DE4022542A1 - Spruehvorrichtung zum kuehlen der maximalen ladungsraumtemperatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei einer derartigen, aus der Druckschrift DE-G 66 06 396.5 bekannten Kühlvorrichtung, wird Kühlwasser durch eine an die Außenseite des verschlußseitigen Waffenrohrendes an­ drückbare Düse in den Ladungsraum gefördert. Die Düsenboh­ rung ist zentral und achsparallel angeordnet, sowie zum La­ dungsraum hin am Öffnungsrand gerundet ausgeführt. Dadurch wird der Ladungsraum im wesentlichen zunächst nur in unmit­ telbarer Nähe der Düse gekühlt. Untersuchungen haben je­ doch ergeben, daß die maximale Ladungsraumtemperatur in der vorderen Ladungsraumhälfte maßgeblich kurz vor dem Übergangskegel zur kalibergleichen Waffenbohrung liegt. Nach einem längeren Dauerfeuer ist es zur Vermeidung eines COOK-OFF-EFFEKTES notwendig, den Ladungsraum vornehmlich an dieser heißesten Zone schnell und wirkungsvoll zu küh­ len. Mit der bekannten Kühlvorrichtung kann jedoch der La­ dungsraum in diesem vorderen Bereich, der bei großkalibri­ gen Rohrwaffen von dem hinteren Rohrende beispielsweise 600 mm bis 1200 mm entfernt angeordnet ist, und insbesonde­ re bei beispielsweise 900 mm ein Temperaturmaximum auf­ weist, nicht wirkungsvoll und schnell gekühlt werden.

Eine schnelle Kühlung des Ladungsraumes ist insbesondere auch dann erforderlich, wenn Auflagen bestehen, die Schuß­ leistung zu erhöhen und die Feuerpausen weiter zu verkür­ zen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Kühl­ vorrichtung derartig zu verbessern, daß der Ladungsraum im maximalen Temperaturbereich schnell und wirkungsvoll zur Erzielung einer hohen Schußleistung und eines sicheren Schußbetriebes abgekühlt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.

Die Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise einen durch den Schußbetrieb zu stark erhitzten Ladungsraum ge­ zielt innenseitig an seiner heißesten Stelle wirkungsvoll zu kühlen. Zur Kühlung dient eine mit Abstand zum ver­ schlußseitigen Waffenrohrende in den Ladungsraum eingeführ­ te Zerstäubungsdüse, mit der der heißeste Ladungsraumbe­ reich, nämlich die Innenfläche der vorderen Ladungsraum­ hälfte, nebelartig besprüht werden kann. Durch den Auf­ sprühvorgang setzt sofort ein Verdampfungsprozeß ein, bei dem entsprechend der benötigten Verdampfungsenergie dem Ladungsraum gleichzeitig Wärmeenergie entzogen wird. Gleichzeitig zum Verdampfungsvorgang des nebelartig auf­ gespritzten Wassers setzt dadurch die Kühlung des Ladungs­ raumes in seinem heißesten Bereich durch einen schnellen Abtransport der vom Ladungsraummantel abgegebenen Wärmee­ nergie ein. Durch die Erfindung können die Vorteile sehr großer, bei der Umsetzung der Verdampfungswärme sich erge­ bender Wärmeübergangskoeffizienten für eine schnelle und effektive Kühlung genutzt werden, so daß die zur Kühlung benutzte Zeit gegenüber einer reinen Wasserkühlung ohne Vernebelung erheblich verkürzt werden kann.

Durch die Zerstäubung werden nur geringe Wassereinspritz­ mengen benötigt, die in Behältern gelagert und über einen Pumpenantrieb kurzfristig der Kühlvorrichtung zugeführt und in den Ladungsraum transportiert werden können. Zer­ stäubungsdüsen, lassen das Wasser fein zerstäubt nebelar­ tig austreten und lenken es radial auf den heißesten La­ dungsraumbereich.

