DE741098C - Vorrichtung zum Messen von Hoechstdrucken - Google Patents

Description

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Ein besonders wichtiges Gebiet der Schießkunde bildet die Ermittlung 'der durch die Treibmittel in Feuerwaffen erzeugten Druckvorgänge. Hierbei möchte man möglichst über den ganzen Verlauf der Druckvorgänge Aufschluß haben. Dieses Ziel ist jedoch äußerst, schwierig· zu 'erreichen, weil sich die Druckvorgänge in kleinsten Bruchteilen einer Sekunde abspielen.. Es ist zwar gelungen,

ίο unter Verwendung von Piezokristallen Apparate zu konstruieren, die den Verlauf des Druckvorganges auf elektrischem Wege registrieren. Infolge der Kompliziertheit solcher Apparaturen und ihrer Handhabung kommt

ig dieses Verfahren jedoch für den praktischen Gebrauch auf den Schießplätzen nicht in Frage, zumal auch die auf Filmstreifen aufgetragenen Kurven erst durch Entwicklung ausgewertet werden können. Man hat sich deshalb- für den praktischen Gebrauch mit der Ermittlung des besonders wichtigen maximalen Druckes- begnügt, was in fast allen Fällen für die Praxis ausreicht.

Das zur Messung des Höchstdruckes fast ausschließlich verwendete Verfahren beruht darauf, daß ein einerseits den Verbrennungsgasen ausgesetzter Druckstempel von genauem Durchmesser mit seiner Kopfseite auf einen Stauchkörper wirkt, aus dessen Verformung auf den tätig gewesenen Gasdruck geschlossen werden kann. Bei einem anderen weniger genauen und daher heute kaum noch benutzten Verfahren dringt ein Meißel durch die Druckwirkung in eine massive Kupferplatte ein, und das Maß der Eindringung wird zur Druckbestimmung benutzt.

Trotz dauernder Verbesserung und Weiterentwicklung des Meßverfahrens mit Stauchzylinder haften ihm noch eine ganze Reihe von Mängeln an, die man schon auf die verschiedenete Art zu beheben versucht hat.

Der Hauptnachteil des bisherigen Stauchverfahrens liegt darin, daß zur Messung der verschiedenen, heute im Waffenwesen vorkommenden Drucke von etwa 100 bis 6000 Atm. eine große Anzahl der verschieden-

sten Größen von Stauchzylindern zur Verwendung kommen muß. Um außerdem in den einzelnen Meßbereichen für die einzelne Zylindergröße noch, weitere Meßmöglichkeiten zu erschließen, werden wiederum noch die verschiedensten Druekstempeldurehmesser angewendet. Dieses beides bedingt den Gebrauch einer Vielzahl von Meßapparaturen. Es ist aber bekannt, daß, selbst bei genauer to Eichungsmath ade, die Verwendung verschiedener Kupferzylindergrößen sowie¹ auch verschiedener Druekstempeldurehmesser verschiedenartige Meßergebnisse zeitigt. Diese Fehler können bis zu 15o/o betragen. Außerdem kommen zeitweise noch Vorgepreßte Stauchkörper zur Anwendung, deren Abweichungen bis zu 250/0 betragen können.

Um stich die Ursachen der beschränkten Verwendungsmöglichkeit eines zylindrischen Stauchkörpers klar zu machen, muß man sich den Stauichvorgang näher betrachten: Wenn man in einem Koordinatensystem als Abszissen die Belastungen und als Ordinaten die Verkürzungen eines Stauchkörpers aufträgt, dann erhält man eine in S-Form verlaufende SchauMnie. Diese charakteristische Form rührt daher, daß der Körper zunächst nur relativ geringe Stauchungen annimmt. Wenn das Material dann zum Fließen kommt, nehmen die Stauchungen größere Werte an, was sich in einem beinahe geradlinigen Verlauf der Kurve ausdrückt. Sodann nimmt der Widerstand des Körpers wieder schnell zu, und die Kurve nähert sich dann allmählich der Waagerechten. Die im Anfangsstadium und noch mehr im Endstadium der Kurve auftretenden geringeren Stauchuragswerte zeitigen ungenauere Meßergebnisse. Man benutzt deshalb die Kurven nur bis zu ihrem oberen Wendepunkt, und hierauf beruht hauptsäch- - lieh ihr beschränkter Meßbereich.

