Stand der Technik J2010/003

Titel: Vorrichtung zum Testen der Funktionsfähigkeit von Sicherheitseinrichtungen von Zündern

Autor: Harald Marzari, Peter Broghammer
Unternehmenseinheit: JUNGHANS Microtec GmbH

Der technische Lösungsvorschlag bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Testen der Funktionsfähigkeit von Sicherheitseinrichtungen von Zündern.

Sicherheitseinrichtungen von Zündern dienen dazu, ein unbeabsichtigtes Auslösen eines Zündens einer Zündladung zu unterbinden bzw. eine Vorrohrsicherheit zu gewährleisten. Als Entsicherungskriterien zum Entsichern von Sicherungsmitteln einer Sicherheitseinrichtung werden z. B. das Überschreiten eines Beschleunigungsgrenzwerts beim Abschuss eines mit Zünder versehenen Geschosses, das Vorliegen eine Beschleunigungswertes über einen definierten Zeitraum hinweg, Detektion einer Drallbewegung usw. herangezogen.

Zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Sicherheitseinrichtung für einen Zünder waren bisher Schießversuche mit sogenannten Prüflingen auf wehrtechnischem Gelände und eine anschließende Auswertung des Beschusses erforderlich. Da mit einem Beschuss jedoch Beschädigungen der Komponenten einer Sicherheitseinrichtung einhergehen, können nachteiligerweise oftmals keine eindeutigen Ergebnisse gewonnen bzw. Konsequenzen aus einer Fehlfunktion eines mit einer zu testenden Sicherheitseinrichtung versehenen Prüflings gezogen werden. Weiterhin problematisch ist beim Test von Sicherheitseinrichtungen, bei denen als Entsicherungskriterium ein Beschleunigungswert mit Impulsdauer im ms-Bereich herangezogen wird, dass auch anhand von Versuchen mit entsprechenden Prüflingen mit einer Schocktestanlage oder einem Fallturm keine zuverlässigen Aussagen über die Funktionsfähigkeit einer derartigen Sicherheitseinrichtung ableitbar sind. Denn bei diesen Versuchen werden zwar – insbesondere bei Einsatz eines Fallturms – hohe Beschleunigungswerte erreicht, es lassen sich jedoch nur Impulsdauern im µs-Bereich realisieren. Eine Funktion bzw. eine Fehlfunktion eines Prüflings mit einer derartigen Sicherheitseinrichtung kann dadurch nicht nachgewiesen werden.

Wünschenswert wäre daher eine Vorrichtung zum Testen der Funktionsfähigkeit von Sicherheitseinrichtungen von Zündern, die keinen teuren und aufwändigen Beschuss auf wehrtechnischem Gelände erfordert und anhand der eine zuverlässige Aussage über Funktion oder Fehlfunktion einer Sicherheitseinrichtung getroffen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung umfassend eine Drehtellerzentrifuge mit einem darauf entlang des Durchmessers der Drehtellerzentrifuge angeordneten Rohr vorgeschlagen, in welchem ein mit einer Sicherheitseinrichtung versehener Prüfling mittels eines Haltemittels halterbar ist und welches an seinem dem Rand der Drehtellerzentrifuge zugewandtem Ende mit einem Aufprallmittel versehen ist.

Der Lösungsvorschlag geht dabei von der Erkenntnis aus, dass mit einer Drehtellerzentrifuge über Einstellung der Drehzahl je nach Testzweck erforderliche Fliehkräfte einstellbar sind. Es ist also möglich, Beschleunigungen mit Impulsdauern in gewünschter Länge zu erzeugen. Des Weiteren geht der Lösungsvorschlag von der Erkenntnis aus, dass über die Materialwahl des Aufprallmittels Impulshöhe und Impulsbreite einstellbar sind. Nach Freigabe des Prüflings durch das Haltemittel kann dieser somit einem Impuls gewünschter Höhe und Dauer ausgesetzt werden.

Durch die auf einer Drehtellerzentrifuge basierende Vorrichtung ist es möglich, Laborversuche vor Ort durchzuführen. Es fallen weder Beschusskosten bei der Durchführung von Tests auf wehrtechnischem Gelände an noch muss nach Absolvierung von Tests eine Bergung / Suche der verschossenen Prüflinge vorgenommen werden.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Test von Sicherheitseinrichtungen, die als Sicherungsmittel ein Doppelbolzensystem umfassen. Ein solches Doppelbolzensystem ist zum Beispiel in der DE 199 01 045 B4 offenbart.

