Zwei Apparate zur Messung der Geschossgeschwindigkeit in der Mitte des 18. Jahrhunderts

Von A. Meyer, Oberleutnant im Kgl. Sächs. Infanterie-Regiment No. 178.

In einem Buch über Artilleriewissenschaft vom Jahr 1768¹ finde ich die Beschreibung zweier Apparate zum Messen der Anfangsgeschwindigkeit für Gewehr und Geschütz. Ich vermute, dass weder das Buch, trotz des bekannten Namens des Übersetzers, noch die Apparate so allgemein bekannt sind, dass eine Besprechung darüber unnütz wäre, und erlaube mir daher die nachfolgende Skizze über den Gegenstand. Da ich weder in Ballistik noch in Mathematik erheblich bewandert bin, so gibt meine Arbeit vielleicht auch willkommenen Anlass zu weiteren Ausführungen und Belehrungen von berufenerer Seite.

Elektrizität und Photographie bieten uns heute die Mittel zu genauer Messung selbst der kleinsten Zeitdauer, wie es ja auch zum Messen von Geschossgeschwindigkeiten heute weit mehr als vor anderthalb Jahrhunderten notwendig ist. Beide kannte man zu Papacino d’Antonis und Tempelhoffs Zeit noch nicht. Es ist aber interessant zu sehen, dass man damals schon Flugzeitenmesser konstruiert hatte, welche in ihrem Grundgedanken auf denselben Überlegungen beruhen, wie die modernen feinen Apparate: le Boulenge, Siemens und Halske, Polarisations-Chronograph,² Bashforth.

Dieser Grundgedanke ist überall der folgende: eine gleichmäßig wirkende Kraft — Bewegung eines Körpers, elektrischer Strom, magnetischer Zustand, Schwerkraft, Federkraft — wird durch das fliegende Geschoss, dessen Geschwindigkeit zu messen ist, zweimal unterbrochen, bzw. unterbrochen und wieder geschlossen und die Zeit, welche zwischen diesen beiden Momenten verstreicht, gemessen. Das wird dadurch ermöglicht, dass jene beiden Momente sich auf dem Flugzeitenmesser selbsttätig markieren und man aus der Entfernung dieser Marken voneinander und aus der Größe jener gleichmäßigen Kraft auf die Zeit schließen kann, die das Geschoss zwischen jenen beiden Momenten gebraucht hat. Ich gebe zunächst Beschreibung und Zeichnung, des Flugzeitenmessers aus Papacino d’Antonis Buch:

„§ 164. Die Maschiene, welche die 19 Figur (also unsere Fig. 1) vorstellet, ist von dem Herrn Mattev, königlichen Mechanicus, erfunden worden, und dienet dazu, um die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der die Kugel aus der Mündung eines Gewehres fährt. Der Haupt-Theil dieser Maschiene ist ein horizontales Rad AB, welches oben in C an einer verticalen Axe CD befestigt ist. Um diese Axe kann das Rad durch Hülfe der Gewichte und Gegengewichte Q, welche an dem Seile GG angebracht sind, herum gedrehet werden, indem man dieselben vermittelst der Kurbel N beständig in die Höhe windet. Man kann auch dieses Rad auf eine beliebige andere Art herum drehen, wenn nur die Bewegung desselben schnell, gleichförmig, und nicht unterbrochen oder ruckweise geschiehet. Rund um das Rad A B herum, befestiget man einen Kranz von Schreib-Papier, der ohngefähr ¹/₃ von einem Fuss, wie AE, BF, hoch ist. Der Lauf M, welchen man losschiessen will, muss 10 bis 12 Fuss von dem Rade entfernet seyn und auf einem festen und unbeweglichen Gestelle befestigt werden, und die Richtung desselben muss so beschaffen seyn, dass die Kugel, indem sie das Papier in H und K durchdringt, die Linie HK beschreibt, welche dem Diameter AB des Rades gleich ist. Endlich setzt man in der Entfernung KR ohngefähr von zwev oder drey Fuss ein unbewegliches hölzernes Brett und zwar von büchen Holz, damit die Kugeln darinnen ein reguläres Loch machen.

