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Apparat zum Indizieren von Geschützrohren.
Der Apparat hat den Zweck, einen Einblick in die inneren Vorgänge eines Geschützrohres während des Schusses zu verschaffen. Dies geschieht in der Weise, dass man die Geschwindigkeit ein und desselben Geschosses in mehreren Punkten seiner Bewegung im Rohre misst. Die gemessenen Geschossgeschwindigkeiten werden als Ordinaten in ein rechtwinkliges Koordinatensystem eingetragen, in welchem die zugehörigen Geschosswege die Abszissen bilden. Aus der so erhaltenen Geschwindigkeitskurve kann man die Beschleunigungskurve bzw. die Gasdruckkurve ableiten, so dass man tatsächlich einen vollen Einblick in die inneren Vorgänge des Rohres beim Schusse erhält.
Der Apparat kann sowohl für Geschütze als auch für Gewehre verwendet werden : bei letzterer Verwendung gestaltet er sich etwas einfacher, es soll daher im folgenden nur von einem für Gewehre bestimmten Apparate die Rede sein und erst später die für ein Geschützapparat sich ergebende unwesentliche Abweichung erwähnt werden. Der Apparat beruht auf Induktionswirkung und setzt sich aus zwei Hauptteilen zusammen : l. Jenen Elementen, in welchen durch die Bewegung des Geschosses eine elektromotorische Kraft induziert wird und welche daher als Induktionselemente benannt seien.
Diese werden in entsprechender Anzahl an jenen Punkten des Gewehrlaufes befestigt, in welchen die Geschossgeschwindigkeit gemessen worden soll.
2. Aus dem Messapparate, welcher die in den Induktionselementen induzierten elektromotorischen Kräfte aufzeichnet. Aus letzteren kann leicht auf die Geschossgeschwindigkeiten zurückgeschlossen werden.
1. Die Induktionselemente bestehen, wie aus Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, aus einer zwei getrennte Wicklungen a1 und a2 enthaltenden Spule a und zwei schmiedeisernen
Schalen b1 und b' !,. Die Spule a wird auf den Gewehrlauf c aufgeschoben und hierauf die beiden Schalen bl und darübergegeben und mit ihren Schrauben d am Gewehrlaufe festgeklemmt. Auf diese Weise werden mehrere solcher Elemente am Gewehrlaufe befestigt.
Um alle in gleichen Abständen voneinander zu erhalten, wie es für die Messung am zweck- mässigsten ist, wird zwischen je zwei Elemente ein dünnes Mcssingröhrchcn f gegeben.
Alle Induktionselemente sind vollkommen gleich ausgebildet, werden aber so auf den
Gewehrlauf aufgesetzt, dass der Wicklungssinn der gleichartigen Windungen bei benachbarten
Elementen der entgegengesetzte ist. Entsprechend den Windungen al und a2 der Induktions- elemente kommen bei dom Apparate zwei Stromkreise in Betracht. Der erste Stromkreis (Fig0 3) enthält ausser den Windungen a1 der Induktionselemente, welche alle hintereinander
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des von Bi gelieferten Stromes auf ein bestimmtes Mass gebracht wird.
Der durch die Batterie erzeugte Strom verursacht, indem er durch die Windungen al der Induktionselemente fliesst, einen magnetischen Kraftlinienfluss, dessen Verlauf durch die
Schalen b1 und b2 und den von demselben umschlossenen Teil des Gewehrlaufes gegeben ist. In Fig. 1 ist der Verlauf der Kraftlinien durch die Linie f angedeutet.
Die Schalen und b2 dienen, wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, nur dazu, um den ) Kraftlinien einen ganz bestimmten Weg um die Elementwindungen herum vorzuschreiben.
Da dies auf einem anderen Wege auch erreicht werden kann, so sind die Schalen b1 und b2 nicht unbedingt notwendig und können da wo sie unbequem werden (bei Geschützrohren) weggelassen werden.
