DE3736014C2

DE3736014C2 - Vorrichtung zur dynamischen Innendruckprüfung von Waffenrohren

Info

Publication number: DE3736014C2
Application number: DE19873736014
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Boeder
Original assignee: Rheinmetall Industrie AG
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1987-10-23
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2007-10-24
Also published as: DE3736014A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Innendruckprüfung von Waffenrohren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Innendruckprüfungen von Waffenrohren werden vorgenommen, um tatsächliche Beanspruchungen des Waffenrohres beim Schießbetrieb zu simulieren und dienen weitgehend der Waffenrohr-Auslegung bzw. während der folgenden Produktion der Bauteilüberprüfung.

Da während des Schusses die Waffenrohre längs des Waffenrohres zur Mündung hin mit geringer werden dem Gasdruck belastet werden, ist eine statische Prüfmethode zur Innendruckprüfung über die gesamte Rohrlänge nicht optimal und kann deshalb nur abschnittsweise mit unterschiedlichen Innendruck-Beaufschlagungen durchge führt werden. In üblicherweise verwendeten Simulator- Vorrichtungen, in denen eine solche abschnittsweise hydraulische quasi-statische Innendruckprüfung vorgenom men werden kann, können jedoch die Belastungs- und Entlastungsphasen des Waffenrohres nur etwa tausend mal langsamer simuliert werden als beim tatsächlichen Schießbetrieb. Besonders bei dünnwandigen Waffenrohren, beispielsweise Panzerfaustrohren, insbesondere solchen aus GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff), sind stati sche Innendruckprüfungen wegen der dabei auftretenden Kriechbewegung des Werkstoffes sowie wegen einer relativ schnell anwachsenden unterkritischen Riß-Fortpflanzungsgeschwin digkeit im Überdruckbereich nicht einsetzbar, da auf diese Weise die tatsächlich während des Schießbe triebes erzielbare dynamische Beanspruchung des Werk stoffes nicht ermittelt werden kann.

Aus der DE-OS 35 04 685 ist eine Vorrichtung zur dynamischen Innendruckprüfung von Geschützrohren bekannt.

Bei dieser Vorrichtung wird mit einer komplex auf gebauten hydraulischen Schlag-Vorrichtung unter Einwirkung auf eine Kolbenstange ein plötzlich ein geleiteter Druckstoß erzeugt, welcher unter Druckab fall längs des Waffenrohres in einer Hydraulikflüs sigkeit in einem Ringspalt im Innern des Waffenrohres verläuft. Der Ringspalt wird zwischen der Innenwand des Waffenrohres und dem sich nahezu über die gesamte Länge des Waffenrohres erstreckenden und in diesem längsaxial beweglich angeordneten Kolbenstange ge bildet, dessen freie Stirnfläche als Kolben genutzt wird.

Nachteilig bei der in der DE-OS 35 04 685 beschriebenen Vorrichtung ist einerseits die sehr kompliziert und damit fertigungstechnisch aufwendige Vorrichtung zur Erzeugung des schlagartig eingeleiteten Druckpulses und zweitens die im Waffenrohr durch den Druckpuls längsaxial bewegte sehr lange Kolbenstange, deren Bewegung zu einer zusätzlichen längsaxialen Streckung des zu prüfenden Waffenrohres führt. Zur dynamischen Innendruckprüfung von dünnwandigen Waffenrohren ist eine solche Vorrichtung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur dynamischen Innendruckprüfung von Waffenrohren zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau zur schlagartigen Druckpuls-Erzeugung auszeichnet und die zur dynamischen Innendruckprüfung insbesondere dünnwandiger Waffenrohre geeignet ist, Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merk male.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrich tung zur dynamischen Innendruckprüfung von Waffenroh ren ist darin zu sehen, daß der erforderliche Druckpuls in einfachster Weise unter Nutzung der Fallbeschleuni gung einer Fallmasse erzeugt wird. Bei gegebenen Abmes sungen eines den Druckpuls in einem Hydraulikmedium erzeugenden Kolbens, der sich außerhalb des Waffenrohres befindet, ist beispielsweise durch die wählbare Fall höhe in einfacher Weise die Größe des benötigten Druckpulses für die dynamische Innendruckprüfung des betrachteten Waffenrohres einstellbar. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch einen einfachen Aufbau aus, so daß sie wartungs freundlich ist und leicht für eine dynamische Innendruck prüfung eines betreffenden Waffenrohres, insbesondere eines dünnwandigen Waffenrohres, beispielsweise eines Panzerfaustrohres, hergerichtet werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsge mäßen Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Zuhilfenahme der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles - zur dynamischen Innendruckprüfung eines Panzerfaustrohres - näher erläutert.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 mit einer verti kalen Längsachse 12 besteht aus einem Unterteil 14, einem darauf befestigten ersten Aufsatz 16, einem darauf befestigten zweiten Aufsatz 18 und einem auf dem zweiten Aufsatz 18 angebrachten Kopfteil 20.

