Warum Schalldämpfer nicht dafür sorgen, das Gas in die Waffe zurückfließt

Hallo alle zusammen und herzlich Willkommen zu einem spontanen Beitrag.

Ich habe jetzt schon wieder die unsinnige Theorie gehört, dass normale Schalldämpfer dafür sorgen würden, dass Zitat: "Gas vom Schalldämpfer in die Waffe zurück strömt." und das ist, wie man am Titel dieses Beitrags schon lesen konnte, ziemlicher Unsinn. Angeblich soll dieses zurückströmen dafür sorgen, dass automatische Waffen schneller repetieren, wobei dann auch noch zusätzlich Gas in das Gesicht des Schützen strömen soll. Abhilfe schaffen dann angeblich Schalldämpfer mit "Flow Through" Design.

Um das alles anständig und wissenschaftlich Adäquat aufzurollen, werfen wir zunächst mal wieder einen Blick in ein Physikbuch der 5. Klasse und lernen, dass Druck allseitig ist, was darin resultiert, dass Strömungen den Weg desgeringsten Widerstandes gehen und zwar von einem Ort mit hohem Druck zu einem Ort mit niedrigem Druck.

Schuss ohne Schalldämpfer

Feuert man nun eine Waffe ab, so entsteht, durch die Verbrennung des Pulvers ein hoher  Druck. Der allgemeinen Gasgleichung zu Folge:

p = K * n * t / V

also

Druck = Konstante * Stoffmenge * Temperatur / Volumen

Entsteht durch die Verbrennung zum einen Stoffmenge (n) und Temperatur (t). Der Druck steigt solange, bis der Druck stark genug ist, das Geschoss aus der Hülse zu drücken und in den Lauf zu treiben. Durch die Geschossbewegung vergrößert sich das Volumen. Da wir durch das Volumen teilen, verringert sich der Druck durch die Geschossbewegung. Wir haben demnach auf der einen Seite die Druck erhöhenden  Faktoren (n und t), welcher durch die Verbrennung erzeugt werden und den druck reduzierenden Faktor (V). Ab einem gewissen Punkt bewegt sich das Geschoss schneller als das Treibmittel nachbrennen kann. Dieser Zeitpunkt ist der t-Max der Zeit des Maximalen Gasdrucks in der Waffe. Ab diesem Punkt sinkt der Druck immer weiter.

Bei den meisten automatischen Waffen mit Eigenantrieb (Selbstlader) beginnt hier bereits der Antrieb des Verschlusses oder des Verschlussträgers. Der Einfachheit halber gegen wir von einem indirekter Gasdrucklader aus. Hier wird ein Teil der Gase aus dem Lauf entnommen und wirkt auf des Gaskolben ein, um diesen nach hinten zu treiben.

Sobald das Geschoss den Lauf der Waffe verlassen hat, kommt es im Lauf zu einem rapiden Druckabfall, da die meisten Pulvergase in die Umgebung abströmen. Es kommt zu einer Strömung von einem Ort hohen Drucks (Lauf) zu einem Ort niedrigen Drucks (Umgebung an der Mündung). Das System der Waffe ist nun exakt so gerechnet, das zu diesem Zeitpunkt der Gaskolben optimal angetrieben wurde, um den Verschluss einige Millisekunden nach dem Geschossaustritt aus der Mündung zu Entriegeln. Sobald der Verschluss entriegelt wurde, er ist mechanisch von einem Formschluss in einen Kraftschluss übergegangen, drückt der im hinteren Lauf verbliebene Gasdruck diese zusätzlich nach hinten. Dieser wird im Englischen als  "Residual Gas Pressure" bezeichnet und ist für die vollständige Öffnung des Verschlusses genauso wichtig wie der Antrieb über den Gaskolben.

