Fragen zur Physik beim LG

Hallo Heinzelmann

Was das dieseln angeht so ist es eigentlich ganz einfach. Bei einem Federkolbengewehr wird die Luft ja erst Komprimiert und durch die Kompression entsteht auch wärme. Das funktioniert wie bei einem Automotor, irgendwann entzünden sich die Öldämpfe die durch die Reibung entstehen und schon hast du den Dieseleffekt. Bei einem Pressluftgewehr hast du keine Kompression wie bei Federkolbenwaffen. Der Druck ist schon da und wird nur durch den Regulator auf 70 bar heruntergeregelt.

Wie der Druck hinter einem Diabolo ist der gerade angetrieben wird kann ich dir leider nicht sagen.

Gruß
Para

Diese Frage grassiert auch momentan im FT Bereich. Wir hatten mal vor das anhand verschiedener Messungen V0 - V40 ermitteln zu können. Mal sehen was dabei herauskommt. Meine Vermutung ist, das Federdruckwaffen im Gegensatz zu den Pressluftwaffen einen etwas höheren Druck entwickeln. Eigene vorläufige Berechnungen gehen in Richtung 90bar. Ohne Gewehr.

Gruß

Spy

Hallo,

und herzlich willkommen bei den schreibenden Usern. Und dann auch gleichzeitig meinen Glückwunsch zur Qualität deines ersten Beitrags.

Ich versuche mich mal an einer Teilantwort.

Die Luftmenge ist bei einem Federdruckgewehr begrenzt duch das Innenvolumen des Kompressionszylinders bei Umgebungsdruck also 1bar. Dieses (unkomprimierte) Luftvolumen entspricht mit ca. 100ccm einem Volumen von 0,5ccm bei 200bar. Es steht für jeden Schuss nur sehr wenig Luft zu Verfügung, verglichen mit einem Pressluftgewehr. Um trotzdem das Dia entsprechend zu beschleunigen muss für einen sehr kurzen Zeitraum eine Druckspitze erzeugt werden, die deutlich größer ist als bei einem Pressluftgewehr. Dieser extreme Druck, wenn auch nur für Millisekunden vorhanden, entzündet den Ölnebel im Kompressionsraum. Eine Miniexplosion ist die Folge, die Waffe dieselt.

Der Dieseleffekt ist unerwünscht, weil die Waffe damit unkontrollierbar wird und Treffen Glücksache. Irgendwo habe ich aber mal gelesen, dass ein minimales Dieseln erstens unvermeidbar ist und zweitens sogar erwünscht. Man hat ein Federdruckluftgewehr in einen Plastiksack gesteckt und diesen evakuiert, so dass keine Luft und kein Sauerstoff mehr im Sack und im Gewehr waren. Dann hat man reinen Stickstoff oder ein anderes Gas in den Sack geleitet. Die Kompressionshülse war danach mit reinem Stickstoff gefüllt. Dann das Gewehr im Sack gespannt und einen Schuß abgegeben. Die Vo war deutlich geringer, weil mangels Sauerstoff nicht die kleinste Entzündung möglich war. Dieser Effekt war reproduzierbar. Sobald das Gewehr wieder mit Luft geschossen wurde, war die Vo wieder höher.

Deshalb ist so extrem wichtig das System eines Federdruckgewehrs so gekonnt wie möglich zu fetten. Mit dem richtigen Fett und der genau richtigen Menge. Wobei gilt weniger ist meistens mehr.

Das Diabolo beginnt seine Bewegung nicht bei dem Druckmaximum der Druckspitze sondern vorher. Dann wenn der Druck groß genug ist, die Reibung des Dia zu überwinden und die Verformungsarbeit zu leisten, das Dia in den Lauf und die Züge und Felder zu zwingen. Dann steigt der Druck weiter an und beschleunigt das Diabolo weiter im Lauf.

