Fragenkatalog

• F_0 : Gaskraft in Ladungsmitte

• F_R : Gaskraft am Rohrboden “Gasrückstoßkraft”

• F_p : Gaskraft am Geschossboden

• F_w : Reibkraft “Geschosswiderstand”

• F_L : Leistenkraft

• F_R = p * (pi * (d^2)/4 + z * t * b_z)

  • d = Kaliber; b_z = Zugbreite; t = Zugtiefe; z = Zahl der Züge

• Rohrrücklauf

  • Lafette erfährt nur noch Bremskraft, nicht mehr Rückstoßimpuls

• Rohrvorlauf

• Mündungsbremse

• größere Masse des Rohres

K: Bremskraft

I_R: Rückstoßimpuls

m_R: rücklaufende Masse

s_R: Rücklaufweg

• längerer/kürzerer Bremsweg

• Veränderung der rücklaufenden Masse

• ab 14.JH: Ringgeschütze (Vorderlader)

  • schmiedeeisernes Rohr aus verschweißten Stäben

  • Abfeuerung mit glühenden Stangen

  • Steinkugeln als Geschoss

• ab 1400: Eisengeschosse

  • massive Eisenkugeln besonders zum Durchbruch von Mauern geeignet

• ab 1450: gegossene Vorderlader

  • Bronzeguss aus Erfahrung beim Glockenguss, auch Messing und Gusseisen

  • angegossene Schildzapfen

  • bewegliche Feldgeschütze (Burgunder Lafette)

• 1850 bis 1900: Hinterlader, gezogene Rohre, rauchlose Treibmittel, Werkstoffe, Maschinenkanone

  • Hinterlader: wesentlich kürzere Ladezeiten

  • gezogene Rohre: Verbesserung der Treffgenauigkeit

  • Treibmittel: Pulver basierend auf Nitrocellulose und Nitroglyzerin

  • Werkstoff: Stahlherstellung, Mehrlagenrohr

  • MK: Gatling 1862 (Fremdantrieb), Maxim 1889 (Eigenantrieb)

• 20.JH: Rohrrücklaufgeschütze, Rohrautofrettage, Rohrstähle

  • Rohrrücklauf: Aufnahme des Rückstoßimpulses durch ein Rohrrücklaufsystem

  • Rohrautofrettage: Erhöhung der Belastbarkeit des Waffenrohres durch Druckeigenspannung

  • Rohrstähle: Weiterentwicklung für großkalibrige Geschütze

• Bronze: 2.000 v.Chr.

  • Verwendung ab 1326; viel 1500 bis 1900

• Schmiedeeisen: 700 v.Chr.

  • 1320 bis 1700

• Gußeisen: 15.JH

  • 1425 bis 1800

• Werkstoffkennwerte:

  • Bronze: 90% Cu, 10% Zn

    • rel. niedrige Schmelztemperatur (840-1020°C)

      • —> gießbar

    • E-Modul: 100 GPa

    • Streckgrenze: 180 MPa

    • Zugfestigkeit: 370 MPa

    • Bruchdehnung: 18%

  • Schmiedeeisen: 0,8-0,5 C

    • Schmelztemperatur 1450-1500°C (nur 1300°C erreichbar)

      • —> nur schmiedbar, nicht gießbar

      • —> erhebliche Schlackeneinschlüsse

    • E-Modul: 210 GPa

    • Streckgrenze: 250 MPa

    • Zugfestigkeit: 450 MPa

    • Bruchdehnung: 25%

  • Gußeisen: 3-4% C

    • Schmelztemperatur 1150-1200°C (extrem spröde)

    • Zugfestigkeit 200 MPa

    • E-Modul 100 GPa

    • Bruchdehnung: 0,6%

• nicht möglich die Schmelztemperatur zu erreichen

  • Schmieden war notwendig —> Verunreinigung durch Schlackeneinschlüsse

• ab Mitte 18.JH mit dem Bessemer-Verfahren

  • gießbar da hohe Temperaturen erreichbar

    • Luft wird in Kohlenstoffreiches Roheisen geblasen, C verbrennt zu CO und CO2

  • ab 1860 Legierungen C-Stahl, Ni-Stahl, NiC-Stahl

• wesentlich kürzere Ladezeiten

• besteht aus Vierkantstäben und Ringen aus Schmiedeeisen

  • Vierkantstäbe ringförmig um Hartholzdorn angeordnet

  • Aufsetzen der auf Rotglut erhitzten Ringe auf Stabbündel (Aufschrumpfen)

