DE3121506A1

DE3121506A1 - Hydraulischer stellantrieb und verfahren zum herstellen eines beschuss vertragenden hydraulischen stellantriebs

Info

Publication number: DE3121506A1
Application number: DE19813121506
Authority: DE
Inventors: William George 06484 Huntington Conn. Degnan; Robert Alexander 06611 Trumbull Conn. Selleck
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-12-16
Also published as: US4300439A; GB2098303B; CA1158527A; FR2506863B1; FR2506863A1; GB2098303A; CH659112A5

Description

patentanwälte "-Menges & Prahl-

I- rhardtslrasse 12. D-8000 München b

Dipl.-Ing Rolf Menges l'alenlariwalle Menyes & Prahl, Erhardlslr 12. D-8000 München 5 Qjp| .Q_nem p_r Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

IhrZeichen/Yourref. UnserZeichen/Ourref. U 742 . Datum/Dale 27.05.81

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Hydraulischer Stellantrieb und Verfahren zum Herstellen eines Beschüß vertragenden hydraulischen Stellantriebs

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und betrifft insbesondere einen hydraulischen Stellantrieb, der die Steuerfunktion durch ausgewähltes Positionieren eines Kolbens oder eines anderen beweglichen Teils innerhalb eines Zylinders erfüllt, wobei sich das freie Ende der Kolbenstange durch die Zylinderwand erstreckt, um die Steuerbewegung zu erzeugen. Solche Steuervorrichtungen werden herkömmlicherweise in Flugzeugen und anderen Fahrzeugen benutzt, in denen ein Blockieren des Kolbens innerhalb des Zylinders eine Funktionsstörung der Steuerung erzeugen würde. Eine mögliche Ursache für das Blockieren des Kolbens innerhalb des Zylinders ist das Auftreffen eines fliegenden Geschosses auf den Zylinder, wobei die durch ein Geschoß beim Auftreffen und/oder Hindurchgehen durch den Steuerzylinder verur-

sachte Beschädigung Zylindermaterial so verlagert, daß die Kolbenbewegung behindert oder der Kolben blockiert wird.

Auf dem Gebiet der Flugzeugsteuerung sind in der Vergangenheit Versuche unternommen worden, die Verletzbarkeit einer Plugzeugsteuerung durch Geschosse zu verringern oder zu eliminieren, indem der Zylinder und/oder der Kolben.in gepanzerter Ausführung unter Verwendung herkömmlicher Panzerungstechniken hergestellt worden sind. Eine solche Panzerkonstruktion ist aus der US-PS 3 566 741 bekannt, die eine rohrförmige Panzerplatte beschreibt, welche aus-einem aufprallsicheren äußeren Panzermantel und aus einem etwas weicheren inneren Panzermantel besteht. Solche Konstruktionen haben sich als unzulässig schwer und groß erwiesen und eignen sich deshalb nicht zur Verwendung in Plugzeugen. Weiter haben sie nicht die erwünschte Schußfestigkeit erbracht.

Der Stand der Technik ist, wenn auch nicht notwendigerweise auf dem Gebiet der Flugzeugsteuerung, voll von Patentschrif- ■ ten, die Panzerungen zum Gegenstand haben, d.h. Vorrichtungen, die das Geschoß daran hindern, durch sie hindurchzugehen. Einige Beispiele für diesen Stand der Technik sind die US-PSen 3 977 294, 3 962 976, 4 061 815, 4 048 365, 3 924 083, 3 324 768, 3 813 281, 3 826 172, 3 930 452 und 2 391 535.

Gemäß der US-PS 3 577 306 werden Polymerlaminate benutzt, um das Auftreten von Austrittskraterzacken zu verhindern, was im Gegensatz zu der im folgenden beschriebenen Erfindung steht, welche sich damit befaßt, Raum für die Kraterzakken (die auch als Petalen bezeichnet werden) auf der Geschoßaustrittsseite zu schaffen, damit die Kraterzacken eindringen können, ohne den Kolben zu blockieren.

Die US-PS 3 884 127 beschreibt eine Steuerung, bei der sowohl der Kolben als auch die Zylinderstopfbüchse, durch die sich die Kolbenstange erstreckt, so aufgebaut sind, daß sie abscherbar sind, um ein Blockieren oder Verklemmen des Kolbens oder der Kolbenstange zu verhindern. Der aus dieser US-Patentschrift bekannte Gegenstand hat jedoch den Nachteil, daß solche Flugzeugsteuerungen getestet werden müssen, um festzustellen, ob ihr Festigkeitsverband so ist, daß sie ohne Bruch oder dauerhafte Verformung das 2,5-fache des normalen Betriebsdruckes, durch den der Kolben in dem Zylinder hin- und herbewegt wird, aushalten können. Dieses Testerfordernis verlangt, daß die Fläche des Kolbens wenigstens das 2,5-fache der Fläche der Zylinderstopfbüchse ist, damit dieser Festigkeitsverband gegeben ist, wobei aber trotzdem eine Zylinderstopfbüchse vorliegen muß, die unter normalen Betriebsbedingungen nicht abscherbar ist. Dieses Erfordernis, daß die Kolbenfläche wenigstens das 2,5-fache der Stopfbüchsenfläche ist, führt zu einer Steuervorrichtung mit größerer Umhüllung und mit größerem Gewicht als sonst notwendig. Dieses Umhüllungs- und Gewichtsproblem kommt noch zu der Tatsache hinzu, daß größere Hydraulikkammern, die durch einen solchen Kolben gebildet werden, die Verwendung von mehr Hydrauliköl erfordern, was von dem Erfordernis begleitet ist, ein größeres Hydraulikölzufuhr- und -abgabesystern vorzusehen. Darüber hinaus erzeugt so ein großer Kolben Betriebskräfte, die größer als normal sind und durch den übrigen Teil des Steuersystems aufgenommen werden müssen, weshalb das übrige Steuersystem entsprechend verstärkt werden muß, wodurch das Gewichtsproblem weiter vergrößert wird. Die US-PS 4 122 759 gleicht in der Offenbarung der o.g. US-PS 3 884 127.

Die US-PS 4 211 151 beschreibt ein Konzept zum Umhüllen der Kolbenstange oder zum Auskleiden der Zylinderbohrung einer hydraulischen Zylinder/Kolben-Vorrichtung in einem Steuer-

system, mit einer Büchse aus einem Material, das entweder zerbrechlich oder verformbar ist, so daß ein Geschoßaufprall seine Zerteilung oder Verformung bewirkt und sich andere verformte Materialien in den Raum hineinbewegen können, der durch die zerteilte Hülse zurückgelassen wird, oder andere bewegte Teile das durch Geschoßaufprall verlagerte Material weiter verlagern können, damit sich der Kolben nach der Beschädigung durch einen Geschoßaufprall weiterhin innerhalb der Büchse bewegen kann. Die hier beschriebene Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber dieser US-PS 4 211 151 dar, denn sie schafft ein Hybridgehäuse für den Hydraulikzylinder, das eine äußere und eine innere Wand aufweist, zwischen denen eine zentrale Büchse angeordnet ist, wobei die Wände und die Büchse jeweils aus einem ausgewählten Material bestehen und eine ausgewählte Abmessung haben, um die Funktion der Blockiersicherheit vorhersagbar und wiederholbar zu erfüllen, ohne daß mehr als ein Minimum an Gewicht und Raum benutzt zu werden braucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Beschüß vertragenden hydraulischen Stellantrieb für ein Steuersystem zu schaffen, in welchem ein hydraulisch betätigter Kolben oder ein anderes bewegliches Teil innerhalb eines Hydraulikzylinders benutzt wird.-

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe kann die Zylinder/Kolben-Anordnung die erforderlichen Testbelastungen aushalten, und der Zylinder hat ein Hybridgehäuse, das ein tragendes äußeres Wandteil aufweist, welches in der Lage ist, die auf es durch die Stellantriebsfunktion ausgeübten Kräfte auszuhalten, ein zentrales Büchsenteil, das satt anliegend darin angeordnet ist und ausgewählte Eigenschaften sowie eines ausgewählte Abmessung hat, und ein

inneres Wandteil, das satt anliegend innerhalb des zentralen Wandteils angeordnet ist, wobei alle Teile miteinander verbunden sind, um ein einstückiges Hybridgehäuse zu erzeugen.

Es ist eine sehr wichtige Lehre der Erfindung, daß die Wanddicke der zentralen Büchse wenigstens gleich der Dicke der maximalen Tiefe der Kraterzacken der äußeren Wand ist, die bei t/D = 1/3 auftritt, wobei t die Dicke des äußeren Wandteils und D der Durchmesser des drohenden Geschosses ist, das unter.allen zu erwartenden drohenden Geschossen und Geschoßgeschwindigkeiten der Erfüllung dieser Gleichung am nächsten kommt.

Die Erfindung schafft weiter einen Stellantrieb, bei dem die Dicke des äußeren Wandteils durch die Dauerfestigkeit oder durch andere Festigkeitserfordernisse des Stellantriebssystems diktiert wird und bei dem die äußere Wand aus einem Material besteht, dessen Bruchzähigkeit ausreichend niedrig ist, so daß die Kraterzacken der äußeren Wand eine ausreichende Tiefe haben und trotzdem die Bruchzähigkeit ausreichend groß ist, um die Systemfestigkeits-, -inspektions- und -dauerfestigkeitserfordernisse zu erfüllen, und bei dem außerdem die BruchZähigkeit und die Dauerfestigkeit oder andere Festigkeitseigenschaften sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung soweit wie möglich gleich sind, damit eine in bezug auf die Richtung gleichmäßige Kraterzackenbildung erzielt wird, und bei dem schließlich die spezifische Zugfestigkeit und das Schallimpedanzverhältnis bei der zentralen Büchse so sind, daß die Beanspruchungsoder Spannungswellen, die in der äußeren Wand durch den Geschoßaufprall und das Eindringen des Geschosses erzeugt werden,, auf die zentrale Büchse mit ausreichender Stärke ausgeübt werden, um die zentrale Büchse an der Stelle des Geschoßaufpralls zu zerteilen, so daß die zentrale Büchse ort-

lieh weggeräumt wird, um eine Kraterzackenbildung der äußeren Wand in den so freigemachten Raum in der zentralen Büchse hinein zu gestatten, aber nicht so, daß die zentrale Büchse so weit zerstört wird, daß es zu einer Blockierung des Stellantriebs aufgrund irgendeiner Schrägstellung oder Hemmung des Kolbens kommt.

Bei dem Stellantrieb nach der Erfindung ist die äußere Wand des Hybridgehäuses das hauptsächliche tragende Teil.