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Es wurde früher bemerkt, dass die Windungen al der benachbarten Elemente in entgegengesetzter Richtung gewickelt sind. Wurde das nicht der Fall sein, hätten also alle den gleichen Wicklungssinn, so würden auch die erzeugten Kraftlinien aller Elemente in demselben Sinne verlaufen und es würden Kraftlinien benachbarter Elemente teilweise ineinanderfliessen und dadurch die Messung der induzierten elektromotorischen Kräfte störend beeinflussen. Sind die Windungen benachbarter Elemente hingegen entgegengesetzt gewickelt, so hat jedes Element seinen eigenen, von den anderen unbeeinflussten Kraftlinienftuss. Der zweite Stromkreis enthält alle Windungen a2 hintereinander geschaltet. Auch hier ist der Wicklungssinn bei benachbarten Elementen aus später zu erörterndem Grunde entgegengesetzt.
Ausser den Wicklungen a2 der Induktionselemente enthält dieser Stromkreis noch einen induktionslosen Widerstand R2 und den Messapparat. Der Widerstand R2 ist so zu bemessen, dass der induktive Widerstand dieses Stromkreises gegen ihn vernachlässigt werden kann. Sollte jedoch die Genauigkeit der Messresultate auch die Berücksichtigung der Selbstinduktion notwendig erscheinen lassen, so kann dies, wenn der Selbstinduktionskoeffizient des ganzen Stromkreises bekannt ist, sehr einfach geschehen. Es soll nun im folgenden zuerst die Wirkungsweise der Induktionselemente erklärt werden.
Wird aus dem Gewehre ein Schuss abgegeben, so muss das Geschoss nacheinander alle Induktionselemente passieren. Da dasselbe aber einen Stahlmantel besitzt, dessen Querschnitt sich beim Eintreten in ein Induktionselement zu dem von den Schalen b1 und b2 umschlossenen
Eisenquerschnitte dazuaddiert, so entsteht dadurch eine Vermehrung der Kraftlinienzahl innerhalb der Elementwicklungen. Beim Austreten des Geschosses aus dem Induktionselemente wird hingegen die vergrösserte Kraftlinienzahl wieder auf das frühere Mass verringert.
Es muss daher in beiden Fällen in den Windungen al und a2 pro Windung eine
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geschwindigkeit und die in den Windungen a1 bzw. a2 induzierte elektromotorische Kraft gleich dem Produkte aus der Änderung der Kraftlinienzahl nach dem Geschosswege mal der Geschossgeschwindigkeit.
Da in beiden Stromkreisen die Selbstinduktion unterdrückt ist, kann man für den zweiten Stromkreis schreiben :
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10 = Ohmscher Widerstand des zweiten Stromkreises.
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tt == btrom dem t entsprechend.
Zur Bestimmung des v muss Zähler und Nenner bekannt sein. Die Produkte it. 10 werden
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eines gleichen Gewehrlaufes ein Geschoss bis in die Mitte hineingepresst (Fig. 6) und dann ein Induktionselement auf dasselbe aufgesetzt. Durch Verschieben des Induktionselementos von Teilstrich zu Teilstrich und Messen des +, das jeder Stellung desselben entspricht, erhält man eine Schaulinie, welche die Beziehung zwischen und s wiedergibt. Eine solche Linie ist in Fig. 7 schematisch dargestellt.
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wird. Die Produkte it.w werden, wie bereits erwähnt, vom Messapparate aufgenommen.
Eine solche Aufnahme sei durch Fig. 8 schematisch dargestellt.
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wird jedoch keinen grossen Fehler begehen, wenn man annimmt, dass auf dem kleinen Geschosswege, auf welchem das Ansteigen bzw. Abfallen des erfolgt, das v konstant bleibt.
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Die gemachte Annahme bezüglich v wird noch durch die Tatsache gerechtfertigt, dass selbst bei vollkommen gleichen Pulverladungen die Geschossgeschwindigkeiten, als Anfangsgeschwindigkeiten gemessen, immer etwas verschieden sind, so dass ein kleiner Fehler zu- lässig wird.
Zu erwähnen ist noch, dass bei der Festlegung der #-Linie die relative Lage eines bestimmten Punktes des Geschosses gegenüber dem Induktionselemente in Betracht zu
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Induktionselement massgebend.