Das Unterteil 14 ist nach unten durch einen Boden 22 abgeschlossen und besitzt eine zentrisch angeordnete Prüfkammer 24. Im Boden 22 des Unterteiles 14 in der Vorrichtung 10 ist mittig ein Innenrohr 26 ange bracht, welches in die Prüfkammer 24 von unten her hineinragt. Das Innenrohr 26 besitzt eine untere Sack bohrung 28, welche durch radiale Öffnungen 30 unten im Innenrohr 26 mit Kanälen 34 im Boden 22 des Unterteiles 14 in Verbindung steht, wobei Kanäle 34 in die Prüf kammer 24 münden. Durch diese Maßnahme steht die untere Sackbohrung 28 im Innern des Innenrohres 26 in hydrau lischer Verbindung mit der Prüfkammer 24. Das Innenrohr 26 weist mehrere radiale Bohrungen 32 und in seinem oberen Bereich eine zentrische obere Sackbohrung 36 auf. Im Bereich der oberen Sackbohrung 36 im Innenrohr 26 befinden sich andererseits radiale Öffnungen 38, die in die obere Sackbohrung 36 des Innenrohres 26 münden. In einem nicht näher bezeichneten oberen Bereich des Unterteiles 14 ist eine Zuflußöffnung 40 und eine, vorteilhafterweise gegenüber angeordnete, Ab flußöffnung 42 in der Prüfkammer 24 des Unterteiles 14 der Vorrichtung 10 vorgesehen. Das Innenrohr 26 wird von einem zu prüfenden Waffenrohr 44, hier ein dünnwandi ges Panzerfaustrohr mit einem Mündungsbereich 46 und einem Brennkammerbereich 48 sowie einer Laval-Düse so, umschlossen. Das Panzerfaustrohr 44, das vollständig von der Prüfkammer 24 aufgenommen wird, ist dabei über dem Innenrohr 26 so angeordnet, daß die Mündung 46 des Panzerfaustrohres 44 gegen den Boden 22 des Unterteiles 14 weist und eine im Innern des Waffenrohres im Übergangs bereich zwischen Brennkammer 48 und Laval-Düse 50 befind liche Stützkante 49 vom Innenrohr 26 getragen wird. Das Waffenrohr 44 steht nicht auf dem Boden 22 auf. Der Außendurchmesser des Innenrohres 26 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Panzerfaust-Waffen rohres 44, so daß zwischen dem Innenrohr 26 und dem Waf fenrohr 44 ein Ringspalt 52 gebildet wird, der sich nach oben bis zum Beginn der Laval-Düse erstreckt, da dies auch der vertikalen Erstreckung des Innenrohres 26 im Waffenrohr 44 entspricht. In der Laval-Düse 50 des Waffenrohres 44 ist ein Zentriereinsatz 54 angebracht, der sich bündig an das Innenrohr 26 anschließt und der im unteren Bereich eine zentrische Bohrung 56 aufweist, die wiederum mit der zentrischen Bohrung 36 oben im Innenrohr 26 in Verbindung steht. An die zentrische Bohrung 56 im Zentriereinsatz 54 schließt sich ein zentrischer Zylinderraum 58 an. Der Zentrier einsatz 54 ist in einer Ausnehmung 60 des ersten Aufsatzes 16 gelagert. In einem oberen Bereich weist der Zentriereinsatz 54 einen Stützkragen 62 auf, der im ersten Aufsatz 16 der Vorrichtung 10 abgehängt ist und der durch den auf den ersten Aufsatz 16 aufge brachten zweiten Aufsatz 18 der Vorrichtung 10 festgehalten wird. Auch der zweite Aufsatz 18 ist mit einer zentrischen Ausnehmung 64 versehen, die im oberen Bereich des zweiten Aufsatzes 18 zu einer weiten Ausnehmung 66 vergrößert ist und zur Aufnahme eines Anschlagringes 68 dient.

