, daß sich die Profilflanken bzw. ebenen Umfangsflächen im Ver­gleich zum Querschnitt 3 und 4 (Figur 3c, Figur 4a) nicht mehr in einem Punkt schneiden. Die Schulter dieses Quer­schnittsprofiles besteht also nicht mehr aus nur einem Punkt, sondern aus einem Kreisbogen 58. Der Vorteil dieser Treibkäfigsegment-Konstruktion gegenüber Querschnitt 4 (Fi­gur 4a) ist vor allem das deutlich verbesserte obere Biege­widerstandsmoment. Es ist hierbei lediglich um 0,8 % klei­ner als das des Vergleichsquerschnittes 1 in Figur 3a.

[0018] Ein weiterer fertigungstechnisch günstiger dreieckförmiger bzw. polygonförmiger Treibkäfig-Querschnitt ist in Figur 8 dargestellt. Hierbei sind anstelle der ebenen Umfangsflä­chen leicht nach außen gewölbte bzw. gekrümmte Umfangsflä­chen 68, 70 vorgesehen während im Rückenbereich zwischen diesen Umfangsflächen ein stark gekrümmter bzw. abgerunde­ter Umfangsbereich 58 angeordnet ist. Der Vorteil dieser gerundeten Ausgestaltungsform liegt in der fertigungstech­nischen Möglichkeit, diesen Treibkäfig als kostengünstiges "Drehteil" auf einer Exzenter-Drehbank herstellen zu kön­nen.

[0019] Wie bereits beschrieben, beruht das erfindungsgemäße Lö­sungsprinzip darauf, insbesondere in dem biegegefährdeten Treibkäfigsegmentbereich hinter dem vorderen Führungs­flansch des Treibkäfigs nichtrotationssymmetrische Quer­schnitte mit kleinerer Fläche jedoch größerem Flächenmo­ment und Biegewiderstandsmoment im Vergleich zu herkömm­lichen rotationssymmetrischen Querschnitten zu verwenden.

[0020] Prinzipiell kann die erfindungsgemäße dreiecksförmige Quer­schnittsflächengestaltung des Treibkäfigs in allen nichtka­libergroßen Bereichen angewendet werden, dies insbesondere bei Treibkäfigen mit großer Längenerstreckung, wie z. B. Treibkäfige für zwei hintereinander angeordnete Tandem-Ge­schosse, wobei der nicht rotationssymmetrische Querschnitt auch im langgestreckten konisch zulaufenden Heckteil hin­ter dem Druckflansch vorgesehen sein kann um auch dort die Biegesteifigkeit zu erhöhen.

[0021] Bei dem in Figur 5 dargestellten erfindungsgemäßen Treibkä­fig ist es jedoch aus Gründen der Abschußfestigkeit beim Rohrdurchgang nicht sinnvoll, die erfindungsgemäßen Steg­profile im gesamten Längenbereich des Treibkäfigs zwischen vorderem Führungsflansch 12 und hinterem Druckflansch 14 anzuordnen. Die Rotationssymmetrie im Bereich des Ausrun­dungsradius 34 vor dem Druckflansch 14 sollte in jedem Fall erhalten bleiben. Für die in Figur 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.

[0022] Die in den Zeichnungen Figur 5, Figur 9, Figur 10 und Fi­gur 11 dargestellten erfindungsgemäße Treibkäfigkonfigura­tionen haben im gesamten nichtrotationssymmetrischen Treib­käfigbereich eine konstante Querschnittsfläche. Da beim Ab­schuß während des Rohrdurchganges mit zunehmendem Abstand vom vorderen Führungsflansch 12 nach hinten die vom Treib­käfig-Segment zu übertragenden Axialkräfte zur Beschleuni­gung und Stützung des Penetrators stetig anwachsen, ist es durchaus sinnvoll, den biegegefährdeten Bereich des Treib­käfigs mit einem erfindungsgemäßen Profil wie in Figur 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 abgerunde­te Zwischenbereich 58 zwischen zwei ebenen Umfangsflächen - sofern er vorgesehen ist - würde sich dementsprechend von vorne nach hinten verbreitern. Die Figuren 9, 10 und 11 zeigen zur Veranschaulichung in perspektivischer bzw. Seitenansicht im Teilschnitt den ge­bauten erfindungsgemäßen Treibkäfig 60 mit der in Fig. 3c (Querschnitt 3) dargestellten Treibkäfigsegment-Quer­schnittsfläche.

