Waffenfunktion: Rückstoßlader mit kurz zurückgeleitendem Lauf, Liderungsverschluss

Funktionsbeschreibung eines Feuerwaffenverschlusssystems. Angetrieben durch den Geschossrückstoß mit Wirkung auf Verschluss-Lauf-Koppelgruppe. Verriegelt durch Liderung des weichen Hülsenmaterials. Bei diesem System handelt es sich um ein reines Gedankenexperiment, in kleiner bekannten Feuerwaffen verwendet.

Kinematik: Rückstoßlader mit Überliderung

Bild 1: Die Waffen befindet sich in Ruheposition, wurde aber vorher geladen.

Bild 2: Der Schuss bricht, das in der Patronenhülse befindliche Treibmittel wird durch Abbrand, ohne Sauerstoffzufuhr von außen, vom festen Treibmittel in die gasförmige Pulvergase umgesetzt. Diese Gase besitzen ein vielfaches des Volumens des Treibmittels und es kommt zu einem hohen Druck in der Brennkammer der Patronenhülse. Dieser Druck verformt den vorderen Teil der Patronenhülse derart, dass das relativ weiche Hülsenmaterial in eine Ringnut im Patronenlager gepresst wird. Die äußere Begrenzung dieser Ringnut bildet ein Spreizring (grün). Zeitgleich mit dieser Verformung, treiben die Pulvergase das Geschoss aus dem sich verformenden Hülsenmund hinaus und hinein in den Übergangskegel des Laufes. Sobald das Geschoss den Lauf der Waffe verlassen hat und die Hülse kein geschlossenes System mehr darstellt, wäre der Gasdruck zudem in der Lage, die Patronenhülse wie einen Hohlkolben nach hinten zu treiben, wenn diese nicht vorne in die Ringnut hinein gebogen worden wäre.

Der Gasdruck, bei dem es sich nicht um eine denkende Entität mit einem Ziel handelt, sondern um eine gedanken- und gefühllose physikalische Kraft, arbeitet jetzt gegen sich selbst. Der Gasdruck vorne im Patronenlager presst die Hülse in die Ringnut und erhöht so den Ausziehwiderstand der Hülse. Der Gasdruck, der hinten auf den Patronenboden wirkt, möchte hingegen die Hülse nach hinten treiben. Da die Ringnut aber zu tief ist, übersteigt der Ausziehwiderstand das Arbeitsvermögen der Stoßbodenkräfte. Der Verschluss ist kraftschlüssig statisch verriegelt. Er könnte durch eine Kraft geöffnet werden, die Kraft der Waffe reicht dazu jedoch nicht aus.

Bild 3: Sobald das Geschoss im Lauf der Waffe auf eine ausreichende Geschwindigkeit gebracht wird, kommt es, nach dem dritten Gesetzt nach Issac Newton, zu einer Gegenreaktion. Diese überträgt sich über die Triebgase als fluidmechanischen Körper auf den Stoßboden der Waffe. Um Unterschied zum im kleinen Bezugssystem wirkenden Gasdruck, kann der Rückstoß im großen Bezugssystem wirken und so die Patronenhülse gegen das Waffengehäuse nach hinten treiben. Da die Patronenhülse, über ihren verformten vorderen Teil, mit dem Lauf (dunkel petrol) verbunden ist, wird auch dieser nach hinten beschleunigt. Da sich der Lauf (dunkel petrol) nach hinten gegen den Verschluss (rot) abstützt, wird auch dieser nach hinten getrieben. Im Gegensatz zu anderen Rückstoßladern wird hier der Lauf nicht vom Verschluss mitgezogen, sondern der Lauf schiebt den Verschluss nach hinten.

Beim Rücklauf der Hülse-Verschluss-Lauf-Koppelgruppe stößt der Spreizring (grün) mit Anlauf gegen ein gehäusefestes Steuerelement (blau). Dieses zwingt den Spreizring (grün) dazu sich zusammen zu ziehen. Dies ist gegen die Kraft des Gasdrucks im Rohr möglich, da das Geschoss bereits einen bestimmten Weg im Lauf der Waffe zurückgelegt hat und so dem Gas nun mehr Platz zur Verfügung stellt. Das größere Volumen lässt den Druck rapide sinken.

Bild 4: Durch die kinetische Energie des Rücklaufes, wird durch das Steuerelement (blau) die Spreizhülse (grün) so zusammen gedrückt, dass die Hülse in ihr ursprüngliche zylindrische Form zurück verformt wird. Dadurch und durch das absinken des Gasdrucks, wird der Ausziehwiderstand der Hülse so weit reduziert, dass der Verschluss (rot) diese aus dem Patronenlager herausziehen kann. Dabei nutzt der Verschluss (rot) die Bewegungsenergie, welche er zusammen bei dem Lauf bei dessen kurzen Rücklauf aufnehmen konnte, als dieser durch den Rückstoß nach hinten getrieben wurde.