Bei dem Stellantrieb nach der Erfindung besteht die zentrale Büchse des Hybridzylindergehäuses entweder aus Laminaten, Teilchen oder Lamellen aus ausgewähltem Material, so daß die zentrale Büchse eine geringe Zugfestigkeit gegenüber den Spannungswellen hat, die sich von der äußeren Wand aus radial nach innen bewegen, und daß die zentrale Büchse eine hohe Druckbelastbarkeit gegenüber radial nach außen gerichteten Kräften hat, die auf sie durch das Hydrauliköl ausgeübt werden.

Die Erfindung schafft ferner ein Hybridgehäuse, in welchem eine Reihe von durch Geschoßeinwirkung hervorgerufenen Anfangsdruckspannungswellen von der äußeren Wand aus radial nach innen durch das Material der zentralen Büchse gehen, so daß ein Teil jeder Anfangswelle an der Grenzfläche zwischen der zentralen Büchse und der inneren Wand reflektiert wird, um sich radial nach außen als eine Drückspannungswelle durch das Material der zentralen Büchse hindurch weiterzubewegen, während der übrige Teil jeder Anfangswelle durch die innere Wand hindurchgeht, um an der innenwandfreien Oberfläche reflektiert zu werden und radial nach außen durch die innere Wand und die zentrale Büchse als eine Zugspannungswelle hindurchzugehen, so daß die Druck- und die Zugspannungswellen gemeinsam das Material der zentralen Büchse und das Material

der inneren Wand in der Geschoßfluglinie wegräumen.

Bei dem Hybridgehäuse des Stellantriebes nach der Erfindung werden durch einen Geschoßaufprall auf die äußere Wand oder durch das Eindringen eines Geschosses in die äußere Wand vier Kräfte erzeugt, die gemeinsam die zentrale Büchse und die inneren Wandteile in der Geschoßfluglinie zerteilen, und zwar werden sich radial nach innen bewegende Druckspannungswellen in dem äußeren Gehäuse erzeugt, sich radial nach aussen bewegende Druckspannungswellen werden an der Grenzfläche zwischen der zentralen Büchse und der inneren Wand reflektiert, sich radial nach außen bewegende Zugspannungswellen werden an der innenwandfreien inneren Oberfläche reflektiert, und es werden hydraulisch Druckspannungen hervorgerufen.

Bei dem Hybridgehäuse des Stellantriebes nach der Erfindung erfüllt die innere Wand die Funktion, dem Kolben eine verschleißfeste Oberfläche darzubieten, der sich auf ihr bewegt, und außerdem als ein chemischer Isolator für die zentrale Büchse zu dienen.

Die Innenwand des Hybridgehäuses hat eine geringe Bruchzähigkeit, so daß sie durch einen Geschoßaufprall auf die zentrale Büchse leicht weggeräumt werden kann.

Die Innenwand des Hybridyehäuses besteht erfindungsgemäß aus einem Material, das ausreichend spröde und ausreichend isotrop ist, so daß darin ein gleichmäßiges Muster von geradflankigen kleinen Kraterzacken, die von dem Zerstörungsbereich der zentralen Büchse weggerichtet sind, gebildet wird.

Die Innenwand des Gehäuses hat erfindungsgemäß eine geringe Uestspannung, wodurch jedwede Kraterzacken, die darin- durch Geschoßeinwirkung gebildet werden, aus geradlinigen Stern-

berstrissen resultieren, so daß die Kraterzacken durch den Kolben einer nach dem anderen weggeräumt werden, was zu einer im wesentlichen konstanten und minimalen Kraterzackenwegräumbelastung des Kolbens führt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht bei dem Hybridgehäuse die äußere Wand aus VIM/VAR-4 340-Stahl, d.h. aus vakuuminduktionsgeschmolzenem/vakuumlichtbogenumgeschmolzenem ( vacuum induction melt/vacuum arc remelt)4340~Stahl, wobei die zentrale Büchse entweder aus verbundenen Graphitlaminaten, epoxidgebundenen Hartstoffteilchen oder aus Lamellen aus gespritztem Molybdän besteht und wobei die innere Wand aus Nickel durch Elektroplattieren hergestellt ist und eine Wanddicke zwischen 0,254 und 0,76 2 mm hat.

Bei dem Hybridgehäuse wird erfindungsgemäß die durch Elektroplattieren hergestellte innere Nickelwand galvanisch mit Chrom überzogen und auf die endgültige Größe geschliffen, und die zentrale Büchse hat einen Laminataufbau und wird mit dem aufgerauhten Umfang der inneren Wand durch eine Grundierung verbunden, die in die inneren Laminate eindringt, so daß nach dem Härten die inneren Laminate, die so durchdrungen worden sind, und der innere Wandteil durch den Aufprall und das Eindringen eines Geschosses gemeinsam weggeräumt werden oder leicht wegräumbare Kraterzacken bilden.

Das Gehäuse des Stellantriebes nach der Erfindung ist funktional, leicht herstellbar und bietet eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß es keine Blockierung aufgrund einer Beschädigung durch Geschoßeinwirkung verursacht.

Das Gehäuse ist mit Hydrauliköl gefüllt, so daß ein Geschoßaufprall auf das Gehäuse eine Versteifung des Gehäuses durch Flüssigkeitsdruck in dem Hydrauliköl bewirkt.

Erfindungsgemäß gestattet das Hybridgehäuse einem 14,5-mm-Geschoß, durch es hindurchzugehen, ohne seine Beweglichkeit zu verlieren, es ist 15% leichter als bekannte Stahlwandgehäuse und es ist 440% leichter als das bekannte Stahlwandgehäuse, das erforderlich wäre, um das Geschoß nach Art eines Panzers aufzuhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in teilweise weggebrochener Darstellung

Stellantriebe in Tandemanordnung, bei denen ein Hybridgehäuse benutzt wird und die zu Steuerungszwecken eine Flugzeugsteuerfläche in ausgewählter Weise positionieren,

Fig. 2 eine vergrößerte Längsschnittansicht

eines Stellantriebes mit dem Hybridgehäuse ,

Fig. 3 zu Erläuterungszwecken eine vergrößerte

Teillängsschnittansicht der Wand des Hybridgehäuses ,

Fig. 4 in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 3

einen Teilwandabschnitt des Hybridgehäuses, die dessen Zustand nach dem Auftreffen, Eindringen und Hindurchgehen eines Geschosses zeigt, durch das Kraterzacken in dem äußeren Wandteil gebildet worden sind, die von den weggeräumten Teilen der zentralen Büchse und der inneren Wand

aufgenommen werden, welche gemäß der Darstellung entweder vollständig oder teilweise frei von Kraterzacken ist,

Fig. 5 eine vergrößerte Teillängsschnittansicht

der Wand des Hybridgehäuses, die die Anfangseinwirkung des Aufpralls eines Geschosses, den Anfang des Eindringens desselben sowie Spannungswellen zeigt,

Fig. 6 ein Diagramm, daß die Kraterzackenabmes-

sung in Prozent in Abhängigkeit von dem Verhältnis t/D zeigt, wobei t die Hybridgehäuseaußenwanddicke und D der Durchmesser des drohenden Geschosses oder der drohenden Geschosse ist,

Fig. 7 ein Diagramm, das den Gesamteinfluß der

Geschoßgeschwindigkeit auf die Außenwandkraterzackentiefe zeigt,

Fig. 8a eine durch Geschoßeinwirkung in der

Innenwand des Hybridgehäuses nach der Erfindung gebildete Kraterzacke zur Veranschaulichung der Kraft, die ein Stellantriebskolben aufbringen muß, um die Zacke im Anschluß an eine durch Geschoßeinwirkung hervorgerufene Beschädigung wegzuräumen ,

Fig. 8b" die Kraterzacke in einer Endansicht und

Fig. 9 ein Sternberstrißmuster in der Innenwand

des Hybridgehäuses, um zu veranschaulichen, wie durch die Kolbenbewegung aus dem Rißmuster gebildete Zacken einer nach dem anderen weggeräumt werden.

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit hydraulischen Stellantrieben in einem Flugzeugsteuersystem beschrieben, es ist aber klar, daß die Stellantriebe durch jede andere Art von Fluid gesteuert und zum Steuern irgendeiner·zu steuernden Vorrichtung benutzt werden könnten und daß statt Doppel-Zylinder/Kolben-Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben sind, die Sicherheitsvorrichtung aus Ende an Ende angeordneten Zylinder/Kolben-Vorrichtungen irgendeiner beliebigen Antriebsart, beispielsweise mit einem Elektromotor oder mit einem manuell betätigten Hebel als Antrieb, bestehen könnte-Weiter wird der Stellantrieb zwar als eine typische hydraulische Zylinder/Kolben-Vorrichtung beschrieben, statt eines hin- und hergehenden Kolbens könnte das bewegliche Teil aber ebenso gut irgend ein anderes bewegliches· Teil sein, beispielsweise ein drehbares Teil innerhalb des Hydraulikzylinders, das sich in bezug auf diesen bewegt, um die Steuerfunktion zu erfüllen,oder es könnte irgend eine Kombination von Dreh- und Translationsbewegung erforderlich sein, wie in einem elektrischen Stellantrieb mit einem Schrauben- oder Schneckenantrieb.

Fig. 1 zeigt doppelte Stellantriebe 10, 12, die Teil eines Flugzeugsteuersystems 14 sind und zum ausgewählten Positionieren eines Flugzeugsteuerteils 16 gemäß den Befehlen des Flugzeugsteuersystems dienen, welches die dargestellten hydraulischen Steuereinrichtungen 18 enthält. In der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind die Stellantriebe 10 und 12 gleich, weshalb nur der Stellantrieb 12

beschrieben wird. Der Stellantrieb 12 (vgl. Fig. 2) hat ein

zylindrisches Gehäuse 20, bei dem es sich um ein Hybridge- ]

hause handelt, das im folgenden noch ausführlicher beschrie- I

ben ist. Das Hybridgehäuse 20 umschließt einen Kolben 22, I

so daß Kammern 24 und 26 auf entgegengesetzten Seiten des- ;

selben gebildet sind, die wahlweise unter Druck stehendes |

Hydrauliköl aus den hydraulischen Steuereinrichtungen 18 ?

empfangen, so daß sich der Kolben 22 in dem Hybridgehäuse- \

zylinder 20 hin- und herbewegt. Eine Kolbenstange 28 geht in ·

herkömmlicher Weise von dem Kolben 22 aus und erstreckt sich ί

durch ein Zylinderwandteil 30, so daß ihr freies Ende nach J

außerhalb des Zylinders 20 vorsteht und zusammen mit der \

Kolbenstange des Stellantriebs 10 mit einer Platte 32 ver- \

bunden werden kann, die ihrerseits in herkömmlicher Weise |

mit dem Flugzeugsteuerteil 16 verbunden ist. Das Wandteil 30 I

hat herkömmliche Dichtungen 34, 36, 38 und 40 sowie einen !