  • Holzdorn ausbrennen, Werkstück auf Weißglut erhitzen

  • Stahldorn einführen und Fugen zwischen Vierkantstäben dichthämmern

• 1400: Handrohre, Arkebusen

  • Handrohre: Vorderlader mit Geschoss aus Stein, Eisen, Blei (Kugel)

  • Arkebusen: schwere unhandliche Waffe, abgestützt. Später auch leichtere Version, anfänglich ohne weitere Vorrichtung

• 1. Hälfte 15.JH: Luntenschloss

  • permanent brennende Lunte erforderlich (wetterbedingter Nachteil); große Zündverzögerung

• 1500: Radschloss

  • Schwefelkies wird gegen ein sich drehendes Rad gedrückt; Funken entzünden das Zündpulver (keine Lunte mehr erforderlich); komplizierte Konstruktion

• ab 1610: Steinschloss

  • Hahn mit Feuerstein (“Flint” —> Flinte) erzeugt Funken beim Abrieb; einfache, zuverlässige Konstruktion; schussweite Steinschlossmuskete 100m

• 1807: Perkussionsschloss

  • Auslösung der Zündung durch Schlag auf ein Zündhüttchen

• ab 1840: Zündnadelgewehr, gezogener Lauf, Metallpatrone, Revolver

  • Zündnadelgewehr: erster Hinterlader mit Einheitspatrone

  • gezogener Lauf: Verbesserung der Treffgenauigkeit

  • Metallpatrone: Messinghülse dichtet beim Schuss den Verschluss automatisch ab

  • Revolver: mehrschüssige Faustfeuerwaffe

• 20.JH: Vollautomatische Waffen

  • Sturmgewehre, Maschinengewehre

• Luntenschloss

• Radschloss

• Steinschloss

• Perkussionschloss

• Zündnadelgewehr

Am eisernen Lauf des Gewehr ist hinten ein Zündloch angebracht, das mit der Kammer verbunden ist.

Außen am Zündloch befindet sich eine Pfanne gefüllt mit feinem Pulver. Die Lunte ist im Luntenhalter eingeklemmt und kann durch den Abzug mit dem glimmenden Ende auf das Pulver gedrückt werden.

Das brennende Pulver in der Pfanne entzündet durch das Zündloch die Treibladung in der Kammer.

• in einem geschlossenen Raum (Ladungsraum) wird bei einer exothermen Reaktion ein Treibmittel (Pulver oder Flüssigkeit) in eine gasförmige Phase umgewandelt

• Zur Initiierung der exothermen Reaktion wird eine Anzündenergie benötigt

• der entstehende Gasdruck wird dazu genutzt, einen Körper in einem Rohr (Kaliberteil) zu beschleunigen

• das Rohr hat die Aufgabe, das Geschoss zu führen und dem Geschoss eine Richtung vorzugeben

• zur Stabilisierung wird evtl ein Drall übertragen

• Zuführung der Munition

• Anzündung der Treibladung

• Abdichtung des hinteren Rohrbereichs

• Druckbelastung des Rohres

• Übertragung des Rückstoßimpulses

• Treffen

• Verschleiß der Rohrinnenwand

• Handfeuerwaffen:

  • Faustfeuerwaffen: Revolver, Pistolen

  • Schulterwaffen: Gewehre, Maschinenpistolen

• Maschinenkanonen (20-50mm):

  • mit Eigenantrieb: Rückstoßlader, Gasdrucklader, Revolverkanonen

  • mit Fremdantrieb: ChainGun, GatlingKanone,SalvenMK

• Maschinengewehre:

  • LMG: 5,56mm; 7,62mm

  • SMG: 12,7mm-14,5mm

• Großkalibrige Waffen (>75mm, Geschütze):

  • Granatwerfer: Mörser, Minenwerfer

  • Haubitzen = Artilleriegeschütze

  • Kanonen PzK, Flak

• Oberbegriff für Schusswaffen, die wegen ihrer Außmaße nicht mehr von einem Mann gehandhabt werden können