Dieser Anschlagring 68 begrenzt den Abwärtshub eines Schlagstückes 70, das mehrfach im Durchmesser abgesetzt und mit einem Kragen 72 versehen ist. Der Kragen 72 wird in einer zentrischen Ausnehmung 74 im Kopfteil 20 der Vorrichtung 10 in seiner Bewegung entlang der Längs achse 12 geführt. Die Bewegung des Schlagstückes 70 nach unten wird dadurch begrenzt, daß eine am Schlagstück vorgesehene Anschlagkante 76 auf den Anschlagring 68 im zweiten Aufsatz 18 der Vorrichtung 10 aufschlägt. In seinem oberen Bereich 78 wird das Schlagstück 70 in einer als Führung 80 ausgebildeten zentrischen Ausnehmung im Kopfteil 20 der Vorrichtung 10 geführt. Am unteren Teil des Schlagstücks 70, das sich vom Kopfteil 20 über den zweiten Aufsatz 18 bis in den ersten Aufsatz 16 der Vorrichtung 10 erstreckt, ist ein Kolben 82 angebracht, der wiederum im Zylinderraum 58 im Zentriereinsatz 54 in vertikaler Richtung beweglich angeordnet ist. Der Kolben 82 ist durch nicht näher bezeichnete, an sich bekannte Dichtungsmittel im Zylinderraum 58 des Zentriereinsatzes 54 gegenüber Flüssigkeitsdruck abgedichtet. Zur schlagartigen Belastung des Schlagstücks 70 ist eine von oben her auf das Schlagstück 70 wirkende Fallmasse 84 vorgesehen, durch welche eine schlagartige vertikale Abwärtsbewegung des Schlagstückes 70 und des damit verbundenen Kolbens 82 eingeleitet wird.

Für eine dynamische Innendruckprüfung des Panzerfaust- Waffenrohres 44 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 in der in der Zeichnung dargestellten Weise aufge baut. Durch die Zuflußöffnung 40 im Unterteil 14 der Vorrichtung 10 wird ein geeignetes Hydraulikmittel, vor zugsweise Wasser, durch eine an sich bekannte, nicht erfindungswesentliche Vorrichtung in die Prüfkammer 24 im Unterteil 14 der Vorrichtung 10 eingepumpt. Durch die Kanäle 34 im Boden 22 des Unterteiles 14 strömt das Wasser durch die radialen Öffnungen 30 des Innenrohres 26 in dessen untere Sackbohrung 28 und von dort durch die radialen Bohrungen 32 in den Ringspalt 52 zwischen Waffenrohr 44 und Innenrohr 26. Im Bereich der Brennkammer 48 des Waffenrohres 44 strömt das Wasser durch die radialen Öffnungen 38 im oberen Bereich des Innenrohres 26 in dessen zentrische obere Sackbohrung 36 und gelangt von dort durch die zentrische Bohrung 56 des Zentrier einsatzes 54 in den Zylinderraum 58. Durch geeignete Wahl der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers wird in der Prüfkammer 24 und damit auch im Innenrohr 26 und dem Zentriereinsatz 54 ein solcher Strömungsdruck erzeugt, daß der mit dem Schlagstück 70 verbundene Kolben 82 im Zylinderraum 58 aus seiner bis dahin tiefsten Position in eine in der Zeichnung abgebildete Position nach oben gedrückt wird. Der Abfluß des Wassers aus der Druckkammer 24 im Unterteil 14 der Vorrichtung 10 durch die Abflußöffnung 42 im Unterteil 14 wird bis zu diesem Zeitpunkt durch eine an sich bekannte, nicht erfindungswesentliche Maßnahme gedros selt. Die Abflußöffnung 42 dient darüber hinaus der Entlüftung beim Füllen der Prüfkammer 24. Entspre chend der Strömungsgeschwindigkeit des in die Prüf kammer 24 gepumpten Wassers in Verbindung mit geeig neter Drosselung hinter der Abflußöffnung 42 ist außerdem ein gewünschter Vordruck in der Prüfkammer 24 einstellbar.

Ein für die dynamische Innendruckprüfung des zu unter suchenden Panzerfaust-Waffenrohres 44 notwendiger Druckpuls wird dadurch erzeugt, daß die Fallmasse 84 aus einer entsprechenden Höhe von oben auf das Schlagstück 70 fallengelassen wird. Durch die Einwir kung der Fallmasse 84 auf das Schlagstück 70 und die damit schlagartig eingeleitete Abwärtsbewegung des mit dem Schlagstück 70 verbundenen Kolbens 82 wird in dem Zylinderraum 58 im dort befindlichen Wasser ein Druckpuls erzeugt. Die Abwärtsbewegung des Schlagstückes 70 ist beendet, wenn die am Schlagstück 70 ange brachte Anschlagkante 76 auf den Anschlagring 68 im zweiten Aufsatz 18 aufschlägt. Vorzugsweise wird die Abbremsung des Schlagstückes 70 durch den Anschlag ring 68 eher beendet, als der Kolben 82 mit seiner unteren Stirnfläche gegen die untere Stirnfläche des Zylinderraumes 58 anschlagen kann. Dadurch wird eine zusätzliche Schlageinwirkung auf den Zentriereinsatz 54 und damit auf das zu prüfende Waffenrohr 44 vermieden. Der im Zylinderraum 58 erzeugte Druckpuls pflanzt sich über die zentrische Bohrung 56 unten im Zentriereinsatz 54 fort und gelangt von dort durch die zentrische Bohrung 36 und über die radialen Öffnungen 38 des Innenrohres 26 in den Brennkammerbereich 48 des Waffenrohres 44. Damit wird im Ringraum 52 zwischen dem Waffenrohr 44 und dem Innenrohr 26 der Druckpuls unter Druckabfall längs des Waffenrohres 44 zu seiner Mündung 46 hin weiter fortgeleitet.