Quellen:

Die principiellen Eigenschaften der automatischen Feuerwaffen, Karel Krnka, 1902

Die Handfeuerwaffen Ihre Entwicklung und Technik, Robert Weisz, 1912

Innere Ballistik. Die Bewegung des Geschosses durch das Rohr, C. Cranz, 1926

Handfeuerwaffen, Systematischer Überblick, Jaroslav Lugs, 1956

Waffen-Schmidt, Karl Böhlein & Rolf Brand, 1968

Waffenlehre für die Bundeswehr, Heinz Dathan, 1972

Rheinmetall Waffentechnisches Taschenbuch, Dr. R. Germershausen, 1977

Waffenlehre - Grundlage der Systemlehre, Wolfgang Pietzner, 1998

Verschlusssysteme von Feuerwaffen, Peter Dannecker, 2016

Grundlagen der Waffen- und Munitionstechnik, Thomas Enke, 2021

Hatcher's Notebook, A Standard Reference Book, Julian S. Hatcher, 1948

The Machine Gun Analysis of Automatic Firing Mechanism, Georg M. Chinn ,1955

Engineering Design Handbook Automatic Weapons, USA Materiel Command, 1970

Dieser Beitrag erscheint mit freundlicher Genehmigung von:

waffentechnik.wordpress.com

Waffenfunktion: Rückstoßlader mit kurz zurückgeleitendem Lauf & Gasstaudüse, Übermasseverschluss

Funktionsbeschreibung eines Feuerwaffenverschlusssystems. Angetrieben durch den Geschossrückstoß mit Wirkung auf Verschluss-Lauf-Koppelgruppe, sowie indirekt wirkenden Gasdruck in Gasstaudüse. Quasi verriegelt per Übermasseträgheit. Reines Gedankenexperiment, deswegen in keiner real existierenden Waffen verwendet.

Kinematik: Rückstoßlader mit Übermasse

Bild 1: Die Waffe ist geladen und befindet sich im Ruhezustand.

Bild 2: Die Waffe feuert, der Schuss bricht. Das in der Brennkammer befindliche Treibmittel wird durch Abbrand in Treibgase umgewandelt. Da diese Treibgase um ein vielfaches mehr Raum einnehmen, als das feste Treibmittel entstehen extrem gespannte Gase, welche alle Innenseiten der Patrone sowie des Heck des Geschosses beaufschlagen. Da das in die Patronenhülse eingebrachte Geschoss den geringsten Widerstand bietet, wird das Geschoss aus der Mund der Patronenhülse heraus in den Lauf der Waffe getrieben. Sobald das Geschoss aus dem Mund der Patronenhülse aus und in den Übergangkegel des Laufen eintritt, stellt die Patronenhülse kein geschlossenes System mehr dar. Dies hat zur Folge, dass der Gasdruck nun die Patronenhülse als Hohlkolben nach hinten drücken kann. Da die Patronenhülse jedoch nach hinten vom Verschluss (rot) abgestützt wird, überträgt sich die Kraft auf diesen. Da der Verschluss (rot) seinerseits von der Übermasse (lila) abgestützt wird, überträgt sich die Kraft auch auf diesen. Da der Gasdruck zu niedrig ist, um die Masseträgheit von Verschluss (rot) und Übermasse (lila) zu überwinden, findet keine Öffnungsbewegung statt. Der Verschluss ist Kraftschlüssig statisch verrigelt.

Eine ausreichend starke Kraft, könnte den Verschluss öffnen, der Gasdruck ist jedoch nicht dazu in der Lage. Auch der Rückstoß, welcher entsteht wenn das Geschoss im Lauf weiter beschleunigt wird und über die Pulvergase als fluidmechanischen Körper auf den Verschluss (rot) wirkt, kann weder die Patronenhülse nach hinten schieben, noch den beweglich gelagerten Lauf nach hinten bewegen.

Grund dafür ist, dass der Rückstoß immer deutlich schwächer ausfällt, als der direkt nach hinten wirkende Gasdruck. Die Ursache liegt zum einen am extrem ineffektiven Antrieb des Geschosses und zum anderen am ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Wenn der Gasdruck Verschluss (rot) und Übermasse (lila) nicht zu bewegen vermag, so kann der Rückstoß nicht Verschluss, Übermasse und Lauf (dunkel petrol) bewegen.