Schuss mit Schalldämpfer

Setzt man nun einen Schalldämpfer auf eine solche Waffe so tritt das Geschoss nach dem Verlassen der Laufmündung nichts in Freie, sondern in einen Hohlkörper mit einzelnen Kammern ein. Bedeutet, dass die Pulvergase nicht in das praktisch unendliche Volumen der Umgebung expandieren, sondern in die begrenzte Erststufe des Schalldämpfers. Die Pulvergase können, vereinfacht ausgedrückt, nicht so schnell aus dem Lauf strömen, wie aus einer blanken Mündung. Auch kann man, aus Sicht der Pneumatik, einen Schalldämpfer als eine Art von Laufverlängerung betrachten, welcher jedoch für jeden Millimeter, welchen das Geschoss zurück legt, deutlich mehr neues Volumen bereitstellt als ein Lauf.

Das Problem für unsere automatische Waffe ist nun nicht, dass Gasdruck zurück in die Waffe strömt, sondern dass der Gasdruck die Waffe einfach langsamer verlässt als berechnet. Betrachtet man das, was dem Gaskolben zugefügt wird als mechanische Arbeit, dann gilt:

W = F * s

also

Arbeit = Kraft * Zeit

Wir haben bei der Verwendung eines Schalldämpfers keinen Gewinn als Kraft (F), ganz im Gegenteil der Druck auf die Gaskolbenstirnfläche nimmt, auch bei der Verwendung eines Schalldämpfers, immer weiter ab. Was wir jedoch durch den Schalldämpfer gewinnen ist Zeit. Der Gaskolben ist dem Gasdruck über eine längere Zeit ausgesetzt und erfährt so eine stärkere Beschleunigung.

Die höhere Rücklaufgeschwindigkeit des Verschlussträger führt zu einer kleinen Kettenreaktion. Den nicht nur dass der Verschluss jetzt deutlich früher öffnet, als ursprünglich berechnet, sondern der Resteigengasdruck (eng. Residual Gas Pressure) ist ebenfalls noch deutlich höher, als ursprünglich gedacht. Dieser treibt den Verschluss noch zusätzlich an.

Durch diese deutliche Überfunktion wird zwar meist der S-Strecke der Patronenhülse nicht überschritten, jedoch treten meist deutlich heißere und Rückstandsbelastetere Gase ins innere das Waffengehäuses ein. Diese kommen jedoch nicht, wie fälschlicherweise behauptet, vom Schalldämpfer sondern aus dem hinteren Teil des Laufes sowie der Patronenkammer. 

Der unmögliche Fall der Rückströmen

Jetzt habe ich jedoch gehört, dass es ja sein kann, dass hinten in der Waffe am Verschluss ein geringerer Druck herrscht als vorne im Schalldämpfer. Dies ist allerdings ziemlicher Unsinn, denn der Ursprung des Drucks liebt in der Patronenkammer und Druck ist nun mal allseitig und bleibt zunächst wo er ist, bis es Möglichkeiten zur Expansion gibt. Dabei verlässt Druck jedoch nicht seinen Ursprung.

Die Gasteilchen gehen nicht alle auf eine Wanderschaft und verlassen alle zusammen die Brennkammer der Patronenhülse, um in den Schalldämpfer überzusiedeln, um dann, nach der Öffnung des Verschlusses wieder in Richtung Patronenkammer zurück zu wandern. Die Pulvergase verteilen sich in Lauf und Schalldämpfer. Die Gasschwaden sind weder intelligent noch hellsichtig und wissen, dass wenige Millisekunden später das Geschoss auch den Schalldämpfer verlassen wird.

Ein anderes Argument besagt, dass es, bei der vollständigen Öffnung des Verschlusses, dazu kommt, das Gasschwaden nach hinten aus der Patronenkammer heraustreten und das diese Druckreduktion eine Strömung vom Schalldämpfer aus in Richtung Patronenkammer bewirken kann.

Dies wäre sogar möglich, wenn dieses Argument nicht voraussetzen müsste, dass sich das Geschoss noch im Schalldämpfer befände, während der Verschluss hinten bereits vollständig geöffnet wäre. Dies wiederum würde einen derart hohen Druck in der Patronenkammer voraussetzen, dass die S-Strecke der Patronenhülse und auch die sichere Verschlussrücklaufgeschwindigkeit überschritten wären. 