Abstreifring 42 und wird durch eine Mutter 44 festgehalten. ]

Die Endwand oder Stopfbüchse 30 des Stellantriebs 12, die '

in Fig. 2 gezeigt ist, könnte auch durch die zerbrechbare |

Stopfbüchse ersetzt werden, die aus der US-PS 3 884 123 be- |

kannt ist. ·

In einer Steuervorrichtung 14 der in Fig. 1 gezeigten Art |

können die Stellantriebe 10 und 12 in herkömmlicher Weise |

hydraulisch gesteuert werden, um gemeinsam eine Steuerfläche I

16 in ausgewählter Weise zu positionieren, wobei diese Steu- !

erflache 16 entweder durch den Stellantrieb 10 oder durch * den Stellantrieb 12 allein gesteuert werden kann und wobei | dann, wenn entweder der Stellantrieb 10 oder der Stellan- i

trieb 12 durch Gescho.ßeinwirkung beschädigt ist, die Steuer- ?

I fläche 16 durch den unbeschädigten Stellantrieb gesteuert |

ι werden kann, so lange die durch Beschüß hervorgerufene Be- ι

Schädigung des beschädigten Stellantriebes keine Blockierung · des Kolbens verursacht. Zum Vermeiden der Blockierung des ;

Kolbens durch Geschoßeinwirkung wird das Hybridgehäuse 20 benutzt, das nun beschrieben wird.

Zu Erläuterungszwecken ist in Fig. 3 ein vergrößerter Abschnitt des Hybridgehäuses 20 gezeigt, das aus einer Außenwand 46, einer zentralen Büchse 48 und einer Innenwand 50 besteht, die satt aneinander anliegen und miteinander verbunden sind, so daß sie eine einstückige Wand bilden, wobei aber die Geometrie und das Material, aus welchem die Außenwand 46, die zentrale Büchse 48 und die Innenwand 50 hergestellt werden, in ausgewählter Weise so gewählt werden, daß.sie in Zusammenwirkung eine Kolbenblockierung verhindern, falls ein Geschoß auftreffen und aufgehalten werden sollte oder auftreffen, eindringen und durch das Hybridgehäuse 20 hindurchgehen sollte. Das zu erreichende Ziel ist in Fig. 4 gezeigt, in der das Auftreffen, Eindringen und Hindurchgehen eines Geschosses durch die Außenwand 46 Spannungswellen in der Außenwand erzeugt hat, die auf die zentrale Büchse 48 und die Innenwand 50 mit ausreichender Intensität ausgeübt worden sind, so daß Teile der zentralen Büchse 48 und der Innenwand 50 in der Nähe des Geschoßaufpralls gerteilt und weggeräumt worden sind und Außenwandkraterzacken 52 und 54 radial nach innen in den weggeräumten Bereich der Teile 48 und 50 vorstehen können, allerdings bis zu einer ausgewählten maximalen Zackentiefe MPD, die die Dicke der zentralen Büchse 48 und der Innenwand 50 nicht übersteigt, so daß im Anschluß an eine durch Beschüß hervorgerufene Beschädigung der Kolben 22 sich weiterhin blockierungsfrei innerhalb des Hybridgehäuses 20 hin- und hai bewegen kann, wobei die Antriebskraft ausgenutzt wird, die auf ihn durch den zweiten Stellantrieb oder durch andere Arten von Vorrichtungen, die oben beschrieben sind, ausgeübt wird. Die Bewegung des Kolbens 22 wird dazu führen, daß jedwede Kraterzacken 50a, die in der Innenwand 50 durch Beschüß gebildet worden sind, weggeräumt werden.

Zum besseren Verständnis der Bedeutung des Aufbaues des Hybridgehäuses 20 wird auf Fig. 5 Bezug genommen, um die Auswirkung zu beschreiben, die der Aufprall und das Eindringen eines Geschosses auf das Gehäuse haben. Wenn hier die Rede ist vom Aufprall oder Auftreffen des Geschosses, vom Auftreffen und Eindringen des Geschosses sowie vom Auftreffen, Eindringen und Hindurchgehen des Geschosses, so ist das so zu verstehen, daß dadurch dieselben Ergebnisse erzeugt werden. Wenn das Geschoß auf die Außenwand 46 auftrifft und in·, diese eindringt, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird eine Reihe von als Spannungswellen bezeichneten Druckwellen in der Außenwand erzeugt, und aufgrund des ausgewählten Schallimpedanzverhältnisses zwischen der Außenwand 46 und der zentralen Büchse 48 gehen diese Spannungswellen mit ausreichender Intensität durch die Grenzfläche zwischen ihnen hindurch und in die zentrale Büchse 48, so daß die radial gerichteten Drücke (d.h. Druck- und Zugkräfte), welche auf die zentrale Büchse 48 durch die durch sie hindurchgehenden Spannungswellen ausgeübt werden, bewirken, daß die zentrale Büchse 48 in der Nähe des Geschoßaufpralls zerteilt und weggeräumt und mit ihr der Innenwandteil in der Nähe des Geschoßaufprallbereiches weggeräumt wird, so daß das in Fig. 4 gezeigt Ergebnis erzielt wird. Dieses Ergebnis besteht darin, daß mit dem Geschoß, das durch das Hybridgehäuse 20 hindurchgegangen ist, die zentrale Büchse und die Innenwandteile in unmittelbarer Nähe des Aufprallbereiches weggeräumt worden sind, so daß die in der Außenwand 46 durch das Auftreffen, Eindringen und Hindurchgehen des Geschosses durch das Hybridgehäuse 20 gebildeten Kraterzacken in der Außenwand eine kleinere maximale Kraterzackentiefe MPD als die kombinierten Wanddicken der zentralen Büchse 48 und der Innenwand 50 haben, wodurch dem Kolben 22 gestattet wird, sich in dem Gehäuse 20 ohne Blockierung hin- und herzubewegen.

Insbesondere sind bei einem Geschoßaufprall die Spannungswellen in dem äußeren Gehäuse 46 Druckspannungswellen, d.h. im Vorzeichen kompressiv, und sie bewegen sich in radialer Richtung nach innen. Die Materialien, die für das äußere Gehäuse 46 und die zentrale Büchse 48 gewählt werden, sind so, daß; die Größe der anfänglichen Druckspannungswellen, die in die'zentrale Büchse 48 gehen, in der direkten Fluglinie des Geschosses ausreichend ist, um sowohl die Graphitlaminate als auch das Epoxidverbindungsmaterial zu pulverisieren, wenn die zentrale Büchse 48 den bevorzugten Laminataufbau hat, der im folgenden noch näher beschrieben ist. In von der Geschoßfluglinie entfernten Bereichenwerden die Graphitlaminate intakt bleiben, aber das Epoxidverbindungsmaterial wird durch die durch es radial nach innen hindurchgehenden Druckwellen pulverisiert. Wenn jede Druckwelle den innersten Punkt der zentralen Büchse 48 erreicht, wird ein Teil von ihr über die Grenzfläche in die Innenwand 50 übertragen und ein anderer Teil von ihr wird durch die Grenzfläche reflektiert, um zu einer Druckspannungswelle zu werden, die sich radial nach außen bewegt. Derjenige Teil, der Druckwelle, der in die Innenwand 50 geht, trifft auf die innenwandfreie Innenoberfläche und wird als eine Zugspannungswelle reflektiert", da sich das Vorzeichen der Spannungswelle umkehrt, wenn sie an einer freien Oberfläche reflektiert wird. Es ist somit zu erkennen, daß es nun zwei reflektierte Spannungswellen gibt, die auf das Material der zentralen Büchse 48 einwirken, nämlich erstens die Druckwelle, die an der Grenzfläche zwischen der zentralen Büchse 48 und der Innenwand 50 reflektiert wurde, und zweitens die Zugspannungswelle, die an der freien Innenoberfläche der Innenwand 50 reflektiert wurde. Diese Wellen liegen sehr nahe beieinander und können als ein Doublet behandelt worden. Die Amplitude der reflektierten Zugspannungswelle ist beinahe gleich der Amplitude der ursprünglichen Druckspannungswelle (etwa 5% kleiner) und dient dazu,

beim Zurückgehen durch die bereits beschädigte Struktur der zentralen Büchse 48 die bereits delaminierte Graphitschicht abzurollen und den Delamierungsbereich weiter zu vergrößern. Anschließende Spannungswellen zeigen alle dasselbe Verhalten und verlagern deshalb das Materialversagen durch Laminatabschälung, Zerbrechen der Epoxidbindung, Laminatabschälung von der Geschoßfluglinie zunehmend weiter nach außen. Dieses Wellenumkehrkonzept ist ausführlicher in "Stress Waves in Solids" von H. Kolsky, 1963, Dover Publications, Inc., New.York, beschrieben. Das Material der Innenwand 50 wird so gewählt, daß die durch die anfängliche Geschoßeinwirkung hervorgerufene Spannungswelle eine ausreichende Zugspannung zu der Innenwand nach der Reflexion überträgt, damit die Spannungsamplituden etwas größer sind als die spezifische Festigkeit des Innenwandmaterials, so daß die Innenwand zuerst versagt und von dem Punkt aus, wo die Geschoßfluglinie die Innenwand schneidet, sternförmig birst. Diese Sternberstrisse bleiben relativ gerade, und jedwede Innenwandkraterzacken, die durch Geschoßeinwirkung erzeugt werden, werden durch den Stellantriebskolben nacheinander weggeräumt. Das führt zu einer im wesentlichen konstanten und minimalen Zackenwegräumbelastung des Kolbens.

Das aufeinanderfolgende Hinweggehen von Druckwellen und Zugwellen über die durch Geschoßeinwirkung delaminierten Laminate der zentralen Büchse 48 bewirkt, daß diese durch Biegebeanspruchung an dem Punkt brechen, wo die Laminierung endet. Das Material der Innenwand 50 hat eine ausreichende Bruchzähigkeit, so daß die darin aufgrund der vorgenannten Sternberstanfangsrisse gebildeten Kraterzacken (vgl. Fig. 9) gewöhnlich durch Biegebruch mit den Laminaten der zentralen Büchse nicht vollständig weggeräumt werden, sondern anschließend durch die Vorbeibewegung des Kolbens weggeräumt

werden.Solche Innenwandkraterζacken sind auf der rechten Seite von Fig. 4 weggeräumt gezeigt, wobei aber in der Darstellung in Fig. 4 der Innenwandkraterzacken 50a und das damit verbundene innere Laminat 48a der zentralen Büchse 48 nicht weggeräumt worden sind und durch den Kolben 20 weggeräumt werden können oder nicht, je nach der Größe des Kolbenhubes.