Das gesamte Luftvolumen im Transferport und im Lauf beträgt maximal 10ccm. Trotzdem würde, weil der Druck nachdem er das Maximum überschritten hat (das Dia ist immer noch im Lauf!) das Dia nicht endlos weiter beschleunigt werden, weil irgendwann der Druck diese Arbeit gegen die Reibung des Dias im Lauf nicht mehr leisten kann.

Deshalb kann man bei gleichem Volumen des Kompressionszylinders den Lauf auch nicht einfach länger machen, um z.B. die Präzision zu steigern. Und deshalb gibt es auch die HW97k mit k wir kurzer Lauf. Die 97k ist wahrscheinlich auch deshalb so gut, weil Lauflänge und Kompressionsvolumen gut aufeinander abgestimmt sind.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Systeme einer F-97k und einer "starkeen" WBK-pflichtigen bis auf die Feder identisch sind. Auch wieder dasgleiche kleine Luftvolumen. Die stärkere Feder beschleunigt den Kolben noch schneller und baut einen noch höheren Druck auf.

Wie groß dieser Druck ist, weiß ich nicht, aber ich schätze das kurzzeitige Druckmaximum liegt über 200bar vielleicht sogar bei 300bar.

Zu den Temperaturen. Ich glaube die kennt niemand. Es wird ein sehr komplexer Temperaturverlauf mit sehr schnellen Veränderungen sein. Die Maximaltemperatur der komprimierten Luft könnte bei einigen hundert Grad liegen, aber eben auch nur für Millisekunden, sodass sie keine Gelegenheit hat, Teile des Systems nennenswert zu erwärmen.

Der Kompressionsvorgang wird hier sehr schön beschrieben. Mein Lieblings-Link-Hinweis

Gruß

Musashi

Zitat

Original von Musashi
Zu den Temperaturen. Ich glaube die kennt niemand. Es wird ein sehr komplexer Temperaturverlauf mit sehr schnellen Veränderungen sein. Die Maximaltemperatur der komprimierten Luft könnte bei einigen hundert Grad liegen, aber eben auch nur für Millisekunden, sodass sie keine Gelegenheit hat, Teile des Systems nennenswert zu erwärmen.

Durch Handauflegen nicht, aber man kann sie berechnen. Das Stichwort hier heißt "adiabatische Kompression". Dr. Bruno Brukner hat in seinen erstklassigen Büchern "Faustfeuerwaffen" und "Die Luftpistole" dazu einiges geschrieben, allerdings viel zuviel, als daß ich das jetzt (auch ein Zeitproblem) hier reinsetzen könnte. Und zusammenfassen kann ich es auch nicht, ohne daß ein Physiker nochmals drüberschaut. Die Temperaturen betragen aber, je nach Modell und Spannsystem, einige hundert Grad Celsius - allerdings meist derart kurzzeitig, daß keine Wärme auf das Systemgehäuse übertragen wird, wie Musashi schon geschrieben hat. Brukner hat die Formeln in seinem Buch aufgelistet.

Zitat

Original von heinzellmann
In der Grafik sieht das so aus, als würde die Feder mit der Vorn angebrachten Kolbendichtung voll gegen den vorderen Anschlag knallen?!

Warum konstruirt man das nicht so, dass die Feder auf eine zweite Schlägt, wodurch die Feder "abgefedert" wird und nciht so abrupt gestoppt wird?! Das macht doch mit der Zeit die Kolbendichtung hinüber!?

In der Regel reicht das Luftpolster zwischen dem Kolben und dem noch nicht in Bewegung befindlichen (bzw. langsam startenden) Diabolo aus, um den Kolben zu bremsen. Aus diesem Grund soll man auch kein Federdruckgewehr leer abschlagen, weil dann der Luftpuffer fehlt.