Die Kühlvorrichtung kann in einfacher Weise bei geöffnetem Verschlußkeil in den Ladungsraum eingeführt und beispiels­ weise am Bodenring des Waffenrohres befestigt werden. Die Wasserzufuhr zur heißesten Stelle des Ladungsraumes er­ folgt über ein in den Ladungsraum, beispielsweise leicht manuell einsteckbares Verbindungsrohr, das nach dem Kühl­ vorgang raumsparend teleskopartig ineinandergeschoben wer­ den kann.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des rückwärtigen Endes eines großkalibrigen Waffenrohres mit einer an der heißesten Stelle des Ladungsraumes angeordneten Einspritzdüse,

Fig. 2 und Fig. 3 den Ladungsraum im Längsschnitt und verschiedene im Ladungsraum angeordnete Ausführungsformen der Einspritzdüse,

Fig. 4 einen in der Fig. 2 mit IV-IV gekennzeichneten Schnittverlauf,

Fig. 5 einen in der Fig. 3 mit IV-IV gekennzeichneten Schnittverlauf,

Fig. 6 ein Diagramm des bei einem Schuß im Ladungsraum auftretenden Wärmeflusses,

Fig. 7 einen Antrieb zum Einspritzen des Wassers in den Ladungsraum in einer schematischen Darstellung.

Die Fig. 1 bis 3 verdeutlichen das rückwärtige Ende eines großkalibrigen, beispielsweise zu einer Haubitze gehören­ den Waffenrohres 16, das zur Aufnahme eines Bodenstückes 46 mit einem Gewinde 48 versehen ist. Das Bodenstück 46 ist in der Fig. 1 dargestellt und enthält einen quer zum Waffenrohr 16 bewegbaren Verschlußkeil 50, durch den der Ladungsraum 14 des Waffenrohres 16 für den Ladevorgang ei­ nes Geschosses 44 und einer nicht dargestellten Treibla­ dung geöffnet und für die Schußabgabe geschlossen werden kann. Der Verschlußkeil 50 wird in bekannter Weise durch eine antreibbare Öffnerwelle 52 und einen mit dieser ver­ bundenen Öffnerhebel 54 bewegt. Die Geschoß- und Treibla­ dungszufuhr erfolgt in geöffneter Verschlußkeilstellung (nicht dargestellt) durch eine heckseitig am Bodenstück 46 vorhandene Lademulde 58. An dem Verschlußkeil 50 ist rück­ seitig ein Treibladungsanzünderautomat 56 verschiebbar an­ geordnet, der beispielsweise aus der DE-PS 23 62 131 als bekannt zu entnehmen ist und für die Anzündung der im La­ dungsraum 14 befindlichen Treibladung ebenfalls bekannte Treibladungsanzünder bevorratet.

Beschußversuche haben gezeigt, daß nach dem Abfeuern von beispielsweise 60 Schuß in 20 Minuten die Temperatur im Ladungsraum annähernd 200°C betragen kann wodurch ein Wert erreicht wird, der bereits über der kritischen COOK-OFF- TEMPERATUR von Treibladungspulver liegt. Bei einer Forde­ rung nach noch höheren Schußfolgen, beispielsweise 60 Schuß in 10 Minuten, wird ferner der Ladungsraum 14 ohne Spezialkühlung thermisch hoch belastet.

Die Fig. 6 verdeutlicht, daß der besonders temperaturbe­ lastete Bereich des Ladungsraumes 14 eines großkalibrigen Waffenrohres in einem Abstand a von 900 mm bis 1000 mm vom verschlußseitigen Ende entfernt liegt. Im Diagramm der Fig. 6 ist die im wesentlichen radial nach außen weiterge­ leitete Wärmeenergie 82 über der gesamten Waffenrohrlänge 84 dargestellt. Die maximal temperaturbelastete Ladungs­ raumzone liegt bei einem Ladungsraum mit einer Länge L von beispielsweise 1200 mm unmittelbar vor dem Übergangskegel zur kalibergroßen Bohrung des Waffenrohres 16 in einem Ab­ stand a von beispielsweise 900 mm. Aus dem Kurvenverlauf der Fig. 6 wird auch ersichtlich, daß in einem Abstandsbe­ reich von 600 bis 1200 mm noch erhebliche thermische Bela­ stungen im Ladungsraum 14 auftreten. Es sind deshalb in diesem vorderen Ladungsbereich b spezielle Maßnahmen zur Kühlung dieses hochtemperaturbelasteten Ladungsraumberei­ ches erforderlich. Diese Maßnahmen müssen insbesondere dann schnell wirksam sein, wenn die Feuerpausen weiter verkürzt werden und in diesen kleiner werdenden Zeitinter­ vallen der Ladungsraum gekühlt werden soll.

