BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messkopf zur Messung von Zügen in Rohren gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Die Seele bei Geschützrohren, d.h. der Hohlraum des Rohres zwischen Verschluss und Mündung, dient zum Einschliessen für die beim Verbrennen des Pulvers erzeugten Pulvergase und überträgt deren Treibkraft auf das Geschoss.
Dieses erhält dadurch an der Mündung eine bestimmte Geschwindigkeit und Richtung sowie durch die in den vorderen Teil der Seele eingeschnittenen, schraubenförmig gewundenen Züge eine Drehung um seine Längsachse. Die Länge der Seele sollte derart bemessen sein, dass die Krafteinwirkung der Pulvergase vollständig ausgenützt werden kann. Bei heute bekannten Geschützen kann die Länge 100 Seelenweiten und sogar länger sein. Damit sind mehrere Drallängen auf die Rohrlängen keine Seltenheit.
Die Felder graben sich beim Abschuss in das Geschoss ein, und das Geschoss muss sich den Zügen folgend entsprechend drehen. Es ist leicht einzusehen, dass jede Ungleichmässigkeit oder Unstetigkeit des Dralles zu einem Kraftverlust führt und das Geschoss das Rohr zudem auch nicht mit der vorgesehenen Eigenbewegung verlässt. Es ist deshalb unerlässlich den Drall genau zu kennen und dazu muss der Verlauf der Züge über die gesamte Rohrlänge genau ausgemessen werden können.
Bei bisher auf dem Markt erschienenen Drallmessgeräten wurde ein Messknopf im Rohr bewegt und an beliebigen Stellen die Translation und die Rotation gemessen und die gemessenen Daten wurden mit berechneten Sollwerten verglichen. Die Genauigkeit derartiger Messmethoden ist aber sehr beschränkt und genügt nicht in allen Fällen.
Für das Verschiessen von zünderbestückten Geschossen ist der Drall von grösster Bedeutung. Die Züge sollten daher sehr genau vermessen werden können, um bei allfälligen Ungenauigkeiten die Fabrikationsmittel korrigieren zu können. Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Messkopf für die Ausmessung des Dralls zu schaffen, mit dem eine Messgenauigkeit bis auf 0,01 mm erreichbar ist.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruches 1 definiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Messkopfes gemäss einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine Schnittansicht des Gewichtes für die Lagebestimmung des Rotors nach der Schnittlinie II-II in Fig. 3,
Fig. 3 eine Frontalansicht auf das Gewicht gemäss Pfeil III in Fig. 1, und
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Messkopfes gemäss einer zweiten Ausführungsform.
Der Messkopf 10 in Fig. 1 umfasst eine Messhülse 11 mit beidseits angeordneten Hülsenböden 12, 13 und mit zwei Führungsringen 14, 15 nahe an den beiden Hülsenböden 12, 13 zur spielfreien Führung der Messhülse 11 an den Feldern des Rohres, die in der Zeichnung als strichpunktiert gezeichnete Linien 16 dargestellt sind. Die Hülsenböden 12, 13 sind mittels auf dem Umfang verteilt angeordneten Schrauben 17 an der Messhülse 11 befestigt.
Am einen Hülsenboden 12 ist ein elektrischer Steckeranschluss 18 befestigt und der andere Hülsenboden 13 weist eine drehbar befestigte Zug-/Stossvorrichtung 20 auf. Diese Zug-/Stossvorrichtung 20 umfasst einen Einsatz 21 mit Aussengewinde 22 und einem Flansch 23. Der Flansch 23 liegt aussen am Hülsenboden 13 an und von innen ist eine Mutter 24 auf das Gewinde 22 aufgeschraubt. Auf einen äusseren Dorn 25 ist ein Kugellager 26 aufgesetzt und zentrisch ist ein Längenmessmittel 27 in den Dorn 25 eingesetzt. Mit einer zweiten Mutter 28 ist das Kugellager 26 an seinem inneren Laufring am Einsatz 20 befestigt. Der äussere Laufring ist in einen Schwenkarm 29 eingesetzt.
An diesen Schwenkarm 29 ist ein Zug- oder Stossmittel befestigt, das dazu dient, den Messkopf 10 durch das zu messende Rohr durchzuziehen oder zu stossen. Die oben beschriebene Lagerung dient dazu, dass das Zug- oder Stossmittel beim Drehen des Messkopfes nicht mitverdreht wird.
In einem etwa mittig zwischen den beiden Führungsringen 14, 15 angeordneten Messring 30 sind radiale Bohrungen 31 mit Gewinde vorhanden. In wenigstens einer solchen Bohrung 31 befindet sich ein Messstift 32 vorzugsweise an einem Schraubbolzen 33 mit Innensechskant. Eine Gegenschraube 34, ebenfalls mit Innensechskant, dient zum Feststellen des Messstiftes 32 in der gewünschten Lage. Zum Einführen der benötigten Werkzeuge befindet sich eine Bohrung 35 diagonal zur erstgenannten Bohrung 31. Damit kann die Höhe des Messstiftes 32 über der durch die Peripherien der Führungsringe 14, 15 bestimmten zylindrischen Mantelfläche eingestellt und fixiert werden, so dass allenfalls Nuten schon in deren anfänglichen Bearbeitungsphasen vermessen werden können.