• werden von Lafette aus eingesetzt

• Geschütze können durch ihre Durchschlagskraft Ziele bekämpfen, die durch Handfeuerwaffen oder MGs aufgrund ihrer Entfernung oder Widerstandskraft nicht zerstört werden können

Art der Flugbahn des Geschosses: Gestreckt bis stark gekrümmt

• Granatwerfer: Steilfeuerwaffen 6-8km; 60-120mm; 15-20 Schuss/min

• Haubitzen: Indirektes Richten auf verdeckte Ziele; stark gekrümmte Flugbahn; bis 6 Schuss/min; 155mm (auch 105, 127, 152, 203); Hauptwaffe der Artillerie, bis 40km

• Kanonen: 3km Kampfentfernung; Hauptwaffe KPz, >75mm; Einzelschusswaffen

• Keilverschlüsse

• feste Rohrböden

• Schraubverschlüsse

• Bodenverschlüsse

• Keilverschlüsse:

  • bestehend aus Bodenstück und Verschlusskeil; Befestigung Bodenstück/Rohr über Bajonettverschraubung oder Spannschraube

  • Unterscheidungsmerkmal: Bewegungsrichtung des Verschlusskeils

    • Querkeilverschluss, Fallkeilverschluss, Hubkeilverschluss

  • Sicherheit gegen Schießen bei nicht vollständig geschlossenem Verschluss

  • Vorteil: einfacher Bewegungsmechanismus; geeignet für Automatisierung

  • Nachteil: plastische Liderung (Dichtung) nur durch aufwendige Konstruktion darstellbar

• feste Rohrböden:

  • Anwendung bei Mörsern

  • Vorteil: einfache Konstruktion bei geringem Gewicht; sichere Abdichtung des Gasdruckes

  • Nachteil: schwierige Rohrreinigung; Rohr muss von vorne geladen werden

• Schraubverschlüsse:

  • Verriegelung über Verschlussstopfen, der axial in das Bodenstück gesteckt wird und duch eine Drehbewegung verschraubt wird; Verschlussblock wird schwenk- und drehbar von Verschlussträger gehalten; tragender Umfang des Gewindes kann durch Stufenschraube vergrößert werden

  • Vorteile: leichte kurze Bauart; für alle Liderungsarten verwendbar

  • Nachteile: Automatisierung erschwert (aufwendiger Mechanismus notwendig); Abfeuerrichtung vor Verriegelung hinter TL -> zulässige Sicherheit nötig

• Bodenverschlüsse:

  • U-förmiger Bodenverschluss umklammert hinteres Rohrende

  • Nachteile: angeschmiedete Führungsplatte am Rohr erforderlich; besondere Ankopplung der Rohrrücklaufeinrichtung notwendig

• Liderungen haben die Aufgabe, das hintere Rohrende mit dem Verschluss gegen den Gasdruck abzudichten

  • Schwierigkeiten: hoher Gasdruck verursacht elastische Dehnung des Materials —> muss das Dichtungssystem aufnehmen

• Ringliderung

• plastische Liderung

• Hülsenliderung

• Ringliderung:

  • Verwendung bei Keilverschlüssen und hülsenlosen Treibladungen; bei Schraubverschlüssen unzweckmäßig

  • Liderungsring lagert in einem Bodenring am hinteren Ende des Rohres. Abdichtung erfolgt über den Druck beim Schuss, der den Liderungsring gegen den Bodenring und den Keil presst

  • Vorteile: Einsparung der teuren, schweren Hülsen für die TL

  • Nachteile: Verschmutzung und Beschädigung müssen vermieden werden

• plastische Liderung:

  • Verwendung bei Schraubverschlüssen und hülsenlosen TL. Beim Schuss drückt der Gasdruck auf einen Liderungspilz, der zusammengepresst wird und den plastischen Liderungsring gegen die Rohrwand drückt. Der Druck im plastischen Liderungsring ist höher als der Gasdruck

  • Vorteile: sichere und gute Abdichtung; glatter Ladungsraum; geringerer Rohraußendurchmesser; unempflindlich gegen Verschmutzung; einfache Reinigung

  • Nachteile: Einsatz bisher nur bei Schraubverschlüssen möglich; geringfügig längeres Rohr

• Hülsenliderung:

  • Abdichtung erfolgt über Hülse der Munition; geeignet für alle Verschlussarten

  • Vorteile: vollständig sichere Dichtung; unempfindlich gegen Schmutz und Beschädigung; Erneuerung der Dichtung bei jedem Schuss; Patronenmunition erlaubt hohe Kadenz; längere Hülse reduziert die Aufheizung des Ladungsraumes

  • Nachteil: Hülse erforderlich (Kosten, Gewicht); Auffangen und Lagerung der Hülse bei geschlossenen Kampfräumen; CO2-Gase aus aufgefangenen Hülsen

• Rohrbremse

• Rohrvorholer

• Vorlaufpuffer

• Gleitbahn des Rohres in der Wiege

• Rohrbremsen bremsen die beim Schuss in der Wiege zurücklaufende Masse ab

• Die Bremswirkung wird dadurch erzielt, dass Hydraulikflüssigkeit über einen Durchlassquerschnitt strömen muss

• Hierbei wird die kinetische Rücklaufenergie in Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit umgewandelt

• Bremszylinder

• Kolbenstange mit Bremskolben

• stirnseitige Verschraubung mit Dichtungspaket

• rücklaufabhängiger (evtl. elevationsabhängiger) Durchflussquerschnitt

  • Ausführungsformen der Durchflussquerschnitte: Regelstange oder Durchflussnuten

• Wärmeausgleichskammer mit Flüssigkeitsanzeige

• Vorlaufhemmung

• Befestigungselemente für rücklaufende Masse bzw. Lafette

• Hydraulikflüssigkeit

• das zurücklaufende Rohr zieht die Kolbenstange aus der Rohrbremse und verschiebt dabei den Bremskolben gegen den Bremszylinder

• die Hydraulikflüssigkeit der druckbeaufschlagten Flüssigkeitssäule fließt über einen Drosselquerschnitt auf die druckfreie Seite

• die resultierende Bremskraft ist abhängig vom Drosselquerschnitt, der Rücklaufgeschw. und den Eigenschaften der Hydraulikflüssigkeit (Dichte im SP)

• Zur Einhaltung einer konstanten Bremskraft bei kleinerwerdender Rücklaufgeschw. ändert sich abhängig vom Rücklaufweg der Drosselquerschnitt (wird kleiner)

• Im Vorlauf strömt die Hydraulikflüssigkeit bei geringer Bremswirkung wieder zurück

• Kurz vor Ende des Vorlaufs gleitet der Vorlaufhemmdorn in eine Kammer und bremst die Rohrbewegung über sich verändernde Abflussquerschnitte bis zum Rohranschlag ab (Vorlaufhemmung kann konstruktiv auch anders dargestellt werden)

• die Hydraulikflüssigkeit dehnt sich bei Erwärmung aus. Eine Wärmeausgleichskammer kompensiert die Volumenänderung

• das Rohr wird nur durch die Kraft des Rohrvorholers (und Reibungskräfte) in der vorgelaufenen Stellung gehalten

• bei der Rücklaufbewegung des Rohres wird die Druckfeder bzw. das Gasvolumen komprimiert

• nach Beenden des Rücklaufs (Rohr hinten) wird die rücklaufenden Masse wieder in Schussrichtung bewegt (durch Expansion des gespannten Gasvolumens bzw. durch Entspannen der Druckfeder)

• Die Vorlaufgeschw. wird durch Drosselquerschnitte begrenzt

• Kaliber und Ladungsraumdurchmesser

• Rohrlänge

• Druckhüllkurve

• Gasdruckleiter für Hochdruckbereich

• Ermüdungslebensdauer

• Ergebnisse:

  • Werkstoff

  • Rohraußengeometrie

  • Autofrettagevorgaben

• Forderungen:

  • Druckbelastbarkeit

  • Biegesteifigkeit

  • Lebensdauer

• Versagenskriterien:

  • bleibende plastische Verformung

  • Sprödbruch

  • Werkstoffermüdung durch Risswachstum

• die maximale Druckbelastung ist auch bei extrem dickwandigen Rohren nur von der Festigkeit bzw. der 0,2%-Dehngrenze des Werkstoffes abhängig:

  • p_max = 0,5 * R_p0,2

• bei Überlastung eines dickwandigen Rohres durch Innendruck wird die zulässige Werkstoffbeanspruchung zunächst an der Rohrinnenwand überschritten und der Werkstoff fließt. Die Werkstoffbeanspruchung im Bereich des Außendurchmessers ist deutlich niedriger

  • bleibende plastische Verformung

  • Sprödbruch

  • Werkstoffermüdung durch Risswachstum

  • Verschleiß

• Verfahren zur Aufweitung von dickwandigen Rohren mit teilweise oder durchgehender Plastifizierung des Rohrwerkstoffes

• Verfahren:

  • hydraulische Autofrettage

  • Stopfenautofrettage

  • Schussautofrettage (Kleinkaliber)

• Ziel: Erzeugung von tangentialen Druckeigenspannungen am Innendurchmesser des Rohres zur Reduzierung der beim Schuss eintretenden resultierenden Tangentialspannungen in der inneren Schicht

• Vorteile:

  • Erhöhung der zulässigen Druckbelastbarkeit (ohne plast. Verformung)

  • Erhöhung der Ermüdungslebensdauer (Risswachstum)

  • Erweiterung der kritischen Risstiefe (Erosionen können zugelassen werden)

• p_AF_Gr ist maximaler Autofrettagedruck ohne erneute Plastifizierung am Innenrand

• eta_min = 2,2 um max Autofrettagedruck und Überhöhungsfaktor

• wenn die maximale Druckbelastbarkeit sich nicht mehr durch Erhöhung von eta erhöhen lässt

1. Spannungszustand im Autofrettagerohr unter Innendruck p_AF

2. Spannungszustand im Autofrettagerohr nach Ablassen des Autofrettagedrucks (“Eigenspannungen”)

3. Eigenspannungszustand nach Innen- und Außenbearbeitung des Autofrettagerohres (=Fertigrohr)

4. Spannungszustand im autofrettierten Fertigrohr beim Schuss (Druck p)

• Überhöhungsfaktor max 2:

  • pmax = 2*1/2 * Rp0,2 = Rp0,2

Unterscheidung zwischen Verschleißlebensdauer und Ermüdungslebensdauer:

• Verschleißlebensdauer:

  • Schussbelastung, ab der infolge des Verschleißzustandes die Funktion und/oder Betriebssicherheit des Rohres nicht mehr gewährleistet ist

    • ausreichende Festigkeit (unter Berücksichtung Erosion)

    • Gewährleistung der Abdichtung des Rohrbodens

    • Abgangsverhalten und Treffgenauigkeit des Geschosses

    • Mündungsgeschw. und Drall

    • ausreichende Kadenz (bei automatischen Waffen)

• Ermüdungslebendauer:

  • maximal zulässige Schussbelastung im Truppengebrauch infolge “Ermüdung” des Rohrwerkstoffes

  • aus Sicherheitsgründen darf das Waffenrohr nicht für weitere Schüsse eingesetzt werden

Es gibt 2 Arten von Ermüdungslebensdauern:

• erwartete Ermüdungslebensdauer:

  • Schusszahl, die mithilfe von geeigneten Berechnungsmethoden und Werkstoffgesetzen ermittelt wird

• zulässige Ermüdungslebensdauer:

  • für Truppengebrauch fesgelegte Schusszahl, basierend auf statistischen Auswertungen von Belastungszahlen. Die Belastungen erfolgen hierbei durch Lebensdauerbeschüsse und simulierte Druckbelastung in einer hydraulischen Pulsanlage bis zum Versagen des Rohres

der für die Ermittlung der Ermüdungslebendauer festgelegte Gasdruck muss mindestens dem maximalen mittleren Gebrauchsdruck unter extremen Einsatzbedingungen entsprechen

• internationale Prüfervorschrift (International Test Operations Procedure) 3-2-829 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung der Ermüdungslebensdauer in der Nutzungsphase von Panzer- und Artilleriegeschützen

• Ermittlung der Ermüdungslebensdauer von Rohren und Verschlüssen basiert auf einer Stichprobe von 6 Prüflingen

• Die Rohre müssen vor der Laborprüfung (hydraulisches Pulsen von Rohrabschnitten) beschossen werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass lebensdauerrelevante Schäden im Rohr entstanden sind (Rissnetz durch Wärmeschock an der Innenwand)