Ein Teil der Flüssigkeit im Ringraum 52 wird infolge des Druckpulses durch die radialen Bohrungen 32 aus dem Ringraum 52 in die untere Sackbohrung 28 des Innenroh res 26 abgeleitet, wodurch sich ein zusätzlicher Druckab fall längs des Waffenrohres 44 ergibt.

Entsprechend der Anzahl der radialen Bohrungen 32 im Innenrohr 26 und entsprechend des vertikalen Abstandes zwischen ihnen ist der für die Prüfung des Waffenrohres 44 gewünschte Druckgradient längs des Waffenrohres 44 in vorteilhafter Weise einstellbar. Außerdem kann durch Variation der Durchmesser der radialen Bohrungen 32 im Innenrohr 26 der gewünschte Druckgradient eingestellt werden, wobei die radialen Bohrungen 32 im Innenrohr 26 beispielsweise auch entlang einer helixförmigen Bahn des Innenrohres 26 angeordnet sein können. Weitere Maßnahmen zur Erzielung eines bestimmten Druckgradienten sind die Variation der Anzahl der radialen Bohrungen 32 im Innenrohr 26 oder eine beliebige Kombination der vorgestellten Einstellungsmöglichkeiten. Die optimale Größe, Anzahl und Verteilung der radialen Bohrungen 32 im Innenrohr 26 wird beispielsweise mit Hilfe einer Compu ter-Simulation ermittelt und festgelegt.

In vorteilhafter Weise ermöglicht daher die Erfindung, einen für das zu prüfende Waffenrohr gewünschten Druck gradienten einzustellen, der den tatsächlich beim Schuß auftretenden Beanspruchungen des untersuchten Waffen rohres entspricht.

Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung
12 Vertikale Längsachse von (10)
14 Unterteil von (10)
16 Erster Aufsatz von (10)
18 Zweiter Aufsatz von (10)
20 Kopfteil von (10)
22 Boden von (14)
24 Druckkammer
26 Innenrohr
28 Sackbohrung in (26)
30 Radiale Öffnungen unten in (26)
32 Radiale Bohrungen in (26)
34 Öffnungen in (22)
36 Zentrische Bohrung oben in (26)
38 Radiale Öffnungen oben in (26)
40 Zuflußöffnung in (14)
42 Abflußöffnung in (14)
44 Waffenrohr
46 Mündungsbereich von (44)
48 Brennkammerbereich von (44)
49 Stützkante von (44)
50 Laval-Düse von (44)
52 Ringspalt zwischen (26) und (44)
54 Zentriereinsatz
56 Zentrische Bohrung in (54) unten
58 Zentrischer Zylinderraum oben in (54)
60 Zentrische Ausnehmung in (16)
62 Stützkragen von (54)
64 Zentrische Ausnehmung in (18) unten
66 Ausnehmung für (68)
68 Anschlagring
70 Schlagstück
72 Kragen von (70)
74 Zentrische Ausnehmung in (20) zur Führung von (72)
76 Anschlagkante von (70)
78 Oberer Bereich von (70)
80 Führung von (78) in (20)
82 Kolben
84 Fallmasse