Um sich dieser Maschiene zu bedienen, muss man wissen, wenn das Rad AB, indem es herumgedrehet wird, eine gleichförmige Bewegung hat, und wie gross die Zeit ist, welche dasselbe anwendet, um sich einmal ganz herum zu drehen. Dieses kann man durch verschiedene Kunstgriffe erfahren. Ich habe mich bev meiner Maschiene des folgenden bedienet. Ich ließ an der Axe CD ein kleines Rad JL dergestalt befestigen, dass der Mittelpunkt desselben ausserhalb der Axe fiel. Dieses kleine Rad stiess jedesmahl, wenn es sich ganz herum gedrehet, an eine, hölzerne Zunge dergestalt, dass sich dieselbe horizontal bewegen musste. Oberhalb oder nicht weit von dem Ende der Zunge hieng ich ein einfaches Pendulum auf, welches ich so lange bald lang, bald kurz machte, bis es seine Schwingungen in eben der Zeit machte, in der die Zunge eine horizontale Bewegung machte. Die Länge dieses Penduli dienet dazu, um die Zeit zu bestimmen, welche das Rad anwendet, um sich einmal herum zu drehen. So bald man gewahr wird, dass das Pendulum und die Zunge einen Schwung in einerlei Zeit machen, schiesst man das Gewehr loss. Wenn man alsdann das Rad stille stehen lässt, so wird man in dem Papiere zwey Löcher gewahr, davon das eine bey dem Eingang und das andere bey dem Ausgang der Kugel durch das Papier gemacht worden. Man kann diese beyde Löcher leicht von einander unterscheiden; denn da, wo die Kugel herausgegangen, ist das Papier ein wenig nach aussen zu gebogen. Alsdann zieht man einen Faden nach der Richtung der Lienie MR und bringt den Mittelpunkt des Lochs H, welches die Kugel beym Eingänge gemacht hat, in dieser Lienie, und alsdenn siehet man, wie weit das Loch R, durch welches die Kugel heraus gegangen, von der geraden Lienie MR entfernet ist. Diese Entfernung drückt den Raum aus, den ein Punkt des Rades während der Zeit beschrieben, welche die Kugel angewendet, um den Diameter des Rades zu durchlaufen.“

Nach meiner — eines Laien — Ansicht sind es folgende Umstände, welche die Genauigkeit dieses Apparates in Frage stellen.

Der Apparat wird mit der Hand bewegt, eine stets gleichmäßige Bewegung ist also nicht gewährleistet; zwar dient das Pendel als Kontrolle, aber das gibt kaum eine Gewähr dafür, dass nicht im Moment des Schusses eine ruckweise, also ungleichmäßige Bewegung der Hand eintritt, welche den Apparat bedient. Der Fehler kann so gering sein, dass er sich, trotz des Pendels, dem Auge entzieht und doch die Messung wesentlich beeinflusst. Die Kontrolle darüber, ob die Bewegung der Zunge und des Pendels übereinstimmt, denke ich mir auch nicht leicht. Sie musste doch in nicht zu großer Entfernung von dem Rad AB, also nicht weit von dem fliegenden Geschoss geschehen. Das scheint mir der Hauptfehler zu sein: alles geschieht in Erwartung des Schusses! Die bösen Nerven verderben die Genauigkeit menschlicher Arbeit.

Aber auch im Apparat selbst liegen Ursachen zu Fehlern. So ist es unbedingt nötig, dass die ganze Maschinerie unverrückbar feststeht, also an den Füßen eingegraben oder sonst wie befestigt, nicht, wie in Papacino d’Antonis Figur, nur aufgestellt wird. Die Anordnung der Gewichte Q dürfte besser durch zwei schräggezähnte Räder zu ersetzen sein. Die Reibung des Räderwerkes an den Achsen und mit dem Seil G muss stets die gleiche sein; bei wechselnder Luftfeuchtigkeit ist dies besonders von dem Seil kaum zu verlangen.

Man wird ferner, um eine bequem messbare Strecke zwischen den beiden Schusslöchern zu erzielen, den Durchmesser des Rades AB nicht zu klein wählen dürfen. Umso größer ist die Gefahr, dass der Papierkranz infolge der Zentrifugalkraft seinen Durchmesser und überhaupt seine Gestalt dem Auge unbemerkbar verändert, nach dem Anhalten des Rades aber wieder in seine alte Lage zurückkehrt. Stärke und Qualität des Papiers, Luftfeuchtigkeit und Höhe des Papierkranzes üben hierbei ihren Einfluss. Gleichmäßig wird die Leistung jedenfalls nicht in allen Fällen sein.

Endlich ist es nicht leicht, den genauen Abstand zwischen zwei Schusslöchern zu finden. Es kommt hier auf Bruchteile von Millimetern an, und in dieser Beziehung gestatteten die damaligen Apparate bei weitem nicht die nötige Genauigkeit. Diese Schwierigkeit wächst noch mit der Größe des Kalibers.

Bedenken wir endlich noch, dass bei dem damaligen Stand der Waffentechnik es nicht in dem Maße wie heute möglich war, mit verschiedenen Schüssen gleiche Leistungen zu erzielen — besonders da die Waffen Vorderlader waren — so werden wir annehmen müssen, dass man damals nach modernen Begriffen recht ungenaue Messungen wird zustande gebracht haben.