Hat man also eine Anzahl lnduktionse ! cmento am Gewehrlaufe befestigt, so kann man mit ziemlicher Genauigkeit angeben, in welchen Punkten die Geschossgeschwindigkeiten gemessen werden. Hiebei entsprechen, da in jedem Induktionselemente zwei elektromotorische
Kräfte induziert werden, jedem Induktionselemente zwei Messpunkte, so dass man die doppelte
Anzahl von Geschossgeschwindigkeiten misst als Induktionselemente vorhanden sind.
Die in der besprochenen Weise induzierten elektromotorischen Kräfte sind, da durch den dünnen Stahlnantel dos Geschosses nur eine kleine Kraftlinienvermehrung stattfindet. sehr klein, so dass es sich vielleicht empfehlen wird für die Messungen eigene Geschosse herzustellen, die einen grösseren Eisenquerschnitt haben. Das kann man dadurch erreichen, dass man in den Stahhuantel des Geschosses ein Bündel dünner Eisendrähte hineinsteckt und die Zwischenräume mit Blei ausgiesst. Auf diese Weise kann man die induzierten @ elektromotorischen Kräfte verzehnfachen.
2. Messapparat. Weiden die freien Enden zweier gerader, gleich starker Drähte d1 und d2 (Fig. 10), welche aus ein und demselben Materiale gefertigt sind und welche auf
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geschlossen, so werden auf der ganzen Strecke αss zwischen den Drähten Funken überspringen. Werden aber beide Drähte nach einem Kreisbogen gekrümmt, so dass die Ebene,
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welche durch beide gelegt werden kann, jetzt ein Teil einer Kreiszylinderfläche wird, und worden die Funken zwischen den Drähten der Einwirkung eines magnetischen Kraftfeldes (Fig. 11) ausgesetzt, so werden zufolge der Ablenkungswirkung des Magnetfeldes alle Funken zu einem einzigen im Punkte A vereinigt.
Punkt A ist hiebei jener Punkt der sich als Kreisbogen projizierenden Drähte dl und , in welchen die Tangente an denselben parallel zur Kraftlinienrichtung dos Feldes'/'1 ist. Wird nun der Funken, bei welchem eine konstante Richtung vorausgesetzt wird, noch der Einwirkung eines zweiten Magnetfeldes h2 ausgesetzt, dessen Richtung auf der des ersteren senkrecht steht, so muss der Funken der Einwirkung beider Felder Folge leisten. Trägt man die Ablenkungskräfte p1 und p2 in ihren Richtungen als ihren Grössen proportionale Strecken auf und setzt dieselben zu einer Resultierenden r zusammen, so wird der Funken der Einwirkungen von r folgend nach einem Punkte Al abgelenkt, den man dadurch erhält, dass man durch den Mittelpunkt des Krümmungskreises der Drähte eine Parallele zu r zieht.
Der Schnittpunkt mit der Kreislinie ist A. Hier ist die Tangente an den Kreisbogen senkrecht zur resultierenden Ablenkungskraft r. Aus Fig. 11 ist deutlich zu entnehmen, dass, je grösser ist, desto grösser die Ablenkung des Funkens aus der Mittellage A resultiert ; und da P2 positiv oder negativ sein kann, so muss dementsprechend der Funken nach der einen oder der anderen Seite von A ausschlagen. Dieses soeben besprochene Prinzip soll bei dem Messapparate zur Anwendung kommen. Und zwar soll das Magnetfeld r11 durch einen Stahlmagnet oder durch einen von einer eigenen Batterie B2 (Fig. 3) gespeisten Elektromagnet J erzeugt und für die Messung auf ein bestimmtes konstantes Mass gebracht werden.
Das Magnetfeld ftz soll hingegen durch ein in den Stromkreis der Windungen a2 eingeschaltetes Solenoid oder einen in diesen Stromkreis eingeschalteten Elektromagnet M2 erzeugt werden. Die Anordnung mit zwei Elektromagneten und M2 ist in Fig. 5 im Auf-und Grundrisse herausgezeichnet.