Rohrbeispiel    

Stellen wir uns ein Rohr vor, welches in zwei Enden jeweils ein Ventil besitze und in dessen Inneren sich ein Expansionsfreudiges Gas befindet. Jetzt möchte man, dass das Gas im vorderen Teil aus den hinteren Ventil austritt aber es gilt die Regel, dass das vordere Ventil immer etwas weiter geöffnet sein muss, als das hintere. Nun das ist, zumindest meiner Erkenntnis nach nicht möglich. 

Ausnahme hinten sitzende Dichtscheiben?

Wir sehen also, dass herkömmliche Schalldämpfer nicht dafür sorgen, dass Gas vom Schalldämpfer zurück in die Patronenkammer strömen kann. Jetzt gibt es jedoch den Effekt, das bei einigen Schallgedämpften Repetierwaffen ein kleiner Knall zu hören ist, wenn man den Verschluss nach dem Schuss öffnet. Diese Waffen besitzen dann meist eine Form vom Gasschleuse, meist mit Dichtscheiben oder Schnittpfropfen. Also Gummischeiben, welche im Idealfall vom Geschoss durchschlagen werden, um sich hinter diesem zu schleißen und die Pulvergase hinter sich einzuschließen.

Wurde eine Waffe, dessen Dichtscheibe hinten im Schalldämpferkorpus eingesetzt, geschossen so wird Gas im Lauf zurückgehalten, welcher die Dichtscheibe nicht nach vorne passieren kann. Im Lauf herrscht demnach noch Sekunden nach dem Schuss ein Druck welcher höher ist als der Umgebungsdruck von 1 Bar.

Repetiert man nun diese Waffe, öffnet sich der Verschluss und Gas strömt aus dem Lauf ins Freie, es kommt zu einem "Verschlussfensterknapp" oder auf englisch "Ejection Port Pop". Das Gas, welches für diesen kleinen Knall verantwortlich ist stammt aber nicht aus dem Schalldämpfer, sondern aus dem Lauf. Der Schalldämpfer hält es nur zurück.

Ausnahme vorne sitzende Dichtscheibe.

Nun sehen wir uns noch einen letzten Fall an und zwar einen Schalldämpfer, bei welcher die Dichtscheibe am vorderen Ende eingesetzt wurde und 'nur vorne. Diesen Typ gibt es zwar in der freien Wildbahn so gut wie gar nicht aber der Vollständigkeit halber. Hier wird das Gas im Schalldämpferkörper gefangen gehalten, da sich die Gummischeibe, im Idealfall, nach dem Austritt des Geschosses aus dem Schalldämpfer, hinter diesem schließt.

Wenn nun, auch noch Sekunden nach dem Schuss, die Waffe repetiert wird, kommt es wie auch im Fall davor, zu einem Verschlussfensterknall, da die in Lauf und Schalldämpfer zurückgehaltenen Gasschwaden mit der Umgebung schlagartig ausgleichen. In diesem Fall kann es jetzt wirklich dazu kommen, dass Gas vom Schalldämpfer aus in die Waffe zurückströmt, da der Druck hinten in der Waffe, durch das öffnen des Verschlusses, geringer ist als im Schalldämpfer selber. Das Groß des Verschlussfensterknalls wird jedoch auch hier von den Gasen verursacht, welche sich in der Patronenkammer sowie im hinteren drittel des Laufes befanden, die Gase aus dem Schalldämpferkörper strömen lediglich nach.

Beim Vergleich von zwei identischen Waffen mit identischen Schalldämpfern und dem einzigen Unterschied, das bei einem die Dichtscheibe hinten und bei einem die Dichtscheibe vorne eingesetzt wurde, ist der Verschlussfensterknall der Waffe mit vorne sitzender Scheibe übrigens geringer, da Lauf plus Schalldämpfer mehr Volumen besitzen als der Lauf alleine. Sprich letztere haben mehr V in der allgemeinen Gasgleichung.

Aber was macht nun ein Flow Through Schalldämpfer?

