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:

waffentechnik.wordpress.com

Waffenfunktion: Rückstoßlader mit kurz zurückgeleitendem Lauf & Gasstaudüse, Rollenverschluss

Funktionsbeschreibung eines Feuerwaffenverschlusssystems. Angetrieben durch den Geschossrückstoß mit Wirkung auf Verschluss-Lauf-Koppelgruppe sowie indirekt wirkenden Gasdruck in Gasstaudüse. Verriegelt durch tiefliegende Rollen. Verwendet im deutschen Maschinengewehr MG42 und im MG3.

Kinematik: Rückstoßlader mit Gasstaudüse

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

Bild 2: Der Schuss bricht die Pulverladung in der Patrone setzt sich in Pulvergase um, da diese ein weitaus größeres Volumen beanspruchen als die Pulverladung in Festform kommt es zu einer gewaltigen Druckentwicklung. Der Druck im inneren der Patrone wirkt zu allen Seiten hin, findet aber im Geschossboden die Fläche mit dem geringsten Widerstand. Das Resultat des auf den Geschossboden wirkenden Druckst ist, dass das Geschoss vom Gasdruck aus dem Patronenhund in den Lauf geschoben wird. Sobald das Geschoss aus dem Mund der Hülse heraus geschoben wurde, stellt die Patrone kein geschlossenes System mehr dar und der Gasdruck ist in der Lage, die Hülse, ähnlich einem Hohlkolben, gegen den Verschlusskopf (rot) zu pressen. In diesem Verschlusskopf sitzen jedoch zwei Rollen (grün), welche in entsprechenden Rollentaschen im Schildzapfen sitzen, welche wiederum Teil des Laufes (dunkel petrol) sind. Die Kraft der Pulvergase überträgt sich also vom Lauf (dunkel petrol) auf den Verschlusskopf (rot), vom diesem auf die Rollen (grün) und von diesen wieder auf den Lauf (dunkel petrol). Der Kräftekreislauf ist geschlossen und es kann keine Bewegung stattfinden, Verschluss und Lauf sind mit einander formschlüssig statisch verriegelt. Man spricht auch von Verschluss-Lauf-Koppelgruppe.

Vorne hat das Geschoss den Einpresswiderstand in den gezogenen Teil des Laufes überwunden und wird schnell genug beschleunigt, dass eine bedeutende Gegenreaktion, zur nach vorne gerichteten Geschossbewegung, erzeugt wird. Diese Gegenreaktion, nach dem dritten newtonschen Gesetzt, ist nach hinten gerichtet und nutzt dabei die Pulvergase als fluidmechanischen Körper. Im Gegensatz zum nur lokal wirksamen direkten Gasdruck ist die Gegenreaktion dazu in der Lage die Verschluss-Lauf-Koppelgruppe relativ zum Waffengehäuse nach hinten zu werfen. Jedoch ist sie zu schwach die schwere Koppelgruppe weit genug nach hinten zu werfen.

Bild 3: Sobald das Geschoss den Lauf der Waffe verlässt, tritt es in die gehäusefeste Staudüse (grau) ein, das Geschoss passiert diese Gasexpansionskammer. Die dem Geschoss folgenden Pulvergase strömen in die Staudüse und füllen diese direkt aus und beaufschlagen alle Innenwände der Düse. In der leicht überkalibrigen Öffnung der Düse wirkt das Geschoss für einen kurzen Moment als eine Art Stopfen. Da der Lauf (dunkel petrol) der Waffe die hintere Wand der Staudüse bildet, wird auch dieser vom Gas beaufschlagt und es wirkt eine entsprechende Kraft auf die Laufkrone. Dieser indirekt wirkende Gaskraft schiebt den Lauf, wie den Kolben eines herkömmlichen Gasdruckladers, nach hinten. Dies ist nur möglich, da die Staudüse teil des Waffengehäuses und nicht fest mit dem Lauf verbunden ist.

Die selbe Bewegung, welchen der Rückstoß mit seiner Wirkung auf den Verschlusskopf (rot) bereits begonnen hat, wird so vom Gasdruck in der Staudüse mit seiner Wirkung auf den Lauf (dunkel petrol) noch verstärkt. Der vorher vom Verschlusskopf (rot) nach hinten gezogene Lauf (dunkel petrol), wirkt nun zusätzlich als Kolben, welcher den Verschlusskopf (rot) zusätzlich nach hinten anschiebt.

Beim Rücklauf der Verschluss-Lauf-Koppelgruppe kommen die Rollen (grün) in Kontakt mit einer gehäusefesten Steuerkulisse (blau). Diese zwingt die Rollen (grün) zu einer Aufwärtsbewegung, dabei verlassen die Rollen ihre Rollentaschen im Schildzapfen des Laufes (dunkel petrol).

Bild 4: Sobald die Rollen (grün) in den Verschlusskopf (rot) zurück gezwungen wurden, ist der Verschluss entriegelt und die Verschluss-Lauf-Koppelgruppe wird gelöst. Gleichzeitig werden bei Rücklauf des Laufes Gasentlüftungsbohrungen in der Gasstaudüse frei, welches das gestaute Gas entwichen lassen. Dies ist nötig, damit es beim Nächsten Schuss nicht zu einer Überfunktion aufgrund von Restgasdruck des vorherigen Schusses kommt.