[0023] Mit der Erfindung läßt sich also wie geschildert eine erhebliche Massereduzierung (Totlastanteil) eines Treibkäfigs bei gleichzeitiger wesentlicher Erhöhung seiner Biegesteifigkeit erzielen. Eine einfache und kosten­günstige 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.

[0024] In Figur 12 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Treibkäfig 60 dargestellt. Hierbei ist die dreieckförmige Quer­schnittsfläche nicht nur in dem vorderen Längenbereich 36 zwischen dem vorderen Führungsflansch 12 und dem hinteren Druckflansch 14, sondern auch 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 Bie­gesteifigkeitserhöhung ohne zusätzliche Massenerhöhung.

[0025] Bei der in der Figur 13 dargestellten Querschnittsform des Treibkäfigs 60 ist die Krümmung der Außenfläche 70 der polygonförmigen Querschnittsform 72 geringfügig konvex nach außen gewölbt.

[0026] Die Bezugsziffer 80 kennzeichnet die ursprüngliche Kreisum­fangsfläche, wobei 82 die maximale Entfernung a zwischen der gewölbten Außenfläche 70 der Querschnittsform 72 an­gibt, und 74 den maximalen Abstand b der gewölbten Außen­fläche 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.

[0027] Figur 14 zeigt den Querschnitt des in Figur 12 dargestell­ten Treibkäfigs 60. Während die in der Figur 13 dargestell­te erfindungsgemäße Querschnittsform den Bereich im Heck­teil 24 hinter dem Druckflansch 14 charakterisiert, zeigt Figur 14 den Querschnitt im mittleren Rückenbereich 36 zwischen dem vorderen Führungsflansch 12 und dem hinteren Druckflansch 14.

[0028] Diese beiden Ausführungsbeispiele sind darüber hinaus auch gegeneinander austauschbar. Der Querschnitt, wie in der Fi­gur 13 dargestellt, kann somit auch auf den mittleren Rückenbereich 36 des Treibkäfigs 60 aufgebracht werden, und der in der Figur 14 dargestellte Querschnitt kann dem­entsprechend auch auf dem Heckteil 24 hinter dem Druck­flansch 14 angeordnet sein. Des weiteren ist die Möglich­keit gegeben, daß beide in den Figuren 13 und 14 darge­stellten Querschnittsformen 72, 72′ ineinander übergehen.

[0029] Die Bezugsziffer 72′ kennzeichnet die polygonförmige Quer­schnittsform, die hier dahingehend modifiziert ist, daß die benachbarten leicht gekrümmten Außenflächen 70 nicht direkt aneinandergrenzen, sondern jeweils durch ein schma­les Stück der kreisbogenförmigen Außenfläche 58 voneinan­der getrennt sind. Der Mittelpunkt dieser kreisbogenförmi­gen 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 Figur 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 be­reits in der Figur 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 Dar­stellung die Eckpunkte 78′. Gegenüber der Figur 13, in der drei Eckpunkte 78 vorliegen, erhält man bei diesem Quer­schnitt 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 Eckpunk­te 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 mög­lichst geringe Krümmung wird auch hier - wie in Figur 13 - geometrisch dadurch bestimmt, daß b ≦ a ist.

[0030] Die Figur 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 Verfah­ren auf einen Teilbereich der Längenerstreckung eines vier­geteilten Treibkäfigs 88 aufbringen.
Die vier Außenflächen 70′ dieser quadratischen Quer­schnittsform sind leicht konvex nach außen gewölbt. Wie anhand der Figuren 13 und 14 beschrieben, ist auch hier die Wölbung der gekrümmten Außenflächen 70′ möglichst ge­ring und wiederum geometrisch dadurch bestimmt, daß der maximale Abstand b zwischen der die Eckpunkte 78˝ verbin­denden Gerade 76 zu der gekrümmten Außenfläche 70 kleiner gleich ist dem maximalen Abstand a der gekrümmten Außenflä­che 70′ zur ursprünglichen Kreisumfangsfläche 80. Die vier Segment-Trennflächen der Treibkäfig-Segmente 90 sind so angeordnet, daß der radiale Abstand von der zentra­len Längsachse A bis zur gekrümmten Außenfläche 70′ an den Segment-Trennflächen am kleinsten ist.

[0031] Die Figur 16 modifiziert die Figur 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 kreisbo­genförmigen 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 Ausführungs­form weist eine sehr geringe Krümmung der Außenfläche 70′ auf.