Das was in den USA sein ein paar Jahren groß als "Flow Through" verkauft wird ist nichts weiter als das, was man im deutschen einfach als "Vorwärtig entlüftete Erststufe" kennt. Diese Schalldämpfer haben zunächst eine besonders große Erststufe (erste Kammer). Umso größer die erste Kammer eines Schalldämpfer ist, umso größer ist ihr Volumen und um so größer das Volumen der erste Kammer umso ähnlicher ist sie einer blanken Mündung. Manche automatische Waffe funktioniert schon deutlich besser, wenn man einfach nur die erste Kammerwand aus einem Schalldämpfer entfernt.

Was das Flow Through Design angeht, so geht es einfach her und entlüftet die Erststufe, da dies jedoch zu einem Entlüftungsknall führen würde, hat die erste Kammer dieser Dämpfer nicht einfach Löcher, sondern kleine Kanäle, welche außen um die weiteren Kammern herum führen, um dann um den Geschossaustritt herum zu enden.

Ein Teil der in die Erststufe eintretenden Gase wird also nach vorne geführt und ins Freie entlassen. Dadurch verliert die Erststufe Druck, denn nach der idealen Gasgleichung gilt:

p = K * n * t / V

ergo

Druck = Konstante * Stoffmenge * Temperatur / Volumen

Durch das vorwärtige Ableiten eines Teiles der Gasmenge verliert die Erststufe ständig Stoffmenge (n) und kommt damit dem Idealfall, dem Austritt des Geschosses in die Umgebung mit einem praktisch unendlichen Volumen, nochmal einen ganzen Schritt näher. Der Gasdruck im Lauf sinkt deutlich schneller, als bei herkömmlichen Schalldämpfern.

Der Nachteil ist jedoch, dass die Entlüftungskanäle an ihren jeweiligen Austritten alle einen kleinen eigenen Knall erzeugen. Auch kommt es zu einer Art Rennen zwischen Geschoss und den entlüfteten Gasen. Bei manchen Modellen, tritt zuerst das Geschoss aus, bei anderen zuerst die Entlüftungsgase. Aus diesem Grund sind die Entlüftungskanäle, bei den meisten "Flow Through" Schalldämpfern spiralförmig ausgeführt, Die Gase müssen so eine längere Strecke zurücklegen, auf welcher sie sich zusätzlich abkühlen können, um ihnen weiteren Druck zu entziehen.

Experiment:

Was ich sage, kann man auch einfach nachvollziehen. Dazu beschmiert man das innere des Schalldämpfers mit einer flüssigen Chemikalie, welche beim Schuss verdampf, sich mit den Pulvergasen verbindet und später in den Schmauchspuren chemisch nachweisbar ist.

Jetzt schießt man eine gründlich gesäuberte Waffe mit einem Schalldämpfer und nimmt danach Abstriche von dem Schmauch im Schalldämpfer, im ersten sowie im letzten drittel des Laufes, an den Wänden der Patronenkammer und an den Innenwänden des Waffengehäuses. Ist die Chemikalie nur im Schalldämpfer per Abstrich nachweisbar, so sind keine Pulvergase vom Schalldämpfer in die Waffe zurück geflossen.

Fazit:

Das Pulvergase vom Schalldämpfer zum Verschluss zurück strömen ist im Bezug auf den Großteil der Schalldämpfermodelle Unsinn. Der von der Verbrennung  der Pulvergase erzeuge Druck wird lediglich länger im System der Waffe gehalten und kann dort über diese Längere Zeit mehr Arbeit in automatischen Waffen verrichten.

Nur bei seltenen Kombinationen von Dichtscheiben, kommt es zu einem wirklichen zurückfluten von Gas aus dem Schalldämpfer hin zur Patronenkammer.

"Flow Through" Schalldämpfer besitzen lediglich eine entlüftete Erststuft, um den Gasdruck in der Nähe der Mündung zu senken und so die Umgebungsatmosphäre zu simulieren, für welche die Waffe ursprünglich berechnet wurde.