Die nachstehend beschriebene Erfindung

schaltet nun diese Mängel aus und bringt eine Meßmethode, die den praktisch in der Ballistik vorkommenden Meßbereich in einer Meßskala zai vereinen gestattet und damit die Vielzahl der jetzt im Gebrauch befindlichen Meßkörpergrößen nebst den dazugehörigen verschiedenen Einibauapparaturen auf nur eine einzige Norm bringt.

Die sich durch diese Normung ergebenden weiteren großen Vorzüge sollen nach der Beschreibung der Apparatur noch besonders betrachtet werden.

An Stelle des bisherigen Vollmaterials des Stauchkörpers wird gemäß Abb. la als Meßkörper ein Hohlzylinder a, der vorzugsweise aus weichgeglühtem Kupfer hergestellt ist, verwendet. Die Abmessungen dieses Körpers können beispielsweise sein: Höhe =10,5 mm, Durchmesser = 7 mm und Bohrung = 4 mm.

In die Bohrung dieses Körpers dringt beim Beschüß der spitzkegelig geschliffene Kopf b (Abb. ι) eines Druckstempels c ein. Der Spitzkegel b des Stempelkopfes wird zweckmäßig z. B. auf etwa 6o° gehalten; derselbe muß gehärtet und Hochglanz geschliffen sein. Durch das Eindringen des Spitzkegels in das weiche Kupfer wird der Meßkörper, bei der obersten Zone beginnend und nach unten hin immer weiter fortschreitend, trichterförmig aufgeweitet (s. Abb. la bei t). Hand in Hand mit dieser Aufweitung geht eine gesamte Verkürzung des Meßkörpers. Dadurch, daß schon bei relativ geringen Drucken eine gut meßbare Verformung des Meßkörpers auftritt, erhält man hier schon viel größere Meßzahlen als beim Vollkörper. Mit zunehmender Eindringtiefe wächst natürlich der Widerstand, aber nur so-, daß auch dann die Meßzahlen genügend groß bleiben. Da aber als Meßzahlen Eindringtiefe des Kegels plus Stauchung des Meßkörpers benutzt werden, ergibt sich eine bedeutend größere und gleichbleibendere Meßzahl und infolgedessen viel größere Genauigkeit in der Messung. Außerdem könnte aber auch noch die Durchmesserveränderung in der obersten Zone des Meßkörpers als Meßzahl Verwendung finden.

Wie aus der Abb. 1 ersichtlich, die die genormte Vorrichtung zur Gasdruckir.essung im Geschütz fMeßei) darstellt, werden die beiden Meßeierhälften in bekannter Weise zusammengesetzt und durch den Gasdruck selbst abgedichtet. Der Kopfteil A wird mit seinem geschliffenen Ansatz C in den Stempel te Π Β eingeschoben und mittels der Halteschraube/ festgezogen oder mittels eines Bajonettverschlusses o. dgl. befestigt.

Unter Fortfall der bisherigen, oft äußerst schwierigen Zentrierung der Kupferzylinder trägt die genau eben geschliffene Druckfläche des Kopfteils in ihrer Mitte ein niedriges Federköpfchen d, welches durch Einfeiern in die Bohrung des Meßkörpers diesen hält und zentriert.

Der Druekstempeldurehmesser des Druckstempels c und somit die Druckfläche werden auf ein möglichst kleines Maß, zweckmäßigerweise 3,57 mm Durchmesser = 10 qm Fläche, gebracht.