Es ist eine wichtige Lehre der Erfindung, daß die Hybridgehäuseaußenwand 46, die zentrale Büchse 48 und die Innenwand 50 in ausgewählter Weise bemessen und aus ausgewählten Materialien hergestellt werden, so daß das Ergebnis einer solchen durch ein Geschoß daran hervorgerufenen Beschädigung das in Fig. 4 gezeigte Aussehen hat, wodurch eine Kolbenblockierung vermieden wird. Die drei Teile 46, 48 und 50 des Hybridgehäuses 20 werden einzeln betrachtet, um die Wichtigkeit ihrer Bemessung und des zum Herstellen derselben gewählten Materials darzulegen.

Die Dicke t der Außenwand 46 wird durch die Dauerfestigkeit oder durch andere Festigkeitserfordernisse des Systems diktiert, in welchem der Stellantrieb 12 benutzt werden soll, da die Außenwand 46 das hauptsächliche tragende Teil des Hybridgehäuses 20 ist, während die zentrale Büchse 48 und die Innenwand 50 grundsätzlich keine tragenden Teile sind. Es ist wichtig, das die Außenwand 46 aus einem Material hergestellt wird, daß die gewünschte Stoßwellenamplitude beim Geschoßaufprall erzeugt,und daß ein ausreichender Teil dieser Amplitude zu der zentralen Büchse 48 und der Innenwand 50 übertragen wird, um das erwünschte Wegräumergebnis zu erzeugen, damit die Außenwandkraterzacken eindringen können. Die Faktoren, die die Intensität der Spannungswellen festlegen, welche auf die zentrale Büchse 48 von der Außenwand 46 her aufgrund eines auf diese auftreffenden Geschosses

ausgeübt werden, sind erstens die spezifische Zugfestigkeit der Außenwand 46 und die Art und Weise,auf die die Geschoßbelastungsgeschwindigkeit diese scheinbare Festigkeit erhöht, und zweitens das Sehallimpedanzverhältnis AIR oder K zwischen den Materialien der Außenwand 46 und der zentralen Büchse 48. Das Sehallimpedanzverhältnis muß ausreichend sein, damit die zentrale Büchse 48 durch die Spannungswellen in der Nähe des Geschoßaufpralls entfernt (weggeräumt) wird, aber nicht so groß, daß die zentrale Wand 48 in dem Ausmaß beschädigt wird, daß der Kolben 22 blockiert wird.

Die Gleichung für das Sehallimpedanzverhältnis lautet:

AIR = p₂ c₂ τ P₁ C₁

wobei P₂ die Dichte des zentralen Wandteils, C₂ die Schallgeschwindigkeit in dem zentralen Wandteil 48, P₁ die Dichte der Außenwand 46 und C₁ die Schallgeschwindigkeit in der Außenwand 46 ist*

Die unten angegebene Gleichung, bei der AIR für diesen Fall angewandt wird, gilt für diejenigen Spannungswellen, die normal zu der Grenzfläche zwischen der Außenwand und der zentralen Büchse übertragen werden, und definiert die Amplitude der Spannungswelle in der zentralen Büchse, ausgedrückt als Druck P,

2'

_{2 2}
^P2 ⁼ ( P₂ C₂ + P₁ C₁ ) ^P1

wobei P₁ die Amplitude in dem Außenwandmaterial und P- die Amplitude in dem Material der zentralen Büchse ist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß ein Wert von P₂, der vier-bis fünf-

mal größer als die spezifische Zugfestigkeit des Bindemittels (Epoxidharzes) der zentralen Büchse ist, eine ausreichende Beschädigung der zentralen Büchse ergibt, damit ein ausreichendes Beschädigungsvolumen in der zentralen Büchse erzeugt wird, um Kraterzacken von der äußeren Wand aus das Eindringen ohne weitere nachteilige Folgen zu- gestatten. Die Erfahrung hat weiter gezeigt, daß Materialkombinationen, die zu einem Wert von P₂ führen, welcher das fünfzehn- bis zwanzigfache der spezifischen Zugfestigkeit von Teilchenmaterial - Bindemittel ist, zu einer derartigen Gesamtbeschädigung der zentralen Büchse führen wird, das am Schluß eine Gefahr einer Blockierung besteht, weil unzureichend Material der zentralen Büchse und der Innenwand zurückbleibt, um den Kolben zu führen, und es daher zu einer Blockierung aufgrund Schrägsteilens des ungeführten Kolbens kommen kann. Der Fachmann ist in der Lage, Materialien, die Spannungswellen mit geringerer Amplitude bilden (z.B. Titan), mit Materialien für die zentrale Büchse 48 mit verbesserter Schallimpedanz zu kombinieren (beispielsweise Borcarbid-Hartstoffteilchen, die durch einen Epoxidklebstoff miteinander verbunden sind, wobei das Teilchenmaterial der zentralen Büchse dazu führt, daß der Wert von P₂ fünfzehn- bis zwanzigmal so groß ist wie die spezifische Zugfestigkeit des Epoxids, wenn das Außenwandmaterial hochfester Stahl ist), um dasselbe Ergebnis zu erzielen.

Es ist weiter die Erfahrung gemacht worden, daß ein Zustand der Radialkompression in dem Material der zentralen Wand 48 das Ausmaß der Beschädigung des Materials der zentralen Wand durch die von der Außenwand her übertragene Spannungswellenamplitude weiter verringern wird. Dieser Druckspannungszustand in dem Material der zentralen Wand 48 verändert nicht die übertragene Spannungswellenamplitude in irgendeinem merklichen Ausmaß, sondern verändert das Ansprechen

des Materials der zentralen Wand. Die Erfahrungen mit leeren Stellantriebsgehäusen und mit mit Hydrauliköl gefüllten Stellantriebsgehäusen zeigen, daß das primäre (grundlegende) Hybridgehäuse aus einem äußeren Teil aus hochfestem Stahl, einem zentralen Teil aus Graphit/Epoxid und einem inneren, durch Elektroplattierung hergestellten Nickelteil bei dieser Verringerung der Beschädigung des Materials der zentralen Wand noch in der oben beschriebenen Weise arbeiten wird. Der radiale Druckspannungszustand in dem .Material der zentralen Wand wurde durch Flüssigkeitsdruck hervorgerufen, der seinerseits durch das Aufprallen des Geschosses auf das Außenwandmaterial hervorgerufen wurde.

Es ist weiter wichtig, daß die Außenwand 46 eine ausreichend hohe Bruchzähigkeit hat, um die Dauerfestigkeits- und andere Festigkeitserfordernisse des Systems zu erfüllen, aber eine ausreichend niedrige Bruchzähigkeit hat, so daß die in dem Außenwandteil durch Beschädigung durch ein Geschoß gebildeten Kraterzacken nicht so lang sind, daß sie eine maximale Kraterzackentiefe MPD erzeugen können, durch die das Blokkieren des Kolbens verursacht würde.

Die Bruchzähigkeit eines Materials ist der Widerstand des Materials gegen einen Riß in einem Spannungsfeld. Je länger der Riß in einem Gehäuse ist, um so tiefer dringt der Kraterzacken ein. Demgemäß ergeben Materialien mit höherer Bruchzähigkeit tiefere Kraterzacken als Materialien mit niedrigerer Bruchzähigkeit·

Es ist weiter wichtig, daß die Dauerfestigkeitseigenschaften der Außenwand in der Längs- sowie in der ümfangsrichtung soweit wie möglich gleich sind, damit eine Außenwand mit

minimalem Gewicht erzielt wird. Tangentiale Dauerfestigkeitseigenschaften sind für dieses Erfordernis wichtig. Es ist weiter wichtig, daß die Bruchzähigkeit außerdem in der Längs- sowie in der Umfangsrichtung soweit wie möglich gleich ist, damit KraterZackenabmessungen nach dem Eindringen eines Geschosses vorliegen, die so gleichmäßig wie möglich sind. Die Bruchzähigkeit beeinflußt die Kraterzakkenabmessung, wie oben erwähnt, dahingehend, daß eine hohe Bruchzähigkeit tiefere Kraterzacken (d.h. eine größere Kraterzackenabmessung) als eine niedrige Bruchzähigkeit verursacht. Auf dieselbe-Weise würden starke Änderungen in der Bruchzähigkeit zwischen der Längsrichtung und der Umfangsrichtung zu einer bevorzugten Richtung für die Bildung von Kraterzacken führen, und es könnte dazu kommen, daß es weniger möglich ist, die Kraterzackenabmessungen und die erforderliche Dicke der zentralen Wand vorherzusagen. Die Möglichkeit, die maximale Kraterzackenabmessung vorherzusagen, ist ein wichtiges Merkmal des Hybridgehäuses.

Was die zentrale Büchse 48 anbelangt, so ist es wichtig, daß diese eine Schwächungszuggrundebene relativ zu anderen Richtungen hat, d.h., daß sie eine geringe Zugfestigkeit in der Richtung radial einwärts hat. Bei normalen Stellantriebsbetätigungsdrücken und beim anfänglichen Durchgang der Druckspannungswelle wird die Schwächungszuggrundebene unter Druckbelastung stehen. Die normalen Stellantriebsbetätigungsdrücke werden keine Beschädigung der Grundebene verursachen, da die hervorgerufene Spannung der Schwächungsrichtung entgegengesetzt ist. Hohe Druckspannungswellendrücke, wie sie beim anfänglichen, radial nach innen erfolgenden Durchgang auftreten, werden zum Zerbrechen des Epoxidbindemittels in der bevorzugten Laminatausführungsform oder in dem Teilchenmaterial (epoxidgebundene Borcarbid-Hartstoffteilchen)

führen, aber nicht in den Lamellen (flammgespritztes Molybdän) . Zur allgemeinen Anwendbarkeit auf sämtliche drei Fälle der zentralen Büchse, nämlich auf Laminate, Teilchenmaterialien und Lamellen, sollte die reflektierte, radial nach außen gerichtete Zugspannungswelle als die Hauptursache für die Zerstörung der zentralen Büchse 48 angesehen werden. Es sei angemerkt, daß in denjenigen Materialien der zentralen Büchse, bei denen Epoxidharz als Bindemittel benutzt wird, sowohl die Druckspannungswellen als auch die Zugspannungswellen eine Beschädigung verursachen, die oben als ein Materialversagen durch Zerbrechen-Abschälen-Zerbrechen beschrieben worden ist. Bei dem flartmgespritzten Molybdän ist die hauptsächliche Art des Versagens das Abschälen, während das Zerbrechen beträchtlich wenig (oder praktisch nichts) zu dem Versagen beiträgt, das den grundlegenden Wegräumvorgang ergibt. Weiter sollte die zentrale Büchse 48 gute mechanische Eigenschaften in Richtungen orthogonal zu der radialen Richtung haben, so daß Durchbiegungen der äußeren Wand 46 unter normalen Betriebsbedingungen nicht Dehnungen hervorrufen, die unerwünschte Verschlechterungen dieser Eigenschaften verursachen (d.h. zyklisch hervorgerufene Moduländerungen oder eine sich steigernde Beschädigung durch Ermüdung, die die Leistungsfähigkeit des Stellantriebssystems verschlechtern würden).

