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

Dieser Beitrag erscheint mit freundlicher Genehmigung von:

waffentechnik.wordpress.com

Waffenfunktion: Rückstoßlader mit kurz zurückgeleitendem Lauf, Rollenverschluss

Funktionsbeschreibung eines Feuerwaffenverschlusssystems. Angetrieben durch den Geschossrückstoß mit Wirkung auf Verschluss-Lauf-Koppelgruppe sowie direkt wirkenden Gasdruck. Verriegelt durch tiefliegende Rollen.

Kinematik: Rückstoßlader mit Rollenverschluss

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

Bild 2: Der Schuss bricht, das sich in der Patronenhülse befindliche Scheißpulver wandelt sich durch Abbrand in Pulvergase um. Diese Pulvergase benötigen um ein vielfachen mehr Raum als das Schießpulver im feststofflichen Zustand. Durch den höheren Raumbedarf, kommt es zu einem enormen Druck in der Brennkammer der Patrone. Dieser Druck wirkt zu allen Seiten hin macht sich aber ab deutlichen dadurch bemerkbar, dass er auf das Heck des Geschosses wirkt und dadurch selbiges aus dem Mund der Patronenhülse heraus, in den Lauf (dunkel petrol) der Waffe, drückt. Sobald das Geschoss den Mund der Hülse verlassen hat und diese kein geschlossenes System mehr darstellt, ist der Gasdruck in der Lage selbige Hülse, wie einen Hohlkolben, nach hinten zu drücken. Da die Hülse jedoch vom Verschlusskopf (rot) abgestützt wird, überträgt sich die Kraft auf diesen. Im Verschlusskopf (rot) befinden sich zwei Rollen (grün), welche in Rollentaschen lagern im Schildzapfen, dieser sind mit dem Lauf (dunkel Petrol) verbunden. Im Gegensatz zu anderen Rollenverschlüssen lagern hier die Rollen (grün) so tief in ihren Lagern, dass sie nicht aus diesen herausrollen können, wenn sie vom Verschlusskopf (rot) nach hinten getrieben werden. Die Rollen (grün) machen so ein Zurückfahren des Verschlusskopfes (rot) unmöglich. Der direkt wirkende Gasdruck kann nichts ausrichten, die Waffe ist formschlüssig statisch verriegelt.

Erst wenn das Geschoss im Lauf der Waffe, nach der Überwindung des Einpresswiderstandes, auf eine ausreichende Geschwindigkeit gebracht wird, kann es nach dem dritten Gesetzt nach Newton zu einer Gegenreaktion kommen. Diese Gegenreaktion überträgt sich über die Pulvergase, als fluidmechanischen Körper, auf den Stoßboden des Verschlusses (rot). Im Gegensatz zum Eigengasdruck, welcher nur im lokal begrenzten Bezugssystem Arbeit verrichten kann, ist der Gegenimpuls in der Lage die Lauf-Verschluss-Koppelgruppe relativ zum Waffengehäuse (grau) nach hinten zu werfen.

Bild 3: Beim gemeinsamen Rücklauf von Lauf (dunkel petrol) und Verschluss (rot) kommen die Rollen (grün), welche die Koppelgruppe zusammenhalten, in Kontakt mit zwei Steuerklassen (blau). Diese schiefen Ebenen zwingen die Rollen (grün) dazu, sich in den Verschlussträger (rot) zurückzuziehen. Gleichzeitig zwingen dies den Verschlussträger (lila) relativ zum Verschluss zurück. Dieser Vorgang hat hier jedoch eher sicherheitstechnische Gründe, um den Zündstift bei nicht verriegeltem Verschluss von der Patrone fernzuhalten. Es handelt sich zwar um eine Übersetzung, jedoch ist diese nicht verriegelungsrelevant.

Bild 4: Umso weiter die Lauf-Verschluss-Koppelgruppe zurück fährt, umso weiter werden die Rollen (grün) von den Steuerkulissen (blau) in den Verschlussträger (rot) gezwungen. Sobald die Rollen (grün) bis über die Hälfte in den Verschlussträger (rot) eingefahren sind, ist die Verriegelung praktisch aufgehoben. Der Verschluss wechselt von einer formschlüssig statischen in eine kraftschlüssig dynamische Verriegelung.

Bild 5: Der Gasdruck wäre am diesem Zeitpunkt in der Lage, die Patronenhülse wie einen Hohlkolben nach hinten zu schieben. Dies ist bei diesem System jedoch nicht nötig, da der zuvor per Übersetzung beschleunigte Verschlussträger (lila) noch genug kinetische Restbewegungsenergie hat, um den Verschlussträger nach hinten mitzuschleppen.