Zweckmäßigerweise erstreckt sich das Rohr zwischen Mittelpunkt des Drehtellers und Rand des Drehtellers, wobei die Drehachse senkrecht zum Mittelpunkt des Drehtellers verläuft.

Bei dem Prüfling handelt es sich um einen Zünder, der mit der zu testenden Sicherheitseinrichtung versehen ist und der geschickterweise in einer zylinderförmigen Halterung, bevorzugt aus Kunststoff, angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser der Halterung nur unwesentlich geringer als der Innendurchmesser des Rohres ist. Die Halterung erfüllt den Zweck eines Adapters und ist hinsichtlich des Außendurchmessers auf den Innendurchmesser des Rohres abgestimmt und bezüglich des aufzunehmenden Prüflings an die Bauform des Zünders angepasst. Durch die Wahl einer geeigneten Halterung können somit mit der gleichen Vorrichtung beliebige Prüflinge getestet werden.

Es ist auch denkbar, von einer Halterung für den Prüfling abzusehen und diesen direkt mittels des Haltemittels im Rohr zu haltern. Wie zuvor ausgeführt, werden die Abmessungen des Rohres und des Prüflings bzw. der Halterung entsprechend der zu testenden Sicherheitseinrichtung bzw. des damit versehenen Zünders gewählt. Anstelle des Rohres kann auch ein Bauteil mit einem anderen Hohlprofil und ein darauf abgestimmter Prüfling bzw. eine darauf abgestimmte Halterung zum Einsatz kommen.

Praktischerweise ist der Prüfling bzw. die Halterung mit dem Prüfling über das dem Mittelpunkt des Drehtellers zugewandten Ende des Rohres in dasselbige einbringbar und über das Haltemittel halterbar. Der Prüfling bzw. die Halterung wird dabei zweckmäßigerweise so in das Rohr eingebracht, dass die Längsachse des Zünders entlang des Radius des Drehtellers ausgerichtet ist und die Spitze des Zünders in Richtung Mittelpunkt des Drehtellers „schaut“.

Vorteilhafterweise erfüllt die Halterung den Zweck eines Schlittens, welcher sich innerhalb des Rohres bewegen kann und vor Aktivierung der Vorrichtung, bis zum Erreichen einer voreingestellten Drehzahl der Drehtellerzentrifuge in einer Grundposition mittels des Haltemittels gehaltert wird.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Haltemittel für den Prüfling bzw. für die mit dem Prüfling bestückte Halterung um einen Hubmagneten. Ein Hubmagnet kann auf einfache Weise elektrisch angesteuert werden, wodurch eine Freigabe des Prüflings bzw. der Halterung nach Erreichen einer voreingestellten, gewünschten Drehzahl über ein entsprechendes Steuermittel automatisch umgesetzt werden kann.

Der Hubmagnet ist zweckmäßigerweise auf der äußeren Mantelfläche des Rohres im Bereich des dem Mittelpunkt des Drehtellers zugewandten Endes des Rohres angeordnet. Zur Fixierung des Prüflings bzw. der Halterung ist vorgesehen, dass ein Stift des Hubmagneten durch eine Bohrung im Rohr hindurch in eine entsprechende Aussparung im Prüfling bzw. in der Halterung eingreift, welcher infolge eines entsprechenden Freigabesignals aus der Aussparung herausgezogen werden kann.

Das Aufprallmittel ist bevorzugt im Inneren des Rohres angeordnet. Besonders geschickt ist es, wenn das Aufprallmittel auf einer Platte befestigt ist, mit der das dem Drehtellerrand zugewandte Ende des Rohres verschließbar ist. Dadurch kann eine kompakte Anordnung geschaffen werden.

Als Aufprallmittel lassen sich kostengünstige, einfach erhältliche Mittel wie ein Gummikissen, eine Schraubenfeder oder ein Tennisball einsetzen. Je nach gewünschter bzw. benötigter Impulshöhe bzw. Impulsbreite kann aus diversen Aufprallmitteln gewählt werden.

Ein Ausführungsbeispiel für einen Aufbau einer Vorrichtung 2 gemäß Lösungsvorschlag ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Auf dem Drehteller 6 einer Drehtellerzentrifuge 4 wird mittels einer nicht dargestellten Platte aus Stahl ein Rohr 8 aus Aluminium befestigt. Das Rohr 8 erstreckt sich dabei entlang des Durchmessers in Richtung Mittelpunkt des Drehtellers 6 und weist eine Länge von 430 mm, einen Außendurchmesser von 90 mm und einen Innendurchmesser von 70 mm auf. Der Drehteller 6 besitzt einen Durchmesser von 1000 mm, seine Drehachse 10 verläuft durch seinen Mittelpunkt. Das Rohr 8 ist an seinem dem Rand des Drehtellers 6 zugewandten Ende mit einer Platte 12 verschlossen, auf welcher ein Aufprallmittel 14, vorliegend eine Schraubenfeder, angeordnet ist.

Der Prüfling 16, ein mit der zu testenden Sicherheitseinrichtung versehener Zünder, ist in einer Kunststoffhülse 18 fixiert und so innerhalb des Rohres 8 angeordnet, dass die Zünderspitze in Richtung Mittelpunkt des Drehtellers 6 „schaut“. Außen am Rohr 8 ist ein Haltemittel 20 in Form eines Hubmagneten vorgesehen, über welchen die als verfahrbarer „Schlitten“ dienende Kunststoffhülse 18 mit Prüfling 16 in einer Grundposition gehalten werden kann.

Mittels der gezeigten Vorrichtung 2 konnten Beschleunigungswerte im Bereich von 800 g und Impulsbreiten von 4 ms realisiert werden.

Nachfolgend ist die Funktionsweise der Vorrichtung 2 kurz beschrieben:
In einem ersten Schritt wird der zu untersuchende Prüfling 16 in einer Kunststoffhülse 18 angeordnet, in das Rohr 8 eingebracht und über den Hubmagneten in der Grundposition fixiert. In einem nächsten Schritt wird die Drehtellerzentrifuge 4 auf die voreingestellte, gewünschte Drehzahl gebracht – d.h. die für den Testzweck erforderliche Fliehkraft wird eingestellt. Nach Erreichen der Drehzahl wird der „Schlitten“ und damit der Prüfling 16 durch den Hubmagneten über ein nicht dargestelltes Steuermittel freigegeben. Dabei wird ein durch eine Bohrung im Rohr hindurch greifender Stift 22 des Hubmagneten aus einer in der Kunststoffhülse 18 vorgesehenen Aussparung herausgezogen. Daraufhin wird der Schlitten mit dem Prüfling 16 fliehkraftbedingt in Richtung Aufprallmittel 14 beschleunigt (siehe Pfeil).

Um die Beschleunigungswerte (Impulshöhe und Impulsdauer) messtechnisch erfassen zu können, wird der zuvor beschriebene Testablauf auch mit einem zum Prüfling 16 gewichtsgleichen Dummy, der mit einem Beschleunigungsaufnehmer bestückt ist, durchgeführt. Alternativ kann auch vom Einsatz eines Dummys abgesehen und der Prüfling 16 oder die Kunststoffhülse 18 selbst mit einem Beschleunigungsaufnehmer bestückt werden.

In Fig. 2 ist ein Messdiagramm für einen mittels der Vorrichtung 2 getesteten Prüfling 16 mit einer ein Doppelbolzensystem umfassenden Sicherheitseinrichtung dargestellt, in welchem die Impulshöhe über die Impulsdauer aufgetragen ist. Im Fall des Impulses mit einem Maximalwert von 700 g (blauer Kurvenverlauf) trat keine Entsicherung des Doppelbolzensystems auf. Im Fall des Impulses mit einem Maximalwert von 870 g (roter Kurvenverlauf) kam es zu einer Teilentsicherung des Doppelbolzensystems und im Fall des Impulses mit einem Maximalwert von 930 g (grüner Kurvenverlauf) kam es – wie geplant – zu einer vollständigen Entsicherung des Doppelbolzensystems. Die Überprüfung des Zustands der Sicherheitseinrichtung des Prüflings 16 wurde dabei jeweils unmittelbar im Nachgang zu einem Test noch im Labor vorgenommen.