Kurz gesagt gibt es diverse Systeme, den Kolben vorn sanft(er) abzufangen, etwa "Inertia"-Kolben, bei dem ein zweites Gewicht sozusagen hinten am Kolben hängt und erst dann auf ihn aufschlägt, wenn er wieder zurückprallen will - sozusagen ein bewußter Auffahrunfall. War aber zu kompliziert und hat sich nur bei Exoten bewährt. Andere Vertrauen da auf ihre Rechenkünste und die Qualität der Federn, daß nichts aufeinanderknallt. Denn hier gehts um ultrakurze Distanzen...

Zitat

In der Grafik sieht das so aus, als würde die Feder mit der Vorn angebrachten Kolbendichtung voll gegen den vorderen Anschlag knallen?!

Ist das wirklich so?? Kann ich mir nicht vorstellen / Leider (oder zum Glück) hatte ich noch kein LG offen, um das mal praktisch zu sehen!

Warum konstruirt man das nicht so, dass die Feder auf eine zweite Schlägt, wodurch die Feder "abgefedert" wird und nciht so abrupt gestoppt wird?! Das macht doch mit der Zeit die Kolbendichtung hinüber!?

Der Kolben schlägt beim Federkolbengewehr eigentlich immer vorne mit voller Wucht an.
Es ist mir nur ein Gewehr bekannt, wo dort ein Feder-/Gummielement sitzt, das den Anschlag nennenswert bremst: Das Haenel 312.

Bei den anderen Federdruck-Matchwaffen wird dieser harte Anschlag m.W. nicht wirklich gedämpft, Feinwerkbau verwendet allerdings einen kleinen Kunststoffdämpfer auf der Kolbenspitze.

Eine Dämpfung ist, bei richtiger Berechnung der Waffe, eigentlich auch nicht erforderlich, da der Kolben erst dann anschlagen sollte, wenn das Dia aus dem Lauf ist.

Für die Präzision ist ein anderer Faktor entscheidend, nämlich der Augenblick, in dem der Kolben beschleunigt wird.
Der Kolben wird nach vorne beschleunigt, das System stößt sich also nach hinten ab, es erfolgt eine unerwünschte Waffenbewegung.
Hier gibt es mehrere Lösungsansätze:

Bei Diana laufen zwei Kolben durch eine mittige Feder von einannder weg, und sind mit einer Zahnstangen-/Zahnradkonstruktion verbunden.
Die Massenkräfte heben sich dadurch auf, eine Waffenbewegung findet nicht statt.
Es wirkt übrigens nur der vordere Kolben als Druckkolben, der hintere dient nur dem Massenausgleich.

Whiscombe verwendet auch zwei Kolben, diese laufen aber aufeinander zu und komprimieren beide die Luft dazwischen.

Feinwerkbau lässt das System im Schaft nach hinten gleiten, wodurch die Rückstoßkräfte nicht auf den Schaft wirken können.

Beim Anschütz 250 sind Kolben, Kolbenfeder und das Gegenlager der Feder fliegend in der Kompressionshülse gelagert, beim Schuss wird die Feder ausgelöst, der Kolben bewegt sich nach vorne, das Federgegenlager nach hinten.
Im Federgegenlager ist zusätzlich noch ein Verzögerungs-/Dämpfungselement eingebaut.

All diese Lösungen entkoppeln natürlich auch den Anschlag des Kolbens vom Schützen, der Anschlag findet aber dennoch intern fast immer direkt statt.
Je nach Gewehrabstimmung kann er allerdings sehr gering ausfallen.

Die mechanische Belastung für das LG scheint auch bei nicht schlechter Abstimmung nicht so gross zu sein, wie man vermuten könnte.
Auch sehr alte LGs, die den anderen Verschleißerscheinungen nach schon mehrere Zehntausend Schuss hinter sich haben, weisen keinerlei Beschädigungen in dem Bereich auf.
Ausnahme bei mir ist ein Diana 20 in Blechprägetechnik, welches vorne am Kolbenraum mehrere Risse aufweist.
Allerdings liegt dort auch der Verriegelungspunkt des Knicklaufes, die Risse könnten daher andere Ursachen haben.