Je nach Bedarf und gewünschter Funktionssicherheit, kann dieses System also als reiner Rückstoßlader mit Entriegelung per Rückstoß und Verschlussantrieb per kinetischen Restenergie des beschleunigten Verschlussträger konzipiert werden oder als System mit zwei Antriebsmethoden welches den Rückstoß zur Entriegelung verwendet und den Eigengasdruck im Lauf für den Verschlussantrieb.

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 Kurzhub, Rollenverschluss

Funktionsbeschreibung eines Feuerwaffenverschlusssystems. Angetrieben durch indirekt wirkenden Gasdruck, durch Antrieb eines Kurzhubkolbens. Verriegelt durch Rollen auf vertikalem Steuerstück. Eingesetzt bei Gerät-08 auch Stg.45 genannt.

Waffenfunktion: Indirekter Gasdrucklader, Rollenverschluss

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

Bild 2: Der Schuss bricht, das Pulver in der Brennkammer der Patronenhülse geht durch Abbrand vom feststofflichen in den gasförmigen Zustand über. Da das Gas einen größeren Raum einnimmt als das Pulver in festen Zustand, herrscht ein enormer Druck in der Patronenhülse. Dieser Druck wirkt zu allen Seiten hin, das schwächste Glied ist dabei das Heck des Geschosses welches dem Druck als erstes nachgibt und sich nach vorne bewegt. Das Geschoss beginnt seinen Weg durch den Lauf. Sobald das Geschoss in den Lauf eintritt ist der Druck in der Lage, die Patronenhülse nach hinten zu treiben, diese wird jedoch vom, Verschlusskopf (rot) abgestützt. Die Rückdruckkraft überträgt sich auf den Verschluss, dieser ist jedoch mit zwei Rollen (grün) gekoppelt, welche in Rollentaschen im Waffengehäuse lagern. Die Rollentaschen sind so geformt, dass die Rollen (grün) aus diesen nach hinten ausrollen könnten. Die Rückdruckkraft überträgt sich so auf die Rollen (grün), welche sich aus den Rollentaschen hinaus in den Verschlusskopf (rot) hinein bewegen möchten. Dies ist den Rollen (grün) jedoch nicht möglich, da das Steuerstück (lila) mit seinen vertikalen Flächen dies verhindert. Die Waffe ist formschlüssig statisch verriegelt. Eine Rückwärtsbewegung der Patronenhülse ist nicht möglich.

Bild 3: Das Geschoss passiert eine Gasentnahmebohrung im Lauf der Waffe, die unter hohem Druck stehenden Pulvergase nutzen dies sofort zur Expansion und strömen in die Gasexpansionskammer des Antriebszylinders. Dort beaufschlagen die Gase die Stirn des Antriebskolbens (blau), welcher unter dem Druck der gase nach hinten getrieben wird. Da sich der Antriebskolben (blau) auf der Stirn des Verschlussträgers (lila) abstützt, wird die Rücklaufkraft auf diesen übertragen und treibt diesen nach hinten.

Bild 4: Bei seinem Weg nach hinten nimmt der Verschlussträger (lila) das Steuerstück mit, dies hat den Effekt, dass die Rollen (grün) nun nicht mehr in ihren Rollentaschen festgehalten werden. Sobald das Steuerstück (lila) so weit nach hinten aus dem Verschlusskopf (rot) herausgezogen wurde, dass die Rollen (grün) von ihm nicht mehr an ihrem Platz gehalten werden, können sich diese in den Verschlusskopf (rot) zurückziehen, worauf dieser frei nach hinten gleiten könnte. Da das Geschoss den Lauf der Waffe zu diesen Zeitpunkt idealerweise bereits verlassen hat, fehlt dem Verschlusskopf (rot) jedoch der nötige Antrieb durch die vom Gas nach hinten getriebene Patronenhülse. Auch dem Antriebskolben (blau) fehlt, nach dem Abgang des Geschosses, der nötige Antrieb.

Bild 5: Da der Verschlussträger (lila) jedoch durch den Antriebskolben (blau) stark genug angestoßen wurde, ist er in der Lage durch seine verbleibende Bewegungsenergie den Rücklauf auch ohne Antrieb vorzusetzen. Dabei greift das Steuerstück (lila) in das Ende des Verschlusskopfes (rot) ein und zieht diesen nach hinten, damit sich der Verschluss vollständig öffnen kann. Der Antriebskolben (blau) wird unterdessen von seiner eigenen Rückhohlfeder in Ausgangsposition gebracht.