Magnet, welcher im Aufrisse, im Schnitte und ohne Magnetwicklung dargestellt ist, hat in dem einen Magnetpole einen dünnen Schlitz er, dessen Zweck später besprochen wird.
Entsprechend dem Anwachsen und Abnehmen der in den Induktionselementen induzierten elektromotorischen Kräfte muss nach dem Gesagten der Funken von A bis zu einem Punkte maximaler Ablenkung wandern und wieder nach A zurückkehren. IIiebei entspricht selbst- verständlich jeder elektromotorischen Kraft eine andere maximale Ablenkung.
Da jede zweite induzierte elektromotorische Kraft die entgegengesetzte Richtung hat,
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erfolgen. Damit dies aber in Wirklichkeit stattfindet, müssen bei dem früher besprochenen entgegengesetzten Wicklungssinne je zweier benachbarter Windungen al auch die benachbarten Windungen a, entgegengesetzt gewickelt sein.
Die abwechselnde Ablenkung des Funkens nach beiden Seiten von A ist für die Deutlichkeit der Aufnahme von Vorteil und soll deshalb zur Anwendung kommen.
In Fig. 8 ist eine Aufnahme mit dem Apparate schematisch dargestellt. Es sind
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Für die praktische Verwendung des Apparates soll zur Funkenerzeugung zwischen den Drähten dl und d2 (Fig. 11) ein Funkeninduktor J (Fig. 3) verwendet werden, dessen primäre Spule von einer eigenen Batterie, den Strom erhält.
Es werden daher die auftretenden Funkenentladungen oszillierende sein und man hat zwei entgegengesetzte Funkenrichtungen zu unterscheiden. Die Funken der ursprünglich angenommenen Richtung werden nach A abgelenkt, jene aber von der entgegengesetzten Richtung nach der entgegengesetzten Seite des Magnetfeldes 111'Damit aber letztere die Aufnahme nicht stören, müssen sie unschädlich gemacht werden. Das soll durch folgende Anordung geschehen :
Es wird der droht du U-förmig gebogen (Fig. 4) und in die Mitte zwischen seine beiden Enden. parallel zu denselben der Draht d', !. gegeben. In Fig. 4 sind die Drähte d1 und d2 im Aufrisse im gebogenen, im Grundrisse im gestreckten Zustande dargestellt. d1 und d2 sind hier ebenfalls gleich stark und aus dem gleichen Materiale gedacht.
Damit die Funken nur auf der Strecke'1. ss zwischen den Drähten überspringen, wird der Abstand αγ etwas grösser gehalten als der Abstand einer der Äste d1 von d2.
Ein Funken, welcher der in Fig. 4 eingezeichneten Stromrichtung entspricht, würde sich in A derart teilen, dass der eine Teil 1 hinauf-, der andere Teil 2 heruntergerichtet wäre. In dem Magnetfelde @1 können aber beide nicht bestehen, denn nur der Teil 2 würde nach dem Punkte. 1, der Teil 1 aber nach der anderen Seite des Magnetfeldes abgelenkt werden. Es ist ihm daher auf der ganzen Strecke αss keine Möglichkeit geboten zu entstehen, daher beschränkt sich der Funken dieser eingezeichneten Stromrichtung nur auf den Tell dz
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funken 1 und 2 in die entgegengesetzten. Jetzt hat aber der Teil 1 jene Richtung, vermöge welcher er nach A abgelenkt wird, und Teil 2 muss verschwinden.
Entsprechend der oszillierenden Entladung wird also einmal der untere (1), das andere Mal der obere Funkenteil 2 bestehen bleiben.
Um die Funkenbildung zu erleichtern, werden die Drähte d1 und dg in eine Geisslersche Röhre eingebaut, von welcher der untere Teil entsprechend dem Funkenteile 1 geschwärzt wird (in Fig. 4 durch Schraffierung angedeutet), so dass nur der Teil 2 zur photographischenAufnahmebenütztwird.