Bild 5: Entkoppelt voneinander läuft der Lauf (dunkel Petrol), unter dem Druck einer eigenen Rückhohlfeder, wieder in seine Ausgangsposition zurück. Der Verschlusskopf (rot) fährt jedoch weiter zurück, dabei zieht er die leere Patronenhülse per Auszieherkralle aus dem Patronenlager heraus. Möglich macht das seine kinetische Restenergie, welche er durch den doppelten Antrieb erhalten hat.

Das System arbeitet also mit zwei Antriebsmethoden, einmal mit dem Rückstoß und einmal mit indirekt wirkendem Gasdruck auf den Lauf. 

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

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

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Waffenfunktion: Indirekter Gasdrucklader mit Gasstaudüse und Kurzhub, Drehkopfverschluss

Funktionsbeschreibung eines Feuerwaffenverschlusssystems. Angetrieben durch indirekt wirkenden Gasdruck, Zapfung in Staudüse und durch Antrieb eines Kurzhubkolbens. Verriegelt durch Verriegelt durch Drehung des Verschlusskopfes . Eingesetzt beim G42(w) mit anderer Verriegelung.

Waffenfunktion: Indirekter Gasdrucklader mit Gasstaudüse

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

Bild 2: Der Schuss bricht, das Treibmittel in der Patrone setzt sich durch Verbrennung in Pulvergase um, da diese Pulvergase mehr Raum einnehmen als das ursprüngliche Treibmittel steht es unter einem enormen Druck und verfügt über eine extreme Spannenergie. Der Druck wirkt zu allen Seiten hin, der auf das Heck des Geschosses wirkende Druck treibt das Geschoss durch den Lauf der Waffe. Der nach hinten gerichtete Druck auf den Innenboden der Patronenhülse versucht zwar die Patronenhülse nach hinten zu treiben, diese wird aber vom Verschlusskopf (rot) abgestützt. Dieser wiederum ist über seine Verriegelungswarzen (dunkelrot) mit dem Schildzapfen des Laufes (dunkel petrol) formschlüssig statisch verriegelt. Eine Rückwärtsbewegung der Patronenhülse wird verhindert.

Bild 3: Nachdem das Geschoss den Lauf der Waffe verlassen hat, tritt es in die Gasstaudüse ein. Die gespannten Pulvergase folgen dem Geschoss und füllen sofort den Gasstauraum aus, sobald es dazu in der Lage ist. Nachdem das Geschoss die Gasstaudüse passiert hat, bildet es für eine kurze Zeit einen annähernden Pfropfen in der Mündung der Staudüse. Auf diese Weise verhindert das Geschoss, dass das Gas aus der Staudüse entweichen kann. Das Gas in der Staudüse beaufschlagt alle ihm zur Verfügung stehenden Flächen. Darunter auch die Stirn des Ringkolbens (grün). Da dieser Kolben (grün) beweglich gelagert ist, wird dieser nach hinten getrieben.

Da der Kolben (grün) gegen den Verschlussträger (lila) abgestützt ist, treibt er diesen nach hinten. Dabei fährt der Verschlussträger (lila) über dem Verschlusskopf (rot) hinweg, zunächst noch, ohne diesen zu bewegen.

Bild 4: Erst, wenn der Steuerbolzen (dunkel rot) am Verschlusskopf (rot) in Kontakt mit dem ansteigenden Teil, der in den Verschlussträger (lila) eingeschnittenen Steuerkurve, kommt, wird der Verschlusskopf (rot) zu einer Rotation gezwungen. Dabei verlassen die beiden Verriegelungswarzen (dunkel rot) ihre Warzentaschen im Schildzapfen (dunkel patrol).

Gleichzeitig verlässt das Geschoss die Gasstaudüse und sorgt so für ein plötzliches Abfallen des Drucks in Lauf und Staudüse. Damit der Druck im Lauf schneller auf ein sichere Niveau sink, sind in den hinteren Teil der Gasstaudüse Gasentlüftungsbohrungen geschnitten, welche dann freigegeben werden, wenn der Ringkolben (grün) seine hinterste Position erreicht hat.

Bild 5: Ist der Lauf entlüftet und kein gefährlich hoher Gasdruck mehr in diesem vorhanden, kann die Patronenhülse gefahrlos aus der Patronenkammer ausgezogen werden. Dies gescheit durch den Verschlusskopf (rot), dessen Steuerbolzen (dunkel rot) das Ende der Steuerkurve im Verschlussträger (lila) erreicht hat und von diesem nach hinten mitgezogen wird. Dies ist möglich, da der Verschlussträger (lila) vom Gaskolben (grün) stark genug angetrieben wurde, dass dessen Bewegungsimpuls ausreicht, um den Rückweg auch ohne weiteren Antrieb durch den Kolben (grün) zu bewältigen. Der Gaskolben (grün) wird nach dem absinken des Gasdrucks in der Gasstaudüse von seiner Rückwohlfeder wieder in Position gebracht, wodurch die Gasstaudüse für den nächsten Schuss wieder verschlossen wird.

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

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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