[0032] Die in den Figuren 15 und 16 dargestellten Querschnitte sind ineinander überführbar. Der Abstand b in Figur 15 wird durch die verwendete Drehmaschine vorgegeben. Die Krümmung der Außenflächen 70′ kann durch die Exzentrizität der Drehmaschine variiert werden.

Definitionen:

[0033] 

Querschnitt 1
(Fig. 3a)
A₁ = 616 mm²
I₁ = 13 500 mm⁴
W^o_b,1 = 1 352 mm³
W^u_b,1 = 1 227 mm³

Querschnitt 2
(Fig. 3b)
A₂ = 462 mm²; f₂ = - 25,0 %
I₂ = 7 600 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 = 1 291 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 = 1 170 mm³; q^o₄ = - 13,5 %
W^u_b,4 = 1 689 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 = 1 341 mm³; q^o₅ = - 0,8 %
W^u_b,5 = 1 473 mm³; q^u₅ = + 20,0 %

Bezugszeichen-Liste

[0034] 

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

F_l 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

Ansprüche

1. Segmentierter abwerfbarer Treibkäfig (10), insbeson­dere von großer Längenerstreckung, für ein unterkali­briges Wuchtgeschoß (30) mit großem Schlankheitsgrad, aus wenigstens zwei Treibkäfig-Segmenten (26, 28) mit benachbarten planparallelen Segmenttrennflächen (32, 33) und mit wenigstens einem kalibergroßen gasabdich­tenden Druckflanschteil (14) wobei in nichtkaliber­großen Bereichen (36) des Treibkäfigs (10) bestimmte Maßnahmen zur Erhöhung der Biegesteifigkeit vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt (50) des Treibkäfigs (60) wenig­stens in einem Teilbereich seiner Längenerstreckung eine im wesentlichen dreieckartige Querschnittsform aufweist, bei der eine an jeden Punkt des Treibkäfigum­fanges (56) anlegbare Tangente (54) nicht die Treib­käfig-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 (Ri) 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. Querschnitts­flächenumverteilung aus den Umfangsbereichen der äus­seren Segmenttrennflächen (61, 62, 63) eines Treibkä­fig-Segmentes(46) mit gleichgroßer Kreisquerschnitts­fläche in Richtung auf den mittleren Umfangsbereich (Treibkäfigsegmentrücken) eine Erhöhung der Biege­steifigkeit 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 polygonarti­ger oder nahezu dreieckartiger Querschnittsform um einen Faktor von wenigstens 1,3 größer ist als die Bie­gesteifigkeit des theoretischen Treibkäfigs mit gleich­großer 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 benach­barten Treibkäfig-Segmenten entlang der Segmenttrenn­linie (32) in Umfangsrichtung unter einem Winkel von kleiner 30° ineinander übergehen bzw. aneinandergren­zen. (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. 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 Rücken­bereich 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 je­den 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 Um­fangsflächen (68, 70) ein stark gekrümmter bzw. abge­rundeter 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 be­grenzten Längenerstreckungsbereich (36) des Treibkä­figs (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 rest­liche kaliberdurchmesserverkleinerte Bereich vor dem Druckflansch (14) rotationssymmetrisch ausgebildet ist. (Fig. 5)

11. Treibkäfig nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Längenerstreckungsbereich (36) mit der dreiecksför­migen Querschnittsfläche kleiner als 80 %, vorzugswei­se etwa 60 %, des Abstandes zwischen vorderem Führungs­flansch (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-Segmen­tes (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 Quer­schnittsform des Treibkäfigs leicht konvex nach außen gewölbt ausgebildet sind, wodurch sich eine polygonför­mige 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 klei­ner gleich a (b ≦ a) genügt, mit b gleich dem maxima­len Abstand (74) der gewölbten Außenfläche (70) von einer Geraden (76) zwischen den beiden äußeren Eckpunk­ten (78) der gewölbten Außenfläche (70) und a gleich dem maximalen Abstand (82) zwischen der gewölbten Aus­senfläche (70) und der ursprünglichen Kreisumfangsflä­che (80).

15. Treibkäfig nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Treibkäfig-Segment (42, 44, 46) in Querschnitts­betrachtung 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 wenig­stens zwei Treibkäfig-Segmenten mit benachbarten plan­parallelen 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 we­sentlichen quadratische Querschnittsform (88) aufweist.

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

19. Treibkäfig nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Treibkäfig-Segment (90) in Querschnittsbetrach­tung 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 Ge­samtquerschnittsfläche des Treibkäfigs (88) seinen Ursprung hat.

Zeichnung