Für diese Kühlung enthalten die in den Fig. 1 bis 3 darge­ stellten erfindungsgemäßen Kühlvorrichtungen 10, 11, eine Düse 18, 20, 22, die in dem Abstand a zum verschlußseiti­ gen Waffenrohrende 24 innerhalb des Ladungsraumes 14 ange­ ordnet ist und Öffnungen 19, 23, 40 für eine nebelartige Besprühung der die Düse 18, 20, 22 umgebenden Rohrinnenflä­ che 26 des Ladungsraumes 14 enthält. Der Abstand a der Düse 18, 20, 22 liegt - ausgehend vom verschlußseitigen Waffenrohrende 24 - in der vorderen Ladungsraumhälfte, so daß ein thermisch hoch belasteter Bereich b bis zu 50% der Ladungsraumlänge L gekühlt werden kann.

Die Kühlvorrichtung 10 (Fig. 1) besteht maßgeblich aus ei­ nem Verbindungsrohr 30 und der Düse 18. Sie weist zu ihrer Fixierung scheibenartige Führungen 66, 67 auf, die inner­ halb des Ladungsraumes 14 und innerhalb eines am Ladungs­ raumende gelagerten Bodenringes 28 abgestützt werden. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Kühlvorrichtungen 11 ent­ halten jeweils ein Gehäuse 62, das außenseitig in dem Bodenring 28 gehalten wird und ein zentrales Verbindungs­ rohr 30, 32 zur Weiterleitung des über eine Anschlußlei­ tung 60 ankommenden Kühlmediums 12 an die im Ladungsraum 14 befindliche Düse 18, 20, 22 enthält.

Die Kühlvorrichtungen 10, 11 werden in den Feuerpausen manuell in den Ladungsraum 14 geschoben, wozu das Gehäuse 62 mit einem Griff 64 versehen ist.

Die in der Fig. 1 dargestellte Düse 18 enthält Bohrungen 19, die schräg in einem zylindrischen Verteilerkopf 34 unter einem Winkel α zum Verteilerrohr 30 angeordnet sind und einen gemeinsamen Schnittpunkt 31 aufweisen. Durch Veränderung des Neigungswinkels α kann die Sprühbereichs­ länge variiert werden.

Die in den Fig. 2 und 4 dargestellte Düse 20 enthält eine das Verteilerrohr 30 koaxial umschließende Verteilerkammer 36, dessen Außenmantel 38 für eine feine Vernebelung des Kühlmediums 12 eine Vielzahl gleichmäßig auf dem Umfang verteilt angeordneter, in radiale Richtung 78, ggf. auch in seitliche Richtung 70 weisender Düsenöffnungen 40 ent­ hält. Die Verteilerkammer 36 kann über Verbindungsleitun­ gen 80 mit dem zentralen Verbindungsrohr 30 verbunden sein.

Nach einer weiteren, in den Fig. 3 und 5 dargestellten Aus­ führungsvariante, ist als Düse 22 am Ende des Verbindungs­ rohres 30, 32 ein Segnersches Wasserrad angeordnet. Dieses Wasserrad 22 dreht sich durch den in Umfangsrichtung 74 ge­ richteten Strömungsimpuls des aus den Düsen 23 ausströmen­ den Kühlmediums 12 in entgegengesetzte Drehrichtung 72 um seine Achse 76 und erzeugt dadurch ebenfalls einen nebelar­ tigen Sprüheffekt. Die Fig. 3 verdeutlicht auch, daß das Verbindungsrohr 32 teleskopartig, beispielsweise durch das einströmende Medium, in den Ladungsraum 14 ausfahrbar ist.

Die Erfindung gestattet auch die Anordnung beispielsweise einer weiteren Leitung 68 (Fig. 1), über die zur Erhöhung des Kühleffektes eine gleichmäßige Zuführung von Kühlluft in den Ladungsraum 14 möglich ist.