Bild 3: Sobald das Geschoss den Lauf der Waffe verlässt, tritt es in die Gasstaudüse ein. In diese Expansionskammer treten die Pulvergase ein und beaufschlagen dort alle Seiten, inklusive der hinteren Wand, bei welcher es sich um die Krone des Laufes handelt. Durch die Beaufschlagung des Laufes steht dem Gas nun zusätzliche Fläche zur Verfügung, an welcher dieser Arbeit verrichten kann. Da sich nach dem Druckgesetzt der Physik die Arbeitskraft des Gases mit der beaufschlagen Fläche vergrößert, ist der Gasdruck nun in der Lage Verschluss (rot), Übermasse (lila) und Lauf (dunkel petrol) zurückzutreiben.

Bild 4: Das Geschoss tritt aus der Gasstaudüse aus und zusätzlich wurden durch den Rücklauf des Laufes Gasentlastungsbohrugen frei. Letzteres ist wichtig, damit es bei einem schnellen Folgeschuss aus der Waffe nicht zu einer Überfunktion des Systems kommt, sollte sich noch Restgas vom letzte Schuss in der Staudüse befinden. Nach dieser doppelten Entlüftung, kann das Gas in der Staudüse nicht mehr zum Antrieb genutzt werden. Dies ist jedoch auch nicht nötig, da nach kurzem Rücklauf die Übermasse (lila) in eine Mulde fällt und damit vom Verschluss (rot) entkoppelt wird. So kann der Verschluss (rot) alleine, ohne die zusätzliche Masseträgheit der Übermasse (lila) überwinden zu müssen, zurücklaufen.

Quellen:

Die principiellen Eigenschaften der automatischen Feuerwaffen, Karel Krnka, 1902

Die Handfeuerwaffen Ihre Entwicklung und Technik, Robert Weisz, 1912

Innere Ballistik. Die Bewegung des Geschosses durch das Rohr, C. Cranz, 1926

Handfeuerwaffen, Systematischer Überblick, Jaroslav Lugs, 1956

Waffen-Schmidt, Karl Böhlein & Rolf Brand, 1968

Waffenlehre für die Bundeswehr, Heinz Dathan, 1972

Rheinmetall Waffentechnisches Taschenbuch, Dr. R. Germershausen, 1977

Waffenlehre - Grundlage der Systemlehre, Wolfgang Pietzner, 1998

Verschlusssysteme von Feuerwaffen, Peter Dannecker, 2016

Grundlagen der Waffen- und Munitionstechnik, Thomas Enke, 2021

Hatcher's Notebook, A Standard Reference Book, Julian S. Hatcher, 1948

The Machine Gun Analysis of Automatic Firing Mechanism, Georg M. Chinn ,1955

Engineering Design Handbook Automatic Weapons, USA Materiel Command, 1970

Dieser Beitrag erscheint mit freundlicher Genehmigung von:

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Waffenfunktion: Rückstoßlader mit kurz zurückgeleitendem Lauf, Gasüberlastungsverschluss

Funktionsbeschreibung eines Feuerwaffenverschlusssystems. Angetrieben durch den Geschossrückstoß mit Wirkung auf Verschluss-Lauf-Koppelgruppe. Quasi verriegelt per Gasüberlastungskolben. Reines Gedankenexperiment, deswegen in keiner real existierenden Waffen verwendet.

Kinematik: Rückstoßlader Mit Gasüberlastung

Bild 1: Die Waffe ist geladen und befindet sich in Ruheposition.

Bild 2: Der Schuss bricht, das in der Brennkammer der Patronenhülse befindliche Treibmittel wird per Abbrand in Treibgase umgesetzt. Diese Treibgase benötigen ein vielfaches mehr an Raum als das Treibmittel in festen Zustand. Aus diesem Grund kommet es zu einer starken Beaufschlagung aller anliegender Flächen durch den Gasdruck der Pulvergase. Den geringsten Widerstand bietet das in den Hülsenmund eingedrückte Geschoss welches folglich vom Gasdruck aus der Patronenheraus getrieben wird. Sobald das Geschoss die Patronenhülse verlässt und die Patrone kein geschlossenes System mehr darstellt, ist der Gasdruck in der Lage auch die Patronenhülse nach hinten zu treiben. Da diese vom Verschluss (rot) abgestützt wird, wird auch der Verschluss nach hinten geschoben, da er lediglich seine Masseträgheit überwunden werden muss. Der Verschluss ist kraftschlüssig dynamisch verriegelt.