Der Zweck und die erforderlichen Eigenschaften der Innenwand 50 bestehen darin, daß sie in der Lage sein muß, das Material in der zentralen Büchse 48 vor jedweder unerwünschten Auswirkung, die das Hydrauliköl auf es haben kann, zu schützen. Die Innenwand 50 dient außerdem als Unterlage für einen galvanisch aufgebrachten Chromüberzug, der seinerseits als verschleißarme Lauffläche für den Kolben 22 dient. Die Innenwand 50 muß eine hohe spezifische Zugfestigkeit und

eine entsprechende große Härte haben, wie beispielsweise R 51,5 (nominal). Das Innenwandmaterial muß spröde sein und muß Restspannungseigenschaften haben, etwa -68,95 N/mm² kompressiv, da diese geringe Restspannung bewirkt; daß geradlinige Sternberstrisse in der. Innenwand durch Beschädigung durch ein Geschoß gebildet werden, wobei die Richtung der Risse in dem Sternberstmuster vorhersagbar ist, so daß, wenn Innenwandkraterzacken durch Beschädigung durch ein Geschoß gebildet werden, der Kolben 22 nur einen solchen Kraterzacken gleichzeitig wegräumen muß. Das führt zu einem ziemlich gleichmäßigen Plateau der erforderlichen Wegräumbelastung für das Steuersystem.

Es hat sich gezeigt, daß durch Elektroplattierung aufgebrachtes Nickel ein gutes Material für die Innenwand 50 ist. Das Aufbringen des Nickels durch Elektroplattierung kann auf einem Dorn erfolgen, welcher dann als ein Werkzeug beim Aufwickeln der Laminate der zentralen Büchse 48 benutzt werden kann. Dieses durch Elektroplattierung niedergeschlagene Nickel kann außerdem in mehreren gewünschten Längen hergestellt werden, die es gestatten, die Innenwand und die zentrale Büchse durch automatische Maschinen herzustellen und dann dieselben auf Länge abzuschneiden und anschließend den Dorn zu entfernen. Nickel hat ebenfalls eine hohe Härte, eine große Festigkeit und eine relativ niedrige Dehnungsgrenze· Seine Bruchzähigkeit ist ebenfalls groß, und zwar weil die Innenwand 50 relativ dünn ist. Zur Verschleißverhinderung kann Nickel relativ leicht galvanisch mit Chrom überzogen werden, was für den Aufbau des Hybridzylinders sehr wichtig ist, da es die Herstellung dieses mehrteiligen Gehäuses so gestattet, daß jedwede Abweichungen der Toleranz, die durch das Aufbauen der verschiedenen Teile verursacht werden, bei dem galvanischen Uberzugsprozeß kompensiert

werden können. Im Anschluß an das Zusammenfügen der Außenwand, der zentralen Buche und der Innenwand wird also die Innenbohrung der Innenwand 50 galvanisch mit Chrom überzogen und dann geschliffen, so daß die erforderlichen Toleranzen in dem FertigschleifVorgang erzielt werden. Weiter hat es sieh gezeigt, daß bei einer Nickelinnenwand die beiden inneren Lagen des Laminats der zentralen Büchse, wie beispielsweise Graphitlaminate, fest an dem Nickel haften, trotz der durch Geschoßeinwirkung hervorgerufenen Spannungswellen, die dort hindurchgehen. Das ist ein Vorteil beim Wegräumen der wenigen Nickelkraterzackeri, die nicht mit der explodierenden zentralen Büchse weggeräumt werden, durch den Kolben. Die Nickelinnenwand reißt entweder an dem Punkt oder wird an diesem überbeansprucht, wo die Spannungswelle Graphitenden delaminiert hat, und wird deshalb spröde brechen. Das macht das Wegräumen der Nickelkraterzacken viel einfacher , wenn sich der Kolben 22 im Anschluß an eine Beschädigung durch ein Geschoß an ihnen vorbeibewegt. Die geringere Restspannung in dem Nickel führt zu einem vorhersagbaren Muster der Sternberstrisse. Es kann gezeigt werden, daß die primären Kraterzackenwegräumbelastungen durch Versagen beim Biegender Kraterzacken der Innenwand 50, die durch die Beschädigung durch ein Geschoß nicht weggeräumt worden sind, verursacht werden, und zwar folgendermaßen:

Spannung beim Versagen = MC * I wobei, wie am besten anhand der Fig. 8a und 8b ."--.-. verständlich wird,

... . M gleich dem Moment beim Versagen ist, d.h. Kraft F χ Kra*^rzackenlänge a,
- gieic'* der halben Dicke t der Wand 50 und 50a, d. h.

l.e- -"Ί υ t ist, und

glc-jrrr, Db τ 4 ist
Kraterzackt 50a ist;

I gl.c-.jrrr, Db τ 4 ist, wobei b das Basismoment der

durch Einsetzen ergibt sich:

2a F
Spannung beim Versagen = r—- (xa )

2a

wobei 7— eine Konstante ist.
b

Es ist daher zu erkennen, daß die Spannung beim Versagen in der Nickelinnenwand 50 umgekehrt proportional zu dem Quadrat der Nickelinnenwanddicke t ist.

Eine mikrosekundenweise Analyse des Zustande der Spannungswellen in dem äußeren Gehäuse 46 und der zentralen Büchse 48 wurde auf 0,79 mm der Projektileindringung in das äußere Gehäuse durchgeführt. Durch diese Stufe der Eindringung existierte ein Minimum von sieben Spannungswellen in dem äußeren Gehäuse und der zentralen Büchse,und der Grad der Beschädigung in der zentralen Büchse schien so stark zu sein, daß eine weitere Analyse unnötig war. Das zeigte, daß die zentrale Büchse stark beschädigt wird und beginnt, in dieser Stufe der Eindringung auszuweichen. Die Untersuchung zeigte, daß die zentrale Büchse und die Innenwand keinen Einfluß auf die Kraterzackenbildung des äußeren Gehäuses 46 haben, da die maximale Kraterzackenbildung während der Endstufen des Eindringens des Geschosses in das äußere Gehäuse 46 aufzutreten scheint, wenn die zentrale Büchse und die Innenwand zerstört worden sind. Es wurde außerdem festgestellt, daß aufeinanderfolgende Spannungswellen in dem äußeren Gehäuse 46 anscheinend gebildet werden, wenn Anfangsspannungswellen an der Grenzfläche zwischen dem äußeren Gehäuse 46 und der zentralen Büchse 48 und außerdem an der freien Fläche der Innenwand 50 reflektiert werden, was zu einem Uberlastungszustand führt, wenn die zurückreflektierten Wellen sich zu den Spannungen addieren, die durch das weitere Eindringen des Geschosses in das äußere Gehäuse 46 hervorgerufen werden. Umfangszuspannungen in dem äußeren Gehäuse 46

sind in einer gewissen Stufe des Eindringens stark genug, um Zugrisse hervorzurufen, und zwar in Längsrichtung und in tangentialer Richtung, bevor die Spannungswellen ein Versagen durch Scherung in der radialen Richtung verursachen, wodurch es zu einem typischen Versagen durch Stopfenausstoß (plug-out) beim Eindringen von Geschossen kommt. Tests bestätigten, daß die Endstufen des Eindringens eines Geschosses in das äußere Gehäuse die Kraterzackenabmessungen in dem hier beschriebenen Stellantrieb/Hybridgehäuse-Aufbau steuern. Spannungswellen durch Flüssigkeitsdruck scheinen in dem äußeren Gehäuse nicht nennenswert zu sein, bis das Geschoß teilweise in das Gehäuse eingedrungen ist, wenn jedoch das ■Geschoß tief in die Außengehäusewand eindringt, führt der Spannungszustand in dem äußeren Gehäuse aufgrund des Flüssigkeitsdruckes zu einer beträchtlich geringeren Gehäuseverformung (Unrundheit) und zu einer kleineren effektiven Kraterzackentiefe. Es konnte weiter gezeigt werden, daß diese Flüssigkeitsdruckwirkung die Gesamtfläche der zentralen Büchse und der Innenwand, die zerstört wird, verringert, da der Flüssigkeitsdruck die Innenwand und die zentrale Büchse unter große stetige radiale Druckbeanspruchungen bringt, wenn die Zugspannungswellen bewirken, daß die zentrale Büchse und die Innenwand örtlich explodieren. .

Als Beispiele für besondere Materialien, die sich bei der Verwendung für das Hybridgehäuse 20 als zufriedenstellend erwiesen haben, sei angegeben, daß die Außenwand 46 aus VIM/VAR-4340-Stahl hergestellt werden kann, bei welchem es sich um einen döppeltvakuumgeschmolzenaiStahl handelt, der eine spezifische Zugfestigkeit zwischen 1378,95 und 1516,85 N/mm² sowie eine Bruchzähigkeit von 827,37 N/mm² in Längsrichtung und von 551,58 N/mm² in Querrichtung hat, was ausführlicher in dem Navy Report NAEC-AML-1947-21, Mai

1964, beschrieben ist. Die Außenwand 46 könnte außerdem aus der Legierung 300 M hergestellt werden, die eine spezifische Zugfestigkeit in dem Bereich von 1792,64 bis 1930,53 N/mm²' hat. Daten über VIM/VAR 4340 und 300 M finden sich in dem MIL-HDBK-56 oder in dem Structural Alloys Handbook oder in anderen Handbüchern über Materialeigenschaften, und diese Werkstoffe können als Rohstoff von mehreren qualifizierten Rohstofflieferanten bezogen werden.