Um die photographische Aufnahme der Bewegung des Funkens bzw. seiner Amplituden zu ermöglichen und dieselbe in möglichst grossem Massstabe zu erhalten, ist auf der Aussenseite der Röhre ein Spiegel 81 angebracht, der die Lichtstrahlen radial durch den engen Schlitz a des Magnetes M2 reflektiert. Hier treffen die Lichtstrahlen auf den kleinen Metallspiegel 82 (Fig. 3), von welchem sie auf die photographische Platte geworfen werden.
Es ist aber noch notwendig, die einzelnen Aufnahmen der elektromotorischen Kräfte voneinander zu trennen. Würde man nämlich mit dem eben besprochenen Apparate die induzierten elektromotorischen Kräfte aufnehmen, so würden alle Aufnahmen in ein und dieselbe Linie fallen, so dass man aus denselben nichts ersehen könnte.
Die Trennung der Aufnahmen geschieht mit Hilfe des Spiegels < S, indem dieser in rasche Rotation versetzt wird. Die Umdrehungszahl desselben bestimmt sich folgender Erwägung. Nimmt man an, dass das Geschoss die sehr kurze Zeit von einer sechshundertstel Sekunde braucht, um bis zur Laufmündung zu gelangen, so müssen in dieser Zeit etwa zehn oder noch mehr elektro- motorische Kräfte aufgenommen werden. Nimmt man ferner an, dass bei entsprechender Ent- fernung der photographischen Platte vom Spiegel 82 eine Drehung des letzteren um 100 genügt, um alle Aufnahmen deutlich getrennt voneinander zu erhalten, so bestimmt sich die Um- drehungszahl des Spiegels 82 mit 1000 pro Minute. Sollte sich eine deutlichere Trennung der Aufnahmen als notwendig erweisen, so kann die Tourenzahl des Spiegels erhöht werden.
Es ist noch vorteilhaft, wenn der Spiegel 82 gleichmässig rotiert, wenn er also durch ein reguliertes Uhrwerk angetrieben wird. Der Vorteil ist darin gelegen, dass dann die Entez
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elektromotorischen Kräfte (Fig. 8), von der hiebei noch in Betracht kommenden Winkelfunktion abgesehen, umgekehrt proportional sind den mittleren Geschossgeschwindigkeiten zwischen den entsprechenden Messpunkten. Sie bieten daher eine gute Kontrolle für die erhaltenen Aufnahmen.
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bestimmten Stellung befinden muss, damit die Lichtstrahlen wirklich auf die photographischePlatte geworfen werden. Das kann auf einfache Weise erreicht werden, wenn, wie das bei vielen Gesclützen der Fall ist, eine elektrische Abfeuerungsvorrichtung vorgesehen wird.
Es wird dann in den Abfeuerungsstromkreis eine einfache Kontaktvorrichtung eingeschaltet, welche denselben nur im Momente, als der Spiegel 82 sich in geeigneter Stellung befindet, schliesst.
. Eine solche Abfeuerungsvorrichtung, welche an jener Welle des den Spiegel °S2 drehenden Uhrwerkes angebracht wird, welche die kleinste Umdrehungszahl besitzt, ist folgende : Es wird auf das freie Ende der Welle eine offene Metallbüchse tl aufgesetzt (Fig. n), in welche ein niedriges zylindrisches Glasgefäss G unverdrehbar eingesetzt wird.
Im Inneren dieses Glasgefässes befinden sich radial an seine Böden angeschmolzen zwei Platinstifte Z und Z2@ die mit dem einen Ende durch die Glaswand hindurchgeführt sind und an je einen Metallknopf Pi bzw. P2 angeschmolzen sind. Die Metallbüchse, an welcher P1 anliegt, ist mit dem einen Pole der Abfeuerungsbatterie, eine Blattfeder , die gegen/ drückt, ist mit dem zweiten Pole derselben verbunden. Werden die beiden Stifte Zt und X metallisch miteinander verbunden, so wird dadurch bei niedergedrücktem Taster l'der Abfeuerungsstrom kreis geschlossen.
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zu ersehen ist, einen Winkel von etwa 900 ein.