In § 166 und folgenden seines Werkes gibt Papacino d’Antoni Auskunft über Versuche mit seinem Apparat. Ich kann, ohne zu viel Raum in Anspruch zu nehmen, nicht aufs Einzelne seiner Ausführungen eingehen, und erwähne nur folgendes: Die Versuche wurden bei sehr feuchtem, mittelfeuchtem und sehr trockenem Wetter ausgeführt; man wendete verschiedene Gewehre — darunter ein gezogenes — und verschiedenes Pulver an. Das feinste Pulver zeigte die größte Kraft und bei trockenem Wetter erzielte man die größte Geschwindigkeit.

Der verschiedene Zustand der Atmosphäre wurde jedoch nur bezüglich seiner Einwirkungen auf das Pulver berücksichtigt; dass auch die Wirksamkeit der Maschine selbst davon abhing, scheint Papacino d’Antoni nicht bedacht zu haben. Aber gerade darin liegt vielleicht die Ursache einer Erscheinung, die er mit folgenden Worten erwähnt:

„Ich muss hier noch als einen besonders merkwürdigen Umstand anmerken, dass die Geschwindigkeiten, welche bey feuchten Wetter von dieser Art Pulver³ hervorgebracht wurden, beynahe immer einander gleich waren. Bey dem mitlern Zustand der Atmosphäre hingegen, waren die Abweichungen zwischen diesen Geschwindigkeiten bis 1¹/₂ aufs Hundert und bey sehr trocknen Wetter stiegen sie bis auf viere aufs Hundert.“⁴

Ob außer der Ungenauigkeit des Apparates und der Waffen selbst sonst noch Ursachen für diese Erscheinungen aufzuführen sind, vermag ich nicht ohne weiteres zu beurteilen. Vielleicht erklärt uns das ein Waffentechniker von Fach.

Tempelhoff gibt nun in seinen Anmerkungen zu Papacino d’Antonis Buch die Beschreibung eines von ihm selbst erdachten Apparates, welcher mit dem oben beschriebenen zusammenwirkend, auch die Messung der Anfangsgeschwindigkeit für Geschützkugeln ermöglichen sollte. Hierzu brauchte man etwas Widerstandsfähigeres, als einen zarten Papierstreifen und dem trägt Tempelhoffs Konstruktion Rechnung. Seine Beschreibung lautet: „Zweite Anmerkung. Mit der Maschiene, welche der Verfasser (§ 164) beschreibt, kann man eine andere verbinden, deren Einrichtung zwar sehr einfach ist, durch die man aber im Stande ist, die anfängliche Geschwindigkeit vor alle Arten von Geschütz zu bestimmen (unsere Fig. 2).

In der Entfernung von 15 bis 30 Fuss von dem Geschütz, dessen man sich bedienet, lasse man die Seulen AB, AB, die durch die Riegel AA, TU mit einander verbunden sind, und auf einem Gestelle ruhen mit dem Fuss B in die Erde setzen, damit sie unbeweglich stehen. Die Höhe dieser Seulen und ihre Breite und Dicke ist willkührlich; doch kann man dieselbe etwas hoch machen lassen, damit eine Bombe, wenn der Mortier im 450 elevirt ist, zwischen sie durchgehen kann. Die eine Seule AB ist von a bis d ausgeschnitten und auf der einen Seite sind Löcher 1, 1, usw. ohngefehr 2 Zoll von einander eingebohrt, und dieses in der Absicht um dadurch ein kleinen eisernen Zylinder bb zu stechen, um den sich eine kleine Rolle RR drehen kann. ED, EF sind ein paar starke elastische Federn, die an der eisernen Platte G befestiget sind. Die Feder ED ist nach dem Kanon zu gekehrt, und vornen sehr spitz. Die andere Feder EF aber ist nach der Spitze der Seule AB zu gekehrt und hat vornen bey F eine kleine Schneide, die mässig scharf ist. Die Platte G mit den Federn, schraubt man an die Seule AB, welche ausgeschnitten ist, vermittelst Schrauben feste an.

Wenn man nun die Geschwindigkeit einer gewissen Kugel bestimmen will, so spant man die Feder EF vermittelst eines dazu bequemen Seiles, welches über die Rolle R geht und an der andern Seule AB in S befestiget wird.

Die Feder ED spant man ebenfalls vermittelst eines andern Seiles, welches nach der Mündung des Kanons zu geht, und vorher über eine kleine horizontale Rolle r gezogen wird. Über der Mündung des Kanons wird ein ander Seil gespant, in dessen Mitte das Seil, wodurch die Feder CD gespant wird, befestiget wird.