Die zentrale Büchse 48 wird aus ausgewähltem Material hergestellt, so daß sie durch Spannungswellen örtlich"zerbrechlich ist oder örtlich zum Explodieren gebracht werden kann, damit das Material derselben weggeräumt werden kann. Die zentrale Büchse 48 kann aus Laminaten, Teilchenmaterialien oder Lamellen hergestellt werden. Wenn die zentrale Wand 48 aus Laminaten hergestellt werden soll, können Graphit/ Epoxid-Laminate von Hand oder maschinell für diesen Zweck unter irgendeinem Winkel gewickelt und miteinander verklebt werden, und es ist vorzuziehen, die Schnittflächen des Graphits mit einem Material zu versiegeln, um heißes Hydrauliköl daran zu hindern, das Epoxidbindemi.t'tel zu verschlechtern. Eine dünne Schicht von galvanisch abgeschiedenem Nickel wäre ein typisches derartiges Versiegelungsmaterial.

Wenn die zentrale Büchse 48 aus Teilchenmaterial hergestellt werden soll, eignen sich für diesen Zweck Aluminiumoxid (Al₂0₃)-oder Borcarbid(B₄C) -Hartstoffteilchen, die durch Epoxidharz gebunden worden sind, das dann gehärtet worden ist. Wenn die zentrale Büchse 48 aus Lamellen hergestellt werden soll, kann Molybdänpulver bis zum schmelz flüssigen Zustand erhitzt · und dann flammgespritzt werden, so daß einzelne , verbundene Lamellen oder Plättchen bis zur nötigen Wanddicke des zentralen Büchsenteils aufgebaut werden können.

Wenn die zentrale Büchse 48 aus Laminaten hergestellt werden soll, ist es wichtig, daß eine Grundierung, wie beispielsweise Meltbond 6726, zwischen der aufgerauhten äußeren Oberfläche der Innenwand 50 und den Laminaten benutzt wird, damit die inneren Laminate durchdrungen werden und nach dem Härten eine feste und nachgiebige Verbindung zwischen den inneren Laminaten und der Innenwand vorhanden ist- Diese Verbindung dient zum Wegräumen der inneren Laminate aufgrund der durch Geschoßeinwirkung erzeugten Spannungswellen oder hat zur Folge, daß die Innenwand durch die daran befestigten Laminate örtlich auf. Biegung überbeansprucht wird, so daß das Wegräumen der Innenwandzacken, die zurückbleiben können, unterstützt wird.Es hat sich gezeigt, daß durch Elektroplattierung aufgebrachtes (chemisch niedergeschlagenes) Nickel, ein gutes Material zur Verwendung als Innenwand 50 ist. Die Dicke des durch Elektroplattierung aufgebrachten Nickels der Innenwand 50 sollte für optimale Wegräumkräfte zwischen 0,25 und 0,76 mm liegen, die Dicke könnte aber kleiner oder größer sein, je nach dem besonderen Verwendungszweck .

Das durch Elektroplattierung aufgebrachte Nickel hat eine ausreichend niedrigere Restspannung und ist ausreichend duktil, so daß jedwede Kraterzacken, die darin durch Beschädigung durch ein Geschoß gebildet werden können, durch den Kolben 22 mit einer angemessenen Wegräumkraft beseitigt werden können.

In der Praxis hat es sich gezeigt, daß ein typisches Hybridgehäuse 20, bei dem ein VIM/VAR-4340-Stahl von 1378,95 bis 1516,85 N/mm² und mit einer Dicke von 3,20 mm, eine zentrale Büchse aus laminiertem Graphit/Epoxidharz von 8,99 mm und eine durch Elektroplattierung hergestellte Nickelinnenwand von 0,76 mm benutzt wurden, sich als zufriedenstellen erwies.

Die Arbeit auf diesem Gebiet hat ergeben, daß es eine sehr wichtige Beziehung zwischen der Tiefe einer Kraterzackenbildung, die .in der äußeren Wand 46 durch Beschädigung durch ein Geschoß verursacht wird, und dem Verhältnis der Dicke t der Außenwand zu dem Durchmesser D des drohenden Geschosses gibt. Es wurde festgestellt, daß die maximale Kraterzackentiefe MPD auftritt, wenn das dimensionslose Verhältnis t/D gleich etwa 1/3 ist, ungeachtet, aber nicht unabhängig von der Geschoßgeschwindigkeit. Kleinere oder größere Geschosse als dasjenige, dessen Durchmesser D das kritische Verhältnisse t/D = 1/3 bildet, werden eine kleinere Kraterzackenabmessung erzeugen. Es ist deshalb klar, daß die Hauptgefahr für eine Kolbenblockierung aufgrund der Beschädigung durch ein Geschoß auftritt, wenn für das Verhältnis t/D = 1/3 gilt, da die maximale Kraterzackenabmessung MPD (Fig. 4) bei diesem Verhältnis auftritt. Diese bei t/D = 1/3 auftretende Abmessung MPD diktiert die Dicke der zentralen Büchse 48, die erforderlich ist, um zu verhindern, daß die Außenwandkraterzacken von der Außenwand aus radial nach innen soweit eindringen, daß sie den Kolben blockieren.

Die Bedeutung dieses Kriteriums und seine Wichtigkeit für den Entwurf von Stellantrieben, wie beispielsweise Servoeinrichtungen, bei denen das hier beschriebene Hybridgehäuse benutzt wird, werden anhand von Fig. 6 deutlich. Gegenwärtig kann gezeigt werden, daß der Durchmesser der verschiedenen Geschosse, die für moderne Flugzeuge eine Bedrohung darstellen, 5,56, 7,62, 12,7, 14,5, 20,0, 23,0, 30,0 und 37,0 mm beträgt. Fig.. 6 ist ein Diagramm, in welchem die Kraterzackenabmessung oder -tiefe PD über dem Verhältnis t/D aufgetragen ist, und es ist zu erkennen, daß die maximale Kraterzackentiefe MPD auftritt, wenn t/D gleich etwa ein Drittel ist. Es ist weiter zu erkennen, daß t/D-Verhältnisse, die

sowohl kleiner als auch größer als 1/3 sind, eine kleinere Kraterzackentiefe erzeugen. 100% Kraterzackentiefe (MPD) waren bei dem hier beschriebenen Stellantrieb 11,53 mm.

Die Bedeutung der Feststellung,daß 100% Kraterzackentiefe (MPD) auftreten, wenn gilt t/D = 1/3,liegt in der Tatsache,daß sie für alle Materialien, alle Geschosse, alle Geschwindigkeiten und alle Neigungen gilt.

Eine wichtige Funktion, die das Diagramm von Fig. 6 erfüllt, besteht darin, daß der Stellantriebsentwerfer anhand dieses Diagramms feststellen kann, wie groß die maximale Kraterzackenabmessung MPD sein wird. Wenn die Wanddicke der zentralen Büchse 48 gleich dieser Abmessung oder größer ist, werden keine Kolbenblockierprobleme auftreten, wohingegen dann, wenn die Abmessung der Wand der zentralen Büchse kleiner als diese Abmessung ist, mit einer Kolbenblockierung zu rechnen ist. Aus praktischen Gründen muß jedoch die Dicke der zentralen Büchse auch unter dem Gesichtspunkt des Gewichtes betrachtet werden. Es wäre demgemäß nicht vernünftig, eine Kolbenblockierung dadurch zu vermeiden, daß die Wanddicke der zentralen Büchse übermäßig groß gemacht wird, weil dadurch ein sehr schwerer Stellantrieb erzeugt werden würde. Das Diagramm, das in Fig. 6 gezeigt ist, ist ein sehr wichtiges Konstruktionshilfsmittel, weil der Innendurchmesser des Stellantriebs oder der Servoeinrichtung durch die Funktion festgelegt ist, die der Stellantrieb erfüllen muß,und dadurch wiederum ist der Innendurchmesser der Innenwand 50 festgelegt. Die Arbeit hat ergeben, daß die Dicke (zwischen 0,25 und 0,76 mm), die die durch Elektroplattierung hergestellte Nickelinnenwand 50 haben sollte, und damit diese Abmessung festgelegt ist. Die Dicke t der Außenwand 46 wird durch die Dauerfestigkeitserfordernisse dieses tragenden Teils diktiert, und sie wird deshalb unter

Verwendung herkömmlicher analytischer Verfahren ermittelt. Wenn deshalb die Außenwanddicke t und der Durchmesser (die Durchmesser) des drohenden Geschosses (der drohenden Geschosse) bekannt sind, kennt der Entwerfer auch das interessierende Verhältnis (die interessierenden Verhältnisse) t/D und kann Fig. 6 benutzen, um die maximale Kraterzackentiefe zu bestimmen, die bei dem Stellantrieb auftreten wird. Diese maximale Kraterzackentiefe MPD wird die Wanddicke der zentralen Büchse 48 festlegen, die zum Kompensieren der maximalen Kraterzackentiefe MPD erforderlich sein wird, ohne daß es zurKolbenblockierung kommt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.

Die Geschwindigkeit des Geschosses hat eine sehr definierte Auswirkung auf die seitliche Beschädigung und die Kraterzackentiefe, welche durch den Aufprall, das Eindringen und das Hindurchgehen des Geschosses erzeugt werden. Das ist in Fig. 7 dargestellt. Fig.. 7 zeigt, daß, wenn VIM/VAR-4340-Stahl für die Außenwand 46 benutzt wird, die Geschoßgeschwindigkeit, welche die größte seitliche Beschädigung des Gehäuses und damit die größte Kraterzackentiefe aufgrund der Beschädigung durch Geschoßeinwirkung erzeugt, ungefähr die Geschoßgeschwindigkeit V,-« + 60,96 bis 91,44 m/s ist, wobei V₅₀ die Geschoßgeschwindigkeit ist, bei der 50% der Geschosse durch das Ziel abgewehrt werden.

Das hier beschriebene Hybridgehäuse ist 15% leichter als die im Stand der Technik in Stellantrieben, wie beispielsweise Servoeinrichtungen, verwendeten Stahlgehäuse, und, wenn die im Stand der Technik benutzten Stellantriebsgehäuse so dimensioniert werden, daß sie zu einem Panzer werden, um ein Geschoß abzuwehren, würde das Gewicht eines so mächtigen Gehäuses das 4,4-fache des Gewichtes des hier beschrieben Hybridgehäuses betragen.