Sind beide Stifte nach abwärts geneigt, so dass sie mit der Vertikalen denselben Winkel einschliessen, so sollen ihre Spitzen gerade in das Hg tauchen ; Wird die Welle aber nur wenig gedreht, so soll der eine Stift ans dem Quecksilber heraustreten, damit der Kontakt wieder geöffnet wird. Der genaue Zeit-
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Zum Löschen der Unterbrechungsfunken befindet sich über dem Quecksilber eine Schichte Alkohol.
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während das 11g stets unten bleibt. Im Momente als und Z2 in die früher besprochen Lage kommen, erfolgt der Kontaktschluss, der bei der weiteren Drehung sofort unterbrochen wird.
Zweite Ausführung des Messapparates. Hiebei kommt dasselbe Prinzip in anderer Form zur Durchführung.
Die beiden früher besprochenen Drähte d, und d2 sollen nun ganz kreisförmig gekrümmt werden und, in einer luftvordünnten Röhre eingebaut, in der in Fig. 12 dargestellten Weise in die Felder und der Magnete Mt und M2 gelegt werden. Zufolge der oszillierenden Entladung und zufolge der Ablenkungswirkung von At wird jetzt auf jeder Seite von A, ein Entladungsfunken A und B entstehen. Beide Funken stehen einander diametral gegenüber und werden auch durch 42 immer so aus den Mittellagen A bzw. B abgelenkt, so dass sie stets diametral bleiben. Da man nur einen Funken für die Aufnahme benötigt, so wird jene Hälfte der Röhre, in welcher sich der Funken B bewegt, geschwärzt.
Wird in den Mittelpunkt der kreisförmig gekrümmten Röhre ein kleiner Metallspiegel S3 gebracht, welcher die spiegelnde Fläche der Seite A schräg zukehrt (Fig. 12) und wird die Aussenseite der Röhre auf der Hälfte A mit dem Metallspiegel 81 belegt, so worden die von diesem radial nach innen reflektierten Lichtstrahlen auf den Spiegel S3 fallen und durch diesen auf den rotierenden, früher besprochenen Spiegel S2 geworfen, durch dessen Vermittlung sie auf die photographische Platte P gelangen.
Die Änderungen, welche sich beim Apparate als notwendig erweisen, wenn derselbe für Geschütze verwendet werden soll, betreffen nur die Induktionselemente. Diese sind jetzt nicht mehr alle gleich ausgebildet, sondern sie müssen dem sich nach vorne zu verjüngenden Rohrquerschnitte angepasst werden. Jedes Induktionselement erhält entsprechend der Stelle, an welcher es angebracht werden soll, andere Durchmesser-und Längendimensionen. Die Schalen b1 und b2 würden hier zu schwer ausfallen und wird man daher den Kraftlinienfluss der Induktionselemente in anderer Weise fixieren.
Die Bestimmung, der Linie muss hier für jedes Induktionselement einzeln geschehen, indem man alle Induktionselemente an ihren entsprechenden Stellen auf das Rohr aufsetzt und dann das Geschoss (ohne Führungsband) im Rohre von 5 zu 5 oder 10 zu 10 mm verschiebt und in jeder Stellung in dem entsprechenden Induktionsolemente die Messung des' besorgt.
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Die Geschosse haben hier an und für sich einen grossen Eisenquerschnitt, so dass es nicht notwendig ist, denselben zu vergrössern.
Verwendung des Apparates. Hat man mit Hilfe des Apparates die Geschossgeschwindigkeiten an mehreren Punkten des Rohres gemessen und die erhaltenen Werte in ein rechtwinkliges Achsensystem als Ordinaten eingetragen, in welchem die zugehörigen Geschosswoge die Abszissen bilden, so kann man aus dieser Geschossgeschwindigkeitskurve die Be-
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irgendeinem Punkte der Geschwindigkeitskurve mit der Abszisse einschliesst. Für diesen
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punktes gibt daher die Beschleunigung in dem betreffcnden Punkte.
Für die Rohrkonstruktion und für die Beurteilung von Pulversorten ist die Gasdruckkurve von Wichtigkeit. Man wird daher mit Benützung der festgelegten Geschwindigkeitsund Beschteunigungskurve die Gasdrücke in einzelnen Punkten rechnen und zu einer Kurve verbinden.
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