Claims

1. Vorrichtung zur dynamischen Innendruckprüfung von Waffenrohren, bei der ein durch schlagartige Kraft beaufschlagung eines Kolbens erzeugter initialer Flüssigkeits-Druckpuls in und längs des Waffenrohres unter Berücksichtigung seines wegabhängigen Druckab falls als Prüfdruck dient, gekennzeich n e t durch folgende Merkmale:

a) die Vorrichtung (10) mit einer vertikalen Längs achse (12) umfaßt ein Unterteil (14) mit wenigstens einem darauf angebrachten Aufsatz (18) und einem auf dem Aufsatz (18) be festigten Kopfteil (20);
b) das Unterteil (14) der Vorrichtung (10) ist nach unten durch einen Boden (22) abgeschlossen und enthält eine Prüfkammer (24), in welcher das zu prüfende Waffenrohr (44) aufrecht, mit seinem Mündungsbereich (46) nach unten weisend ange ordnet werden kann;
c) im Innern der Prüfkammer (24) ist ein zentrisch angebrachtes und mit dem Boden (22) des Unter teils (14) verbundenes Innenrohr (26) vorgesehen, dessen äußerer Durchmesser kleiner ist als ein Innendurchmesser (Kaliber) des zu prüfenden Waf fenrohres (44);
d) mit dem Innenrohr (26) ist ein darauf angeordneter Zentriereinsatz (54) verbunden, der einen zentri schen Zylinderraum (58) enthält, in dem der den Druckpuls erzeugende Kolben (82) entlang der ver tikalen Längsachse (12) der Vorrichtung (10) ver schiebbar angeordnet ist;
e) der Kolben (82) ist an einem Schlagstück (70) be festigt, das außerhalb des Waffenrohres (44) im Aufsatz (18) und im Kopfteil (20) der Vorrichtung (10) entlang der vertikalen Längsachse (12) be weglich geführt wird;
f) das in die Prüfkammer (24) eingebrachte und das Innenrohr (26) umschließende Waffenrohr (44) bil det mit dem Innenrohr (26) einen Ringspalt (52), der mit dem Zylinderraum (58) des Zentrierein satzes (54) und mit der Prüfkammer (24) hydrau lisch verbunden ist;
g) der Vorrichtung (10) ist eine Fallmasse (84) zu geordnet, die nach einer kontrollierten Strecke freien Falles auf das Schlagstück (70) einwirkt und so über den mit dem Schlagstück (70) ver bundenen Kolben (82) den als Prüfdruck verwen deten Druckpuls in einer die Vorrichtung (10) füllenden Hydraulikflüssigkeit erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Innenrohr (26) so an geordnet ist, daß das Waffenrohr (44) mit einer inneren Stützkante (49) auf dem Innenrohr (26) so aufliegt, daß das Waffenrohr (44) ge genüber längsaxialen zur Mündung (46) des Waffen rohres (44) gerichteten Kräften gestützt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Innenrohr (26) eine untere Sackbohrung (28) und mehrere in diese untere Sackbohrung (28) mündende radial angeord nete Bohrungen (32) enthält, so daß der zwischen dem Waffenrohr (44) und dem Innenrohr (26) gebil dete Ringspalt (52) hydraulisch mit der unteren Sackbohrung (28) des Innenrohres (26) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Innenrohr (26) radial angeordnete untere Öffnungen (30) enthält, die in die untere Sackbohrung (28) des Innen rohres (26) münden und die über ihnen zugeord nete Kanäle (34) im Boden (22) des Unterteils (14) der Vorrichtung (10) die untere Sackbohrung (28) mit der Prüfkammer (24) hydraulisch verbin den.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem Kopf teil (20) und dem Unterteil (14) der Vorrichtung (10) ein erster Aufsatz (16) und ein zweiter Auf satz (18) angebracht sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zentriereinsatz (54) einen Stützkragen (62) aufweist, der in ei ne entsprechenden Ausnehmung im ersten Aufsatz (16) der Vorrichtung (10) eingehängt und dort in längsaxialer Richtung gestützt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Schlagstück (70) während seiner längs der vertikalen Längsachse (12) durch Einwirkung der Fallmasse (84) hervorgeru fenen Bewegung in einer entsprechenden zentri schen Ausnehmung (74) im Kopfteil (20) der Vor richtung (10) geführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Unterteil (14) der Vorrichtung (10) wenigstens eine Zuflußöff nung (40) und wenigstens eine Abflußöffnung (42) zum Ein- bzw. Ableiten eines Hydraulikmittels in bzw. aus der Prüfkammer (24) enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Begrenzung der längsaxialen Bewegung des Schlagstückes (70) unter Einwirkung der Fallmasse (84) im unter dem Kopfteil (20) angeordneten zweiten Aufsatz (18) ein Anschlagring (68) angebracht ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß ein für die Innen druckprüfung des Waffenrohres (44) gewünschter Druckabfall längs des Waffenrohres (44) durch unterschiedlich gewählte Durchmesser der radi alen Bohrungen (32) im Innenrohr (26), durch unterschiedlich gewählte Abstände der radialen Bohrungen (32) zu einander, durch Variation der Anzahl der radialen Bohrungen (32) oder durch eine beliebige Kombination dieser Maßnahmen eingestellt wird.