Das hier beschriebene Konzept des Hybridgehäuses könnte auch auf die Kolbenstange 28 angewandt werden, aber ixi umgekehrter Reihenfolge, so daß die Außen- und Innenwände vertauscht werden und sich auf entgegengesetzten Seiten der zentralen Büchse befinden, damit ein Geschoß, das auftrifft und durch die hohle Kolbenstange 28 hindurchgeht, beim Eindringen Kraterzacken erzeugt, die in bezug auf die Stirnwand 30 kein Blockierproblem mit sich bringen, weil sie von dieser weggerichtet sind, aber Kraterzacken, die durch das Geschoß auf der entgegengesetzten Seite beim Verlassen der hohlen Kolbenstange 28 erzeugt werden, in den weggeräumten Teilen der zentralen Büchse 48 und der durch Elektroplattierung hergestellten Nickelinnenwand aufgenommen werden und deshalb keine Blockierprobleme zwischen der Stirnwand 30 und der Kolbenstange 28 mit sich bringen. Was das bevorzugte Verfahren des Herstellens des Hybridgehäuses 20 anbetrifft, so hat es sich gezeigt, daß die Innenwand 50 am besten hergestellt wird, indem durch Elektroplattierung Nickel auf einen ausgewählte Abmessungen aufweisenden Dorn aufgebracht wird und die Innenwand 50 galvanisch verchromt und in einem abschliessenden Arbeitsgang bei der Fertigung des zusammengebauten Hybridgehäuses· durch Schleifen der Innenwand 50 auf die endgültige Größe gebracht wird. Die Außenwand 46 wird in herkömmlicher Weise mit der Wanddicke t hergestellt, die für die Tragfestigkeit erforderlich ist. Das in Fig. 6 gezeigte Diagramm wird dann benutzt, um die maximale Kraterzackentiefe zu ermitteln, die sich aufgrund des zu erwartenden Verhältnisses t/D ergibt. Diese Abmessung wird die Dicke der zentralen Buche 48 festlegen, und die zentrale Büchse kann in herkömmlicher Weise aus Laminaten, Teilchenmaterialien oder Lamellen hergestellt werden, wie es oben beschrieben worden ist. Schließlich, wenn die zentrale Büchse 48 satt anliegend in der Außenwand 46 angeordnet ist, wird die Innenwand 50 satt anliegend in die zentrale Büchse 48 ein-

gefügt. Das Hybridgehäuse wird in herkömmlicher Weise gehärtet, so daß die drei Teile 46, 48 und 50 desselben zu einem integralen oder einstückigen zylindrxschen Gehäuse miteinander verbunden werden.

'HS-Leerseite

Claims

(iJ Hydraulischer Stellantrieb, mit: A) einem beweglichen Teil (22), B) einem Hybridgehäuse (20), welches das bewegliche Teil umschließt und mit diesem gemeinsam wenigstens eine Hydraulikölkammer (24, 26) begrenzt, so daß das bewegliche Teil in bezug auf das Gehäuse durch Flüssigkeitsdruck in der Kammer bewegbar ist, gekennzeichnet durch:

1) eine Außenwand (46) aus ausgewähltem Material und mit einer Wanddicke t zum Erfüllen der Stellantriebsdauerfestigkeitserfordernisse,

2) eine zentrale Büchse (48) aus ausgewähltem Material, die satt anliegend in der Außenwand angeordnet ist und eine ausgewählte Wanddicke aufweist, und

3) eine Innenwand (Ί50) mit ausgewählter Wanddicke, die satt anliegend in der zentralen Büchse (48) angeordnet ist und eine ausgewählte Härte aufweist, um gegenüber dem beweglichen Teil (22) in dem Gehäuse (20) verschleißbeständig zu sein, und so ausgebildet ist, daß der Aufprall oder der Aufprall und das Eindringen eines Geschosses mit dem

Durchmesser D in die Außenwand darin Spannungswellen ausreichender Stärke erzeugt, die von der Außenwand aus in die zentrale Büchse (48) übertragen werden, um den Teil der zentralen Büchse in dem Bereich des Geschoßaufpralls örtlich zu zerteilen und wegzuräumen, und weiter so, daß die Innenwand (50) eine ausgewählte Bruchzähigkeit, Festigkeit, Dicke und Restspannung hat, so daß sie zusammen mit dem weggeräumten Teil der zentralen Büchse weggeräumt wird, und außerdem so, daß der Geschoßdurchmesser D ein Verhältnis t/D mit der Außenwanddicke t bildet, das näher bei 1/3 als das irgend eines anderen drohenden Geschosses liegt, und so, daß Kraterzacken (52, 54), die in der Außenwand (46) durch das hindurchgehende Geschoß gebildet werden, eine geringere Tiefe haben als die kombinierten Wanddicken der zentralen Büchse (48) und der Innenwand (50) und einen Hohlraum einnehmen werden, der durch die örtlich weggeräumten Teile der zentralen Büchse (48) und der Innenwand (50) zurückgelassen wird, so daß das bewegliche Teil (22) sich im Anschluß an die Beschädigung durch ein Geschoß innerhalb des Gehäuses (20) bewegen kann, und

4) eine Vorrichtung zum Betätigen des beweglichen Teils (22) innerhalb des Gehäuses (20) im Anschluß an das Auftreten der Beschädigung durch ein Geschoß.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hybridgehäuse (20) ein Zylinder ist und daß das bewegliche Teil (22) ein zylindrischer Kolben ist, der in dem Gehäuse hin- und herbewegbar ist.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (46), die zentrale Büchse'(48) und die Innenwand (50) miteinander verbunden sind.

4. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (46) und die zentrale Buche (48) aus ausgewählten Materialien hergestellt sind, so daß das Schallimpedanzverhältnis zwischen dem Außenwandmaterial und dem Material der zentralen Büchse (48) gestattet, daß die Spannungswellen, die in der Außenwand durch Geschoßaufprall und -eindringung erzeugt werden, mit ausreichender Wellenstärke auf die zentrale Büchse übertragen werden, so daß die auf die zentrale Büchse (48) ausgeübten Spannungswellen die Zerteilung derselben nahe dem Bereich des Geschoßaufpralls bewirken, darüber hinaus aber keine Beschädigung der zentralen Büchse verursachen, die sonst die Bewegung des beweglichen Teils (22) innerhalb des Gehäuses (20) im Anschluß an den Aufprall eines Geschosses verhindern würde.

5. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Zugfestigkeit der Außenwand (46) 1378,95 N/mm² oder mehr beträgt und daß das Schallimpendanzverhältnis zwischen dem Material der Außenwand (46) und dem Material der zentralen Büchse (48) ausreicht, so daß beim Aufprall und Eindringen eines Geschosses in die Außenwand (46) in der Außenwand Spannungswellen erzeugt und zu der zentralen Büchse als Spannungswellen mit einer Intensität übertragen werden, die das vier- bis fünffache der spezifischen Zugfestigkeit des Materials der zentralen Büchse in einer Richtung radial einwärts sind.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination aus der spezifischen Zugfestigkeit der Außenwand (46) und dem Schallimpedanzverhältnis zwischen den Materialien der Außenwand (46) und der zentralen Büchse (48) beim Aufprallen und Eindringen eines Geschosses in die Außenwand zu einer Spannungswellenübertragung zu der zentra-

len Büchse (48) führt, die größenordnungsmäßig weniger als das fünfzehn- bis zwanzigfache der spezifischen Zugfestigkeit des Materials der zentralen Büchse in einer Richtung radial einwärts beträgt.

7. Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchzähigkeit der Außenwand (46) ausreichend hoch ist, um die Systemfestigkeitserfordernisse zu erfüllen, aber ausreichend niedrig, so daß die Außenwandkraterzacken (52, 54), die durch das Auftreffen, Eindringen und Hindurchgehen eines Geschosses gebildet werden, innerhalb des Bereiches von zulässigen Wanddickenabmessungen der zentralen Büchse (48) liegen.

8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch kennzeichnet, daß die Außenwand (46) aus ausgewähltem Material besteht, so daß ihre Bruchzähigkeit im wesentlichen sowohl .in radialer Richtung als auch in ümfangsrichtung dieselbe ist, damit eine gleichmäßige Kraterzackenbildung der Außenwand, erzielt wird.

9. Stellantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (46) aus VIM/VAR-4340-Stahl besteht und daß die maximale Kraterzackentiefe des Außenwandmaterials, die durch ein aufprallendes, eindringendes und hindurchgehendes Geschoß hervorgerufen wird, bei einer Geschoßgeschwindigkeit auftritt, die ungefähr gleich V₅₀+ 91,44 m/s ist, wobei Vc₀ diejenige Geschoßgeschwindxgkeit ist, bei der 50% der Geschosse durch die Außenwand abgewehrt werden, und daß die Dicke der Wand der zentralen Büchse (48) wenigstens gleich der so festgelegten maximalen Außenwandkraterzackenabmessung (MPD) ist.

10. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Büchse (48) aus ausgewähl-

tem Material besteht, das eine niedrige Zugfestigkeit hat,
wenn es Zugspannungswellen ausgesetzt ist, die darin radial nach außen reflektiert werden, das eine hohe Druckbelastbarkeit in einer Richtung radial nach außen hat, so daß es
in der Lage ist, ohne Zerstörung Kräfte des sich darin befindlichen und unter Druck stehenden Hydrauliköls aufzunehmen, und das außerdem starke orthogonale Eigenschaften hat, so daß die zentrale Büchse (48) nicht beschädigt wird, wenn sie durch Abmessungsänderungen der Außenwand (46) unter
Flüssigkeitsdruck verformt wird, und daß die Zugspannung,
die in der zentralen Büchse (48) durch reflektierte Spannungswellen hervorgerufen wird, welche auf sie aufgrund
eines Geschoßaufpralls auf die Außenwand (46) ausgeübt werden, als Zugspannung entgegengesetzt zu den hydraulisch erzeugten Druckspannungen gerichtet ist.

11. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Büchse (48).aus Laminaten, Teilchen oder Lamellen hergestellt ist.

12. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Büchse (48) .aus konzentrischen Graphitlaminaten hergestellt ist, die miteinander
verbunden sind, oder aus Teilchenmaterial aus epoxidharzgebundenen und gehärteten keramischen oder intermetallischen
Hartstoffteilchen oder aus Lamellen, die durch Spritzen von schmelzflüssigem Molybdän gebildet werden, durch das sich
einzelne, verbundene Molybdänplättchen bis zu der gewünschten Wanddicke der zentralen Büchse (48) aufbauen.

13. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (50) aus einem Material
besteht, das eine ausreichend niedrige Bruchzähigkeit hat,

um mit dem Teil der zentralen Wand weggeräumt zu werden, und eine ausreichend niedrige Restspannung, so daß der Grad und die Ausrichtung von darin durch Geschoßeinwirkung gebildeten Kraterzacken wiederholbar sind.

14. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (50) aus einem Material besteht, das eine hohe Bruchzähigkeit aufgrund ihrer geringen Wanddicke und eine Restspannung in dem Bereich von -41,37 bis -68,95 N/mm² hat.

15. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (50) aus einem Material besteht, das eine ausgewählte Sprödigkeit hat und das in ausgewählter Weise isotrop ist, so daß gleichmäßige kleine Kräterzacken (50a) darin abgewandt von dem Bereich der Zerstörung aufgrund der Beschädigung durch ein Geschoß gebildet werden.

16. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1,8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Büchse (48) aus miteinander verbundenen Schichten von Laminaten besteht, und daß die Innenwand (50) mit ihr durch eine Grundierung verbunden ist, die in die inneren Laminate eindringt, so daß diese von Grundierung durchdrungenen inneren Laminate und die Innenwand (50) in dem Bereich des Geschoßaufpralls während der Geschoßeinwirkung gemeinsam weggeräumt werden, und zwar durch sich radial nach innen bewegende Dructepannungswellen, ■ die in dem äußeren Gehäuse (46) erzeugt werden, durch sich radial nach außen bewegende Druckspannungswellen, die an der Grenzfläche zwischen der zentralen Büchse (48) und der Innenwand (50) reflektiert werden, durch sich radial nach außen bewegende Zugspannungswellen, die an der innenwandfreien Innenoberfläche reflektiert werden, und durch hydraulisch

erzeugte Druckspannungen, oder die verbleibenden Kraterzakken werden am Ende des delaminierten Laminatgebietes rissig oder überbeansprucht, was zu niedrigeren Wegräumkräften an den Innenwandkraterzacken (50a) führt.

17. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (50) eine durch Elektroplattierung hergestellte Nickelwand ist.

18. Stellantrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke t der durch Elektroplattierung hergestellten Nickelinnenwand (50) und die Kraft F der Betätigungsvorrichtung des beweglichen Teils zum Wegräumen der Innenwandzacken (50a) so gewählt sind, daß folgende Gleichung erfüllt ist:

wobei K eine Konstante ist.

19. Stellantrieb nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Elektroplattierung hergestellte Nickelinnenwand (50) eine Wanddicke zwischen 0,25 und.0,76 mm hat.

20. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Elektroplattierung hergestellte Nickelinnenwand (50) galvanisch verchromt ist.

21. Stellantrieb nach einem der Anspruch 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (46) aus VIM/VAR-4 340-Stahl mit einer spezifischen Zugfestigkeit von 1378,95 bis 1516,85 N/mm* und einer Bruchzähigkeit von 827,37 N/mm² in Längsrichtung und 551,58 N/mm² in Querrichtung besteht.

22. Hydraulischer Stellantrieb mit:

Λ) einem beweglichen Teil (22), das innerhalb eines Gehäuses (20) angeordnet ist und gemeinsam mit diesem wenigstens eine Druckkammer (24, 26) zum Aufnehmen von Hydrauliköl zur Betätigung des beweglichen Teils innerhalb des Gehäuses· begrenzt, dadurch gekennzeichnet,

B) daß das Gehäuse.enthält:

1) eine Außenwand (46) mit ausgewählter Dicke t zum Erfüllen der Stellantriebsdauerfestigkeitserfordernisse,

2) eine zentrale Büchse (48) , die satt anliegend in die Aussenwand (46) eingepaßt ist und ausgewählte Trageigenschaften hat, so daß in der Außenwand (46) durch den Aufprall und das Eindringen eines Geschosses erzeugte Stoßwellen auf die zentrale Büchse (48) mit ausreichender Intensität ausgeübt werden, um die Büchse örtlich zu zerteilen und wegzuräumen/ und daß die Dicke der zentralen Büchse wenigstens gleich der Tiefe von in der Außenwand durch ein aufprallendes, eindringendes und hindurchgehendes Geschoß mit dem Durchmesser D gebildeten Kraterzacken (52, 54) ist, wob.ei dieses Geschoß ein Verhältnis t/D bildet, das näher bei 1/3 als das aller, anderen drohenden Geschosse liegt,

C) daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, zum Betätigen des beweglichen Teils (22) innerhalb des Gehäuses (20) im Anschluß an das Auftreten der Beschädigung durch ein Geschoß ,und

D) daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, durch die die zentrale Büchse (4 8) an der Innenfläche mit einer verschleißbeständigen und schützenden Schicht versehen ist, die die Betätigung des beweglichen Teils (22) in dem Gehäuse (20) im Anschluß an das Auftreten der Beschädigung durch ein Geschoß nicht verhindert.

23. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Schallimpedanz und die spezifische Zugfestigkeit (UTS) zwischen der Außenwand (46)

und der zentralen Büchse (48) durch folgende Formel ausgedrückt werden können:

P₀ 2p₀ C₀ UTS₁
UTS₂ v.p₂ C₂ + P₁ C₁ J UTS₂

wobei:

P₀ = Spannungswellenamplitude (Druck), die zu der zentralen Büchse (48) übertragen wird, UTS₀ = spezifische Zugfestigkeit der zentralen Büchse (48) in radialer Richtung,

P₂C₂ = spezifische Schallimpedanz der zentralen Büchse (48), P-C₁ = spezifische Schallimpedanz der Außenwand (46), P₁ = Massendichte der Außenwand (46), P₀ = Massendichte der zentralen Büchse (48), C₁ = Schallgeschwindigkeit in der Außenwand (46), c„ = Schallgeschwindigkeit in der zentralen Büchse (48) ,und UTS₁ = spezifische Zugfestigkeit der Außenwand (46).

24. Hydraulischer Stellantrieb mit:

A) einem beweglichen Teil, das innerhalb eines Hybridgehäuses angeordnet ist und mit diesem gemeinsam wenigstens eine Druckkammer (24, 26) begrenzt, die Hydraullköl zum Betätigen des beweglichen Teils (22) innerhalb des Gehäuses (20) empfängt,

B) dadurch gekennzeichnet, daß das Hybridgehäuse (20) aufweist:

1) eine äußere Stahlwand (46) mit ausgewählter Dicke t zum Erfüllen der Stellantriebsdauerfestigkeitserfordernisse,

2) eine zentrale Büchse (48) aus miteinander verbundenen Graphitlaminaten, die satt anliegend in der Außenwand (46) angeordnet und mit derselben verbunden ist und ausgewählte bauliche Eigenschaften hat, so daß Spannungswellen, die in der Außenwand (46) aufgrund des Aufpralls und Eindringens eines Geschosses erzeugt werden, auf die zentrale Büchse (48) mit ausreichender Intensität ausge-

übt werden, um die Büchse örtlich zu zerteilen und wegzuräumen, und daß die Dicke der zentralen Büchse (48) wenigstens gleich der Tiefe von in der Außenwand (46) durch ein Geschoß gebildeten Krater zacken (52, 54) ist, wobei die Wanddicke der zentralen Büchse (48) größer ist als die maximale Krater zackentief e (MPD), die in der Außenwand durch Aufprall und Eindringen des Geschosses gebildet wird, das einen Durchmesser D hat, der ein Verhältnis t/D mit der Außenwanddicke t bildet, das näher bei 1/3 als das jedes anderen Geschosses liegt,

3) eine durch E1ektroplattierung hergestellte Innenwand (50) au;. Nickel, .iie in der zentralen Büchse (48) angeordnet und »Uli die:_:>jr verbunden ist, so daß sie zusammen mit der zeriLralen bu> iise weggeräumt wird und durch Geschoßeinwirkuny hervorgerufene Spannungswellen, die an ihr reflektiert werden, außerdem dazu dienen, die Innenwand und die zentrale Büchse wegzuräumen und jedwede Zacken, die an der Innenwand zurückbleiben, zu schwächen.

25. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch-24, dadurch gekennzeichnet,, daß die'Außenwand (46) aus VTM/VAR-4340-Stahl mit einer spezifischen Zugfestigkeit von 1378,95 bis 1516,85 N/mm², einer Bruchzähigkeit von 827,37 bis 689,48 N/mm²

1/

(Rißlänge in inches ) und einer Wanddicke von etwa 3,18 mm besteht, daß die zentrale Büchse (48) eine Wanddicke von etwa 9,02 mm hat und daß die Innenwand (50) eine Wanddicke zwischen 0,25 und 0,79 mm hat.

26. Verfahren zum Herstellen eines Beschüß vertragenden hy- _v draulischen Stellantriebes mit einem Zylinder, durch den ein Geschoß mit einem Durchmesser D hindurchgehen kann, so daß die Art der Beschädigung durch das Geschoß, die dadurch hervorgerufen wird, weiterhin die Bewegung des beweglichen Teils des Stellantriebs innerhalb des Zylinders gestattet,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

A) Herstellen einer verschleißfesten Innenwand (50) aus einem Material mit niedriger Restspannung und mit einer Wanddicke von etwa 0,76 mm oder weniger und mit der ausgewählten Innenbohrung, die dem Stellantrieb das Ausführen seiner erforderlichen Funktion gestattet,

B) Herstellen einer Außenwand (46) mit ausgewählter Wanddicke t, die die nötigen Belastungen ohne Dauerfestigkeitsversagen aushält, damit der Stellantrieb seine erforderliche Funktion erfüllen kann, und aus ausgewähltem Material besteht, so daß das Aufprallen, Eindringen und Hindurchgehen eines Geschosses mit einem Durchmesser D Spannungswellen darin erzeugt, die in ihr übertragen werden, und daß Kraterzacken darin mit ausgewählter maximaler Kraterzackentiefe gebildet werden, die nicht größer ist als die Kraterzackentiefe, welche durch das Geschoß erzeugt wird, bei dem das Verhältnis t/D am nächsten bei 1/3 liegt, und

C) Herstellen eines zentralen Büchsenteils (48) aus einem Material mit einer niedrigen Zugfestigkeit in einer Richtung radial einwärts, so daß sie weggeräumt wird, wenn auf sie Spannungswellen von dem äußeren Gehäuse her ausgeübt und an ihr reflektiert werden, und mit einer Wanddicke, die wenigstens gleich der maximalen Außenwandkraterzackentiefe ist, und

D) Anbringen der zentralen Büchse satt anliegend zwischen der Innenwand und der Außenwand, so daß die zentrale . Büchse unter radialem Druck steht, und Verbinden derselben mit jeder Wand.