Um eine genaue Anlage des Eindringkegels b an der oberen Bohrungskante des Meßkörpers α zu gewährleisten und andererseits eine vorzeitige Beschädigung dieser "5 Kante zu vermeiden, wird zwischen der Anlagenäehe des Stempelkopfes k am Stempelteiil B eine ganz leichte Federscheibe E (Abb. ib) beim Einsetzen des Druckstempels aufgebracht. Diese Feder kann z. B. aus Federstahl von o, 1 mm Stärke bestehen und darf keine größere Druckkraft als 0,5 bis 1 kg

besitzen. Dadurch sollen kleine, in der Praxis unvermeidliche Fehler im Tiefenmaß ausgeglichen werden und 'die richtige Anlage des Spitzkegels an der Bohrungskante gesichert werden.

Beim Gewehrgasdruckmesser wird, wie aus der Abb. 2 ersichtlich, in folgender Weise vorgegangen:

Die Druckschrauben des Gasdruckmessers hat eine zentrische Bohrung· von gleichem Durchmesser wie die Bohrung des Meßkörpers a. In diese Bohrung wird ein Haltestift / mit seinem Gewisideansatz g eingeschraubt. Dieser Haltestift trägt und zentriert in seinem vorderen Teil den Meßkörper. An seinem oberen Ende ist der Haltestift mit einer körnerartigien Vertiefung versehen·, die genau in den Spitzkegel des - Stempels paßt. Die Längenabmessungen des Haltestiftes sind so, daß, wenn er fest an dem Spitzkegel anliegt, der Meßkörper in seiner richtigen Lage fixiert wird. Beim Zusammenbau des Gasdruckmessers wird dann dessen Druckschrauben mit eingeschraubtem Haltestift und aufgebrachtem Meßkörper in das Anschraubten¹ h des Gasdruckmessers eingeschraubt. Nachdem man die Anlage der körnerartigem Vertiefung des Haltestiftes am Druckkegel verspürt, wird der Haltestift* bis zum Freiwerden seines Gewindeansatzes g losgeschraubt, aber nichtjganz zurückgezogen, so daß der Meßkörper noch gehalten wird. Der lose gleitende Stift wird dann beim Schuß noch etwas zuirückgieachoben. Die hierzu erforderliche geringe Kraft beeinflußt aber das Meßresultat nicht.

Der Hauptmeßbereich der Feuerwaffen

liegt in der Hauptsache zwischen) 500 und

* 6000 Atm. Es wird also zur Aufstellung der hierzu erforderlichen, in einem Meßköxper vereinigten Stauchtabelle bei einem Stempelquer achndtt von ioqmm 'eine Eichung von 50 bis 600 kg nötig sein. Sollte sich ergeben, daß die Meßgenauigkeit in den niedrigen Lagen noch größer gewünscht wird, vielleicht außerhalb· des Rahmens der Ballistik, so kann die gesamte Meßapparatur genau in der gleichen Form Verwendung finden. Der Meßkörper wird dann gemäß Abb. ic bis etwa zur Hälfte seiner Länge auf ein niedrigeres Durchmesaermaß gedreht, so· daß z.B. nur eine Wandstärke - von o, 5 mm übrigbleibt. Das Unterteil des Meßkörpers-, welches dann bei dieser» geringen Belastungietn keinerlei Verformung erleidet, 'dient damn nur als Sockel für die oberhalb vorgehende' Feinmessung, die mit viel größerer Genauigkeit bei handlichen Formaten vorgenommen werden kann als heute z. B. mit den winzigen Kupferzylirtdern mit 2X4 mm Abmessungen. Bei entsprechender Wandstärke können somit mit derselben Apparatur Druckmessungen von 10 bis 100 oder auch bis 500 Atm. vorgenommen werden. .

Schließlich sei noch der Fortfall der Gummizentrierringe, die jährlich zu Hunderttausenden gebraucht werden, erwähnt, ganz abgesehen von deren umständlicher Handhabung.