Bild 3: Das Geschoss passiert die Gasentnahmebohrung im Lauf welche zum Belastungszylinder führt. Die unter hohem Druck stehenden Pulvergase nutzen diese Gelegenheit zur Expansion und füllen den Belastungszylinder. Dort beaufschlagen sie die Rückfläche des Gasbelastungszylinders (lila) und treiben diesen nach vorne. Da der Gasbelastungskolben (lila) mit dem Verschluss (rot) verbunden ist, überträgt sich diese Bewegung auf diesen. Nun wirken zwei Kolben gegen einander. Der Arbeitskolben mit dem Zylinder Rohr und dem Kolben Patronenhülse und der Belastungskolben mit dem Belastungszylinder als Zylinder und dem Belastungskolben (lila) als Kolben. Da der Belastungskolben (lila) dem Gasdruck eine größere Fläche zur Beaufschlagung bietet, gewinnt der Belastungskolben und führt zu einer langsamen Schließbewegung des Verschlusses (rot). Das System ist nun kraftschlüssig statisch verriegelt.

Der Verschluss (rot) könnte durch reine Krafteinwirkung geöffnet werden, öffnet sich jedoch nicht, da die Krafteinwirkung des Gasdrucks auf die Patronenhülse als Hohlkolben schwächer ist, als die Krafteinwirkung auf den Belastungszylinder, der Belastungszylinder verursacht eine Gasüberlastung. Das System ist durch Gasüberlastung verriegelt.

Bild 4: Das Geschoss wird durch die Pulvergase stark genug beschleunigt, dass es zu einer bedeutenden Gegenreaktion kommt, welche sich, über das Pulvergase als fluidmechanischen Körper, auf den Verschluss (rot) der Waffen überträgt. Dadurch wird der Verschluss im größeren Bezugssystem nach hinten geworfen. Da Lauf und Verschluss (rot) mit dem Lauf (dunkel petrol) per Gasüberlastung verriegelt ist, wird die Lauf-Verschluss-Koppelgruppe nach hinten geworfen. Die ist erst durch die Geschossbewegung möglich, der im kleinen Bezugssystem wirkende Gasdruck hätte diese Bewegung nicht verursachen können.

Sobald die Lauf-Verschluss-Koppelgruppe eine kleine gemeinsame Strecke zurückgelegt hat, wird der Belastungszylinder im Lauf (dunkel petrol) über eine Gasentlüftungsbohrung im Waffengehäuse geschoben, aus denen die Gase im Überlastungszylinder austreten können. In Folge dessen kommt es zu einem abrupten Druckabfall in diesem Zylinder, worum der Belastungskolben (lila) seine Arbeitskraft verliert. Nun ändert sich das Kräfteverhältnis zwischen Arbeitskolben, bestehend aus Patronenhülse und Verschluss (rot), und Belastungskolben, bestehend aus Belastungszylinder und Belastungskolben. Der Arbeitszylinder gewinnt wieder die Oberhand und so wird die Patronenhülse gegen den Verschluss (rot) durch die Pulvergase nach hinten geschoben. Der Verschluss ist wieder kraftschlüssig dynamisch verreigelt.

Möglich wird dies durch die Strömungsmechanik, das Gas im Belastungszylinder kann durch eine Öffnung ins Freie geladen, das noch im Lauf befindliche Gas muss zwei Öffnungen passieren.

Bild 5: Sobald das Geschoss den Lauf der Waffe verlassen hat, kommt es auch im Lauf und damit im Arbeitszylinder zu einem rapiden Abfall an Gasdruck. Der Verschluss (rot) hat jedoch im Idealfall bei der vorherigen Antriebsphase durch die Pulvergase genug kinetische Energie aufnehmen können, um den Rest seines Rücklaufes selbstständig zu bewältigen.

Quellen:

Die principiellen Eigenschaften der automatischen Feuerwaffen, Karel Krnka, 1902

Die Handfeuerwaffen Ihre Entwicklung und Technik, Robert Weisz, 1912

Innere Ballistik. Die Bewegung des Geschosses durch das Rohr, C. Cranz, 1926

Handfeuerwaffen, Systematischer Überblick, Jaroslav Lugs, 1956

Waffen-Schmidt, Karl Böhlein & Rolf Brand, 1968

Waffenlehre für die Bundeswehr, Heinz Dathan, 1972

Rheinmetall Waffentechnisches Taschenbuch, Dr. R. Germershausen, 1977

Waffenlehre - Grundlage der Systemlehre, Wolfgang Pietzner, 1998

Verschlusssysteme von Feuerwaffen, Peter Dannecker, 2016

Grundlagen der Waffen- und Munitionstechnik, Thomas Enke, 2021

Hatcher's Notebook, A Standard Reference Book, Julian S. Hatcher, 1948

The Machine Gun Analysis of Automatic Firing Mechanism, Georg M. Chinn ,1955

Engineering Design Handbook Automatic Weapons, USA Materiel Command, 1970

Dieser Beitrag erscheint mit freundlicher Genehmigung von:

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