• aufgrund der geringen Anzahl von Prüflingen werden bei der Auswertung parametrisch-statistische Verfahren angewendet

  • Weibull-Verteilung

  • logarithmische Normalverteilung

• SSKP: Single-Shot-Kill-Probability

• PFF: Pre formed Fragment

• Es gilt das Wurzel-Rho-Gesetz: p=L*sqrt(rho_S / rho_Z)

• Die Stachellänge muss sich erst ausprägen

• Stachel besteht aus umgeformten Kupfer

• Erwärmung durch Umformung deutlich unter Schmelzpunkt

  • HL-Stachel ist Festkörper (< 1084,62°C)

• kein schädlicher Drall

• Kaliber ist wenig limitiert

• wenig G-Kräfte beim Abschuss

• hohe Trefferleistung bei geringer Masse

• hohe Wirksamkeit gegen harte Ziele

• Auf einer zentralen Achse befindet sich eine drehbar gelagerte Trommel mit mehreren Patronenlagern

• Rollenbolzen am Trommelumfang greifen in eine Steuerkurve des Steuerschiebers ein

• Beim Vor- und Rücklauf des Steuerschiebers wird die Trommel so eine Patronenlagerteilung weitergedreht

• Der Steuerschieber wird über einen Gaskolben mit Gasentnahme am Rohr angetrieben

• Auf der nach hinten verlängerten Trommelachse sitzen Sternräder, die sich mit der Trommel drehen und die Patronen in die Ladestellung befördern

• Das Zuführen der Patrone erfolgt über den Steuerschieber in zwei Ladeschritten

• Die Verriegelung entsteht dadurch, dass sich die Trommel hinter eine feste Wand des Trommelgehäuses dreht. Die Patrone wird elektrisch gezündet

• Die leere Patronenhülse wird schiebergesteuert ausgezogen und ausgeworfen

• Prinzip ChainGun:

  • Eine umlaufende doppelte Rollenkette steuert die gesamten Waffenfunktionen:

    • Verschlussbewegung: Vor- und Rücklauf

    • Gurteinzug, Ausziehen und Zuführen der Patrone

    • Verriegelung des Verschlusses, Abfeuern, Entriegeln

    • Ausziehen und Auswerfen der Patronenhülse

  • Ein Elektromotor treibt die Kette an

  • Die Umlaufgeschwindigkeit der Kette bestimmt die Feuergeschwindigkeit

• Vorteile:

  • leichte, kompakte Waffe: ein Antrieb für die gesamten Waffenfunktionen möglich

  • hohe Zuverlässigkeit

  • relativ geringer Energiebedarf

• Nachteil:

  • keine hohen Kadenzen

• Mündungsgeschwindigkeit:

  • UK um ca 500 m/s höher als VK aufgrund geringerer Geschossmasse

• Geschwindigkeitsabfall:

  • VK stärkerer Abfall als UK wegen Luftwiderstand

  • Geringerer Geschwindigkeitsabfall mit zunehmendem Kaliber

• IM: Insensitive Munition

• IM-Eigenschaften:

  • Sprengstoffe:

    • Fast Cook-Off (FCO): Testen der Empfindlichkeit der Sprengladung auf Temperatur unter Einschluss

    • Bullet Impact: Testen der Empfindlichkeit bei Beschuss unter Einschluss

    • GAP-Test

    • LSP-Test

  • Munition:

    • Fast and Slow Cook-Off

    • Bullet-, Fragment- and Shaped-Charges-Impact

    • Sympathetic Reaction (Zweit-/ Folgereaktion)

Wie schnell die gespeicherte Energie freigesetzt werden kann. Es gilt: Je feiner das Pulver, desto schneller und druckvoller ist der Abbrand

• DM-XY:

  • DM: Deutsche Modellbezeichnung

  • X: Generation der Munitionssorte

  • Y: Funktion

• Zündkette

• Sicherungseinheit

• Auslöseeinrichtung

• Einsatz/Wirkung:

  • Kampfmunition

  • Unterstützungsmunition

  • Übungsmunition

  • Manövermunition

  • Exerziermunition

• Aufbau:

  • patroniert (KPz, Habdfeuerwaffen)

  • Hülsenlos (Mörser)

  • Getrennt (Artillerie)