An einer Zwischenwand 36, die in diesem Ausführungsbeispiel am Ort des Messringes 30 angeordnet ist, ist eine zylindrische Hülse 37 mit Schrauben 40 über einer Ausnehmung 41 in dieser Zwischenwand 36 befestigt. In diese Hülse 37 ist ein elektrischer Winkelgeber 38 eingesetzt. Solche Winkelgeber sind in der Technik bekannt. Meistens sind ein Stator mit drei genau verteilt angeordneten Statorspulen und ein Rotor mit wenigstens einer Rotorspule vorhanden. Wenn den Statorspulen ein dreiphasiger Speisestrom zugeleitet wird, lässt sich aufgrund der in der Rotorspule induzierten Spannung die Stellung bzw. eine Stellungsänderung auf Bruchteile von Bogensekunden genau ermitteln. Ein flexibles Kabel 43 dient der Speisung und Weiterleitung der Signale zwischen dem Winkelgeber 38 und dem Steckeranschluss 18.
Um den Drehwinkel genau vermessen zu können, muss entweder der Stator oder der Rotor festgehalten werden, während der andere Teil rotieren kann. In diesem Beispiel ist der Stator über das Gehäuse starr mit der Hülse 37 verbunden.
Damit der Rotor nun immer in derselben Lage ist, wird an der Welle 39 des Winkelgebers 38 ein Pendel 42 befestigt.
Bei diesem Pendel 42 musste das Eigengewicht und das Moment das damit auf die Welle ausgeübt wird, optimiert werden, damit einerseits eine gedämpfte Pendelschwingung und anderseits eine sofortige Reaktion auf geringste Winkel änderungen des Stators bei kleinstmöglichen Abmessungen erhalten werden konnten.
Fig. 2 und 3 zeigen ein solches Pendel 42 im Schnitt und in der Ansicht. Es wurde ein Metall mit hohem spezifischem Gewicht, beispielsweise Densimet 18 der Metallwerke Plansee in Reute, Österreich, für das Pendelgewicht 44 verwendet.
Mit einer solchen Messanordnung konnten Messabweichungen mit einer Auflösung im Mikrometer-Bereich festgestellt werden. Der Durchmesser des Winkelgebers 38 begrenzt jedoch die Verwendbarkeit eines solchen Messkopfes auf Seelenweiten von etwa 40 mm. Für kleinere Seelenweiten bis zu 20 mm musste ein anderes Messystem anstelle des elektrischen Winkelgebers eingesetzt werden.
In eine Hülse 50 ist ein Laser-Polarisationsfilter 51 eingesetzt. Das aus dem Laser-Polarisationsfilter 51 austretende Licht wird in einem Kodensor 52 gesammelt und auf eine Photozelle mit integriertem Verstärker 53 geworfen.
Der Laser-Generator befindet sich ausserhalb des zu vermessenden Rohres und der Strahl trifft beispielsweise an der durch den Pfeil L bezeichneten Stelle auf.
Ein solcher Einsatz kann gut mit einem Durchmesser von 14,5 mm hergestellt werden, so dass mit dem Durchmesser der Messhülse 11 eine Verwendung bei Rohren bis 20 mm Seelenweite ermöglicht werden kann.
Die Hülse 50 ist in der Messhülse 11 starr befestigt und dreht sich zusammen mit dieser entsprechend dem mit dem Messstift 32 verfolgten Zug im Lauf. Durch die Rotation des Polarisationsfilters kann der Dunkelwert erfasst werden.
Obwohl der Dunkelwert allein keine genaueste Einstellung ergibt, lassen sich heute in bekannter Weise mit einem Computer durch Ausmessen der Dunkelwert-Kurve genaue Messwerte rechnerisch erfassen.
DESCRIPTION
The present invention relates to a measuring head for measuring trains in pipes according to the preamble of independent claim 1.
The soul of gun barrels, i.e. the cavity of the tube between the closure and the mouth serves to contain the powder gases generated when the powder is burned and transfers their driving force to the projectile.
This gives the mouth a certain speed and direction, as well as a rotation about its longitudinal axis due to the helical, coiled lines cut into the front part of the soul. The length of the core should be such that the force of the powder gases can be fully utilized. In the case of guns known today, the length can be 100 soul widths and even longer. This means that several twist lengths on the tube lengths are not uncommon.
The fields dig into the floor when it is shot down, and the floor must rotate according to the trains. It is easy to see that any irregularity or discontinuity in the twist leads to a loss of power and that the projectile does not leave the tube with the intended own movement. It is therefore essential to know the twist exactly and to do this, the course of the trains must be measured precisely over the entire length of the pipe.
In the case of swirl measuring devices previously available on the market, a measuring button was moved in the tube and the translation and rotation were measured at any point, and the measured data were compared with calculated target values. However, the accuracy of such measurement methods is very limited and is not sufficient in all cases.