Das vorzugsweise aus Wasser bestehende Kühlmedium 12 wird, wie es die Fig. 7 zeigt, aus einem Tank 92 über einen Fil­ ter 90 durch eine von einem Motor 86 angetriebene Pumpe 88 unter Erzeugung des erforderlichen Einspritzdruckes der Kühlvorrichtung 10, 11 zugeführt. Um den Ladungsraum 14 eines großkalibrigen Waffenrohres von beispielsweise 155 mm Kaliberdurchmesser innenseitig an seiner heißesten Stel­ le von beispielsweise 180°C auf 20°C abzukühlen, ist eine vergleichsweise geringe Wassermenge von nur annähernd 20 Litern erforderlich. Der Pumpmechanismus und die Kühlvor­ richtung 10, 11 sind - wie vorbeschrieben - einfach aufge­ baut und erfordern keine Änderung am Waffenrohrsystem, wie es bei einer Einspritzung durch die Rohrwandung des Ladungsraumes hindurch erforderlich wäre.

Bezugszeichenliste

10 Kühlvorrichtung
11 Kühlvorrichtung
12 Kühlmedium
14 Ladungsraum
16 Waffenrohr
18 Düse
19 Bohrung
20 Düse
22 Düse
23 Öffnung
24 Waffenrohrende
26 Innenfläche
28 Bodenring
30 Verbindungsrohr
31 Schnittpunkt
32 Verbindungsrohr
34 Verteilerkopf
36 Verteilerkammer
38 Außenmantel
40 Öffnung
42 Kegel
44 Geschoß
46 Bodenstück
48 Gewinde
50 Verschlußkeil
52 Öffnerwelle
54 Öffnerhebel
56 Treibladungsanzünderautomat
58 Lademulde
60 Anschlußleitung
62 Gehäuse
64 Griff
66 Führung
67 Führung
68 Luftzuführleitung
70 Richtung
72 Richtung
74 Richtung
76 Achse
78 Richtung
80 Verbindungsleitung
82 Wärmefluß
84 Rohrlänge
86 Motor
88 Pumpe
90 Filter
92 Tank
a Abstand
b Bereich
L Länge

Claims (7)

1. Kühlvorrichtung, die zur verschlußseitigen Zuführung eines Kühlmediums (12) in dem Ladungsraum (14) eines Waffenrohres (16) eine Düse (18, 20, 22) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (18, 20, 22) mit Abstand a zum verschlußseitigen Waffenrohrende (24) innerhalb des Ladungsraumes (14) angeordnet ist und Öffnungen (19, 23, 40) für eine nebelartige Besprühung der die Düse (18, 20, 22) umge­ benden Rohrinnenfläche (26) des Ladungsraumes (14) enthält.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstand a der Düse (18, 20, 22), ausgehend vom verschlußseitigen Waffen­ rohrende (24), in der vorderen Ladungsraumhälfte liegt.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (10, 11, 12) außenseitig von einem am Waffenrohrende (24) vorhandenen Bodenring (28) gehalten wird und ein zentrales Verbindungsrohr (30, 32) zur Weiterleitung des Kühlmediums (12) an die im Ladungsraum (14) befind­ liche Düse (18, 20, 22) enthält.

4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Düse (18) Bohrungen (19) enthält, die schräg in einem zylin­ drischen Verteilerkopf (34) unter einem Winkel α zum Verteilerrohr 30 angeordnet sind und einen gemeinsamen zentralen Schnittpunkt 31 aufweisen.

5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Düse (20) eine das Verteilerrohr (30) koaxial umschließende Verteilerkammer (36) enthält, dessen Außenmantel (38) eine Vielzahl gleichmäßig auf dem Umfang verteilt ange­ ordneter, radial gerichteter Düsenöffnungen (40) ent­ hält.

6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß als Düse (22) am Ende des Verbindungsrohres (30, 32) ein Segner­ sches Wasserrad angeordnet ist.

7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ver­ bindungsrohr (32) teleskopartig in den Ladungsraum (14) ausfahrbar ist.