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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waffentechnik.wordpress.com

Waffenfunktion: Direkter Gasdrucklader per Rollen ins Schnelle übersetzter Masseverschluss

Funktionsbeschreibung eines Feuerwaffenverschlusssystems. Angetrieben durch direkten Gasdruck und Übersetzung ins Schnellere per Rollen, Masseverschluss. Verwendet in H&K G3 und Mauser Gerät 08H.

Kinematik: Direkter Gasdrucklader mit Rollenübersetzung

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

Bild 2: Der Schuss bricht, das Treibladungspulver setzt sich in Pulvergase um, welche in der Brennkammer der Patrone zu allen Seiten wirken. Die Pulvergase, welche auf den Geschossboden wirken treiben das Geschoss aus dem Hülsenmund heraus. Sobald das Geschoss in den Übergangskonus eintritt und die Patrone kein geschlossenes System mehr darstellt, ist der Gasdruck in der Lage die Patronenhülse nach hinten zu treiben. Da die Patronenhülse vom Verschlusskopf (rot) abgestützt wird, überträgt sich die Rücklaufkraft das Hülse auf diesen.

Bild 3: Da der Verschlusskopf (rot) selber kraftschlüssig gelagert ist, bewegt sich dieser nach hinten. Im Verschlusskopf (rot) sind jedoch zwei Rollen (grün) gelagert, diesen werden vom Keil des Verschlussträger (lila) in zwei Rollentaschen im Waffengehäuse gedrückt. Diese Rollentaschen sind nach hinten flach auslaufend gestaltet. Diese Gestaltung sorgt dafür, dass die Rollen (grün) aus den Taschen herausrollen können, wenn der Verschlusskopf (rot) sich nach hinten bewegt. Beim zurücklaufen des Verschlusses (rot) werden die Rollen (grün) nicht nur nach hinten bewegt, sondern durch die Taschenform gleichzeitig in den Verschlusskopf (rot) eingedrückt. Werden die Rollen (grün) in den Verschluss (rot) eingedrückt, wirken sie dabei auf die schrägen Flächen des Keils des Verschlussträgers (lila). Dies sorgt dafür, dass der Verschlussträger (lila) nach hinten getrieben wird. Die Schrägen der Taschen, der Durchmesser der Rollen (grün) und die Schrägen des Kiels (lila) sind so berechnet, dass für jede Strecke die der Verschlusskopf (rot) zurücklegt, der Verschlussträger (lila) eine größere Strecke nach hinten gezwungen wird. Es kommt zu einer getriebetechnischen Übersetzung ins Schnellere, einer Abschleuderung. Gut zu erkennen ist dies, wenn man sich den Relativen Abstand von Verschluss (rot) und Verschlusskörper (lila) zu einander ansieht.

Bild 4: Dieser mechanische Nachteil sorgt dafür, dass sich der Verschluss (rot) viel langsamer öffnet, als er dies tun würde, wenn der Verschlussträger (lila) fest mit ihm verbunden wäre und beide eine Masse bilden würden. Durch die zweifache Umlenkung der Bewegung, geht ein Großteil der vom Verschlusskopf (rot) aufgenommenen Energie muss er dafür drauf, den Verschlussträger (lila) zu beschleunigen.

Bild 5: Sobald das Geschoss den Lauf der Waffe verlassen hat, kommt es im Lauf zu einem schnellen Absinken des Gasdrucks, dies sorgt dafür, dass dem Verschluss nun keine Antriebskraft mehr zur Verfügung steht. Der Verschluss (rot) und Verschlussträger (lila) haben jedoch während der Antriebsphase genug Bewegungsenergie aufnehmen können, um den Rest des Rücklaufes ohne zusätzlichen Antrieb zu bewältigen. Ab einem gewissen Grad der Öffnung des Verschlusses (rot) enden die Pisten der Rollentaschen, da die Rollen (grün) komplett in den Verschlusskopf (rot) eingedrückt wurden. Ist dies geschehen, können die Rollen (grün) den Keil (lila) nicht weiter vom Verschluss (rot) wegdrücken. Die Übersetzung der Bewegung endet und Verschlusskopf (rot) und Verschlussträger (lila) verhalten sich wie eine Masse, welche keinen mechanischen Nachteil mehr überwinden muss. Der Rest des Rücklaufes gescheit aus diesem Grund schneller.

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

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