Stefan

Zitat

Original von heinzellmann
.....
Wenn der Schuß abgegeben ist und die Feder nicht gespannt ist, besitzt sie ja immernoch eine gewiße Vorspannung (deswegen klappert sie ja auch nicht in einem ungespanntem Gewehr drin rum/ bei der Demontage eines LG merkt man das ja auch, dass sie unter Vorspannung steht!)

In der Grafik sieht das so aus, als würde die Feder mit der Vorn angebrachten Kolbendichtung voll gegen den vorderen Anschlag knallen?!

Ist das wirklich so?? Kann ich mir nicht vorstellen / Leider (oder zum Glück) hatte ich noch kein LG offen, um das mal praktisch zu sehen!
........

Hallo,

die Feder bei einer F-97k ist minimal vorgespannt, vielleicht etwa 10mm. Bei einer WBK-pflichtigen 97k kann die Vorspannung ca. 80mm betragen. Wenn man ein solches Gewehr als Laie auseinandernehmen will, ist das lebensgefährlich. Die Vorspannung reicht aus, den massiven Abzugsblock durch den Raum zu katapultieren und im Putz stecken zu lassen.

Zu deiner zweiten Frage. Schau dir das Demo noch einmal genau an. Die Kolbendichtung schlägt nicht hart an der Vorderseite der Kompressionshülse auf. Sie wird, wie Ulrich schon gesagt hat, durch das Luftpolster abgefangen.

Jedenfalls dann, wenn die Waffe gut abgestimmt ist

Das äußert sich dann so, dass das Gewehr sich nach hinten bewegt, weil sich halt die Feder hinten im System "abstützt" und diesen Impuls weitergibt. Das läßt sich übrigens sehr schön mit einem Filzstift nachweisen, den man am Gewehr befestigt und der bei der Schussabgabe an einem Stück Papier anliegt. Würde der Kolben mit voller Wucht auf den vorderen Boden der Kompressionshülse aufschlagen, wäre die Kolbendichtung nach kurzer Zeit buchstäblich platt.

In dem Demo sieht man sehr schön, dass die verdichtete Luft (rot dargestellt) den Kolben abfängt, etwas zurückfahren läßt und dann erst...viel langsamer...vorne aufsetzen läßt.

Gruß

Musashi

Zitat

Original von hubert

Bekannt sind doch nur: V₁, T₁ und p₁ - reicht zum Berechnen leider nicht. Wenn Du es unbedingt wissen willst, kannst Du das empirisch ermitteln. Nimm ein LG, entfette es und nimm zum Neufetten Öl oder Fett mit bekanntem Flammpunkt --> wenn`s dieselt, hast Du die Temperatur auf jeden Fall erreicht.

Man findet in der Literatur einige Werte über die Kompression von Federkolben-Luftgewehren, beispielsweise das Verhältnis von p₁/p₂=1/200.

Wen man jetzt sagt die Kompression im LG findet so schnell statt, dass keine nennenswerte Wärmeabgabe an die Zylinderwände des Kompressionsraums stattfindet, kann man den Kompressionsvorgang als adiabat berechnen.

Formeln dazu findet man bei Wikipedia. Also : T₁/T₂ = (p₁/p₂)^(k-1/k)

Mit k=1,4 als Adiabatenexponent und den Temperaturen in Kelvin, T₁=293 Kelvin (ca. 20°C) bekommt man für die Temperatur T₂=4,544T₁ also 1060°C.

Mir ist kein Öl bekannt (und Fett ist nichts anderes wie am Wegfliessen behindertes Öl), das einen Flammpunkt hat der so hoch liegt. Es ist aber schon ein Unterschied ob das Öl fein zerstäubt im Luftvolumen verteilt ist , wie z.B. im Dieselmotor oder beim 2. Schuss eines geölten Gewehrs, oder ob es von der Zylinderwand abbrennen muss. Also je weniger Schmierstoff zerstäubt wird (->Fett) und je höher dessen Flammpunkt ist, desto besser wird die Dieselzündung verhindert.