Wenn nun die Federn stark genug gespannt sind, welches man durch die an der Seule AB angebrachten Schrauben P, Q bewerkstelligen kann, so stelle man das Rad, welches der Verfasser beschrieben, dichte an die Federn, dergestalt, dass wenn die Federn losschnellen, sie in dem Rande des Rades einschlagen. In dieser Absicht, muss man den ganzen Rand des Rades mit Wachs ohngefehr ¹/₄ Zoll dicke auslegen.

Das Kanon richte man nach dem Seile RS' wodurch die Feder EF gespant wird. So bald nun das Kanon abgefeuret wird, so reist die Kugel den über die Mündung gespanten Faden entzwey, die Feder CD schneit alsdenn los und macht in der Peripherie des Rades einen Eindruck und beschreibt einen kleinen Bogen so lange bis die Kugel das zweyte Seil entzwey reist, und dadurch die Feder EF Freyheit bekommt, auch loszuschnellen. Diese schlägt von oben herunter und macht einen kleinen Strich in der Peripherie des Rades. Wenn nun das Rad in Bewegung gesetzt worden, so weiss man auf diese Art den Bogen, den das Rad, dessen Bewegung gleichförmig seyn muss, während der Zeit beschrieben, welche die Kugel angewendet, um von der Mündung G bis an dem Seile RS zu kommen.

Weil nun die Zeit bekannt ist, in der das Rad einmal herum kommt, so kann man dadurch die Zeit finden, in der ein Punkt des Rades den gegebenen Bogen beschrieben. Folglich kann man dadurch auch, weil die Entfernung des Kanons von dem Seile RS bekannt ist, die Geschwindigkeit wissen, mit der die Kugel aus der Mündung gegangen.

Dabey merke man, dass man zu dem auf der Peripherie des Rades, durch die Federn bezeichneten Bogen, noch die Entfernung der Spitzen der Federn von einander hinzu rechnen muss.

Ich habe diese Maschiene in der Absicht erdacht, um auch mit grossem Geschütz einige Versuche über den Wiederstand der Luft zu machen, welche nicht mit sonderlichen Erfolge angestelt werden können, wenn man nicht die anfängliche Geschwindigkeit der Kugel weiss. Aus der Beschreibung ist leicht zu sehen., dass der Erfolg derselben allezeit richtig seyn muss, sobald man nur ein Mittel hat, die Bewegung des Rades gleichförmig zu erhalten, welches gewiss geschehen kann, da es der Verfasser selbst zu wege gebracht hat. Ein jeder kann selbst diese ganze Maschiene zu seinem Gebrauch so bequem einrichten als er es vor nöthig befindet, und noch allerhand Verbesserungen hinzu setzen.“

Die Umstände, welche die Genauigkeit dieses Instrumentes beeinträchtigen, dürften folgende sein: Die beiden Federn EF und ED müssen, sobald sie losgelassen sind, gleich schnell arbeiten. Dazu gehört, dass sie ganz gleich stark an sich und gleich stark durch die Seile angespannt sind. Diese Anforderungen sind aber tatsächlich sehr schwer zu erfüllen. Zwei wirklich ganz gleich starke Federn sind nicht so leicht zu beschaffen. Und die gleiche Anspannung macht umso mehr Schwierigkeiten, je weiter das Geschütz absteht, denn je länger ein Seil ist, desto schwieriger ist es bekanntlich straff zu spannen. Und endlich müssen auch noch die Widerstände, welche die Seile an den Rollen R und r, sowie diejenigen, welche diese Rollen an ihren eigenen Achsen finden, einander gleich sein, um beim Spannen der Federn die möglichste Gleichmäßigkeit herbeizuführen.

Hierzu kommen noch die Mängel des erstbeschriebenen Instrumentes. Einer davon wird allerdings durch Tempelhoffs Konstruktion aufgehoben: die scharfen Spitzen der Federn werden feinere Marken in den Rand des Rades schlagen, als es das Geschoss in den Papierkranz tat. So muss die Messung zwischen den beiden Marken genauer werden.

Tempelhoff sagt uns nicht, ob praktische Versuche mit seinem Apparat angestellt worden sind, was ja nach Herausgabe seines Werkes wahrscheinlich geschehen ist. In anerkennenswerter Bescheidenheit sagt er ja auch, dass jedermann seinen Apparat noch verbessern könnte.

Es ist nicht nutzlos, sich hie und da die Wege zu vergegenwärtigen, auf denen vor langer Zeit unsere Vorfahren schwierige Probleme zu lösen suchten. Ist der Grundgedanke dieser beiden rohen Instrumente derselbe wie der unserer modernen genauen Flugzeitenmesser, so ist uns das eine Lehre, dass der Mensch nichts absolut Neues und Eigenes hervorbringt, sondern auf der Arbeit früherer Zeiten weiterbaut.

Quelle: Zeitschrift für Historische Waffenkunde. Organ des Vereins für historische Waffenkunde. II. Band. Heft 7. Dresden, 1900-1902.