The twist is of the utmost importance for the firing of detonated projectiles. It should therefore be possible to measure the trains very precisely in order to be able to correct the manufacturing means in the event of any inaccuracies. It is therefore an object of the invention to provide a measuring head for measuring the swirl, with which a measuring accuracy down to 0.01 mm can be achieved.
According to the invention, this is defined by the features in the characterizing part of independent claim 1.
Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. Show it:
1 is a sectional view of a measuring head according to a first embodiment,
2 is a sectional view of the weight for determining the position of the rotor along the section line II-II in Fig. 3,
Fig. 3 is a front view of the weight according to arrow III in Fig. 1, and
Fig. 4 is a sectional view of a measuring head according to a second embodiment.
The measuring head 10 in FIG. 1 comprises a measuring sleeve 11 with sleeve bottoms 12, 13 arranged on both sides and with two guide rings 14, 15 close to the two sleeve bottoms 12, 13 for guiding the measuring sleeve 11 without play on the fields of the tube, which in the drawing as Lines 16 drawn in broken lines are shown. The sleeve bottoms 12, 13 are fastened to the measuring sleeve 11 by means of screws 17 distributed over the circumference.
An electrical connector 18 is attached to one sleeve base 12 and the other sleeve base 13 has a rotatably attached pull / push device 20. This pulling / pushing device 20 comprises an insert 21 with an external thread 22 and a flange 23. The flange 23 lies on the outside of the sleeve base 13 and a nut 24 is screwed onto the thread 22 from the inside. A ball bearing 26 is placed on an outer mandrel 25 and a length measuring means 27 is inserted centrally into the mandrel 25. With a second nut 28, the ball bearing 26 is attached to its inner race on the insert 20. The outer race is inserted into a swivel arm 29.
Attached to this swivel arm 29 is a pulling or pushing means which serves to pull or push the measuring head 10 through the tube to be measured. The storage described above is used to ensure that the traction or pushing device is not rotated when the measuring head is turned.
Radial bores 31 with threads are present in a measuring ring 30 arranged approximately in the middle between the two guide rings 14, 15. In at least one such bore 31 there is a measuring pin 32, preferably on a screw bolt 33 with a hexagon socket. A counter screw 34, also with a hexagon socket, is used to fix the measuring pin 32 in the desired position. To insert the required tools, there is a bore 35 diagonally to the first-mentioned bore 31. The height of the measuring pin 32 can thus be set and fixed above the cylindrical circumferential surface determined by the peripheries of the guide rings 14, 15, so that grooves may already be in their initial machining phases can be measured.
On an intermediate wall 36, which in this exemplary embodiment is arranged at the location of the measuring ring 30, a cylindrical sleeve 37 is fastened with screws 40 over a recess 41 in this intermediate wall 36. An electrical angle transmitter 38 is inserted into this sleeve 37. Such angle encoders are known in the art. Usually there is a stator with three stator coils arranged precisely distributed and a rotor with at least one rotor coil. If a three-phase supply current is fed to the stator coils, the position or a change in position can be determined to within fractions of an arc second based on the voltage induced in the rotor coil. A flexible cable 43 is used to feed and forward the signals between the angle encoder 38 and the plug connection 18.
In order to measure the angle of rotation precisely, either the stator or the rotor must be held in place while the other part can rotate. In this example, the stator is rigidly connected to the sleeve 37 via the housing.
So that the rotor is now always in the same position, a pendulum 42 is attached to the shaft 39 of the angle encoder 38.
With this pendulum 42, the dead weight and the moment exerted on the shaft had to be optimized so that on the one hand a damped pendulum oscillation and on the other hand an immediate reaction to the slightest changes in angle of the stator could be obtained with the smallest possible dimensions.
2 and 3 show such a pendulum 42 in section and in view. A metal with a high specific weight, for example Densimet 18 from the Metallwerke Plansee in Reute, Austria, was used for the pendulum weight 44.
With such a measurement arrangement, measurement deviations could be determined with a resolution in the micrometer range. However, the diameter of the angle encoder 38 limits the usability of such a measuring head to a core width of approximately 40 mm. For smaller core sizes up to 20 mm, a different measuring system had to be used instead of the electrical angle encoder.
A laser polarization filter 51 is inserted into a sleeve 50. The light emerging from the laser polarization filter 51 is collected in a code sensor 52 and thrown onto a photocell with an integrated amplifier 53.
The laser generator is located outside the tube to be measured and the beam strikes, for example, at the point indicated by the arrow L.
Such an insert can easily be produced with a diameter of 14.5 mm, so that the diameter of the measuring sleeve 11 can be used for tubes with a core size of up to 20 mm.
The sleeve 50 is rigidly fastened in the measuring sleeve 11 and rotates together with the latter in accordance with the train tracked by the measuring pin 32. The dark value can be detected by rotating the polarization filter.
Although the dark value alone does not provide the most precise setting, today, in a known manner, exact measured values can be computed with a computer by measuring the dark value curve.