Im ganzen gesehen wird durch die neuartigen Meßkörper, vom Kupferwerk beginnend, die dann nur noch einen Stangeinidurchmesser herzustellen hätten, der auf den verschiedensten Maschinen weitergehende Verarbeitungspro'zeß erheblich vereinfacht. Dies trifft aber nicht nur auf die Kttpferzylinder allein zu, sondern noch in weit höherem Maße auf die verschiedenen Gasdrackmeßeinrichtungeß·

Erwähnt sei noch, daß die Messung¹ des zur Druckbestimmung anzuwendenden Maßes Eindrucktiefe plus Stauchung des Meßkörpers sehr einfach dadurch bestimmt werden kann, indem man die Meßvomchtung in folgender Weise herstellt: Als Unterteil (Tisch) der Meßvorrichtung dient ein genau gleicher Kegel wie der des Drückstempels. Auf 'diesen wird der trichterförmig geweitete Meßkörper aufgesetzt und mit einem Mikrometer auf seine Bodenfläche getastet und 'das Maß bestimmt. Bei richtiger Wahl der Abmessungen des Meßkörpers, gegebenenfalls unter konischer Ausführung der Bohrung des Meßkörpersa bzw. konischer Ausbildung des Meßkörpers selber bei zylindrischer oder auch konischer Bohrung, gelangt man im Gegensatz zu den bisherigen S-förmigen Kurven zu einem linearen oder do'ch nahezu linearen Verlauf der Druckverfoirmungskurve.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen von Höchstdrucken, insbesondere vom Explo.sionsdrucken, bei der durch einen vom Druck beaufschlagten Druckstempel ein- Meßkörper aus plastischem Material verfoirmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßkörper ein röhrenförmiger Hoihlkö'rper Äent, in dessen Bohrung das spitzkegelförmig ausgebildete Ende des Druckstempels durch die Druckwirkung eindringt und in demselben eine dem wirken- no den Höchstdruck entsprechende trichterförmige Aufweitung erzeugt.

2. Verfahren zur Ermittlung des wirksam gewiesenen Druckes bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe des Druckkoilbens plus hervorgerufener Stauchung des Meßkörpers gemessen und zur Druckbestimmung benutzt wird.

3. Verfahren zur Ermittlung des wirksam gewesenen Druckes bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekeimt,-

zeichnet, daß die durch de«. Druickstempelkegel hervorgerufene Aufweitung des Meßkörpers in der obersten Zone zur Bestimmung des wirksam gewesenen Drukkes dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsende des Druckstempels 'einen· Kegelwinkel von 6o° aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlzylinder mit zylindrischer Bohrung und Außenwand als Meßkörper dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper eine sich konisch erweiternde Bohrung aufweist oder daß ein konisch geformter Hohlkörper entweder mit zylindrischer Bohrung oder mit ebenfalls konisch geformier Bohrung verwendet wird.

7. Vorrichtung nach Ansprach 1 und 5, gekennzeichnet durch die Verwendung eines bis zur Hälfte seiner Länge auf ein niedriges Durchmessermaß (bei einer Wandstärke von beispielsweise nmr 0,5 mm im abgedrehten Teil) abgedrehten Meßzylinders.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 5 bis 7, gekennzeichnet durch ein federndes, die Zentrierung des Meßkörpers gewährleistendes Halteköpfchen (Y/), das in die Bohrung des Hohlkörpers hineinragt.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwischen Druckstempelkopf (k) und Stempelführiingsteil eingelegte., die richtige Anlage des Druck-Stempel kegeis gewährleistende schwache Federscheibe¹ (E).

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anpressen des Meßkörpers gegen den Druckstempel eine Druckschraube dient und daß außerdem in einer Bohrung dieser Druckschraube ein Stift eingeschraubt ist, der einerseits den Meßkörper hält und zentriert und andererseits durch seine Anlage am Spitzkegel die Einschrairbtiefe der Druckschraube genau festlegt.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegen-Standes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Zeitschrift für das gesamte Schieß- und Sprengstoffwesen, XXXIV. Jahrgang (1939)- S. 33 bis 38 und S. 261 bis 263; Brunswig, Das rauchlose Pulver. Berlin und Leipzig (1926), S.Heft des Werkes »Die Explosivstoffe«, gegründet von Escales, S. 288.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen