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Dokumentenidentifikation DE102005027129A1 14.12.2006
Titel Verfahren und Einrichtungen zur Überdruckbegrenzung bei Schusswaffen und Munition
Anmelder Rahe, Martin, 32609 Hüllhorst, DE
DE-Anmeldedatum 11.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005027129
Offenlegungstag 14.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.12.2006
IPC-Hauptklasse F41A 21/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Immer wieder tauchen in Fachzeitschriften Meldungen über Waffensprengungen bzw. Laufsprengungen auf, wobei in der Regel als Ursache ein überhöhter Gasdruck diagnostiziert wird. Die Umstände, die zu solch folgenschweren Ereignissen führen, sind vielfältig.

Auffällige Unfälle mit Personenschäden sind zwar nicht an der Tagesordnung, aber sie kommen gar nicht so selten vor. Häufiger hingegen bewirken überhöhte Druckspitzen und Gasdrucksprünge Mikrorisse oder Überdehnungen des Waffenmaterials, was im günstigen Fall eine massive Beschädigung der Waffe bedeutet.

Durch die Realität, dass lebensgefährliche Unfälle durch Waffensprengungen immer wieder passieren, stellt sich als psychologischer Effekt eine latent unterschwellige Schießangst ein, die allgemein Schießergebnisse negativ beeinträchtigen kann. Schließlich spielen extreme physikalische Prozesse sich unmittelbar vor dem Gesicht des Schützen ab.

Ursachen von kritischen Druckerhöhungen:

Die häufigste Ursache von Schäden durch überhöhte Gasdrücke sind gefährliche Verwechselungen durch eine falsche, zu schnell verbrennende Pulversorte, eine zu große oder auch zu kleine Treibladungsmenge als secondary explosion effect (SEE), ein zu dickes Kaliber etc. Es sind Faktoren, die oftmals zu extremen Druckerhöhungen mit den entsprechenden Folgen führen.

Einen oft unterschätzten Einfluss hat außerdem eine zu große Setztiefe des Geschosses, die bei zu geringen Ausziehwiderständen beim Transport der Munition oder beim Zuführen der Patrone ins Patronenlager entstehen kann. Dadurch kann der Maximaldruck sehr viel höher als bei normalen Verhältnissen ausfallen.

Weitere Gründe sind Hindernisse im Lauf z.B. Fremdkörper und Schmutz sowie erhebliche Mengen Öl/Fett oder auch Projektile, die aus vielfältigen Gründen nicht ausgetrieben wurden.

Laut Aussage der Deutschen Versuchs- und Prüfanstalt (DEVA) Altenbeken sind Waffenbeschädigungen, welche sie zur Ursachenfindung erhalten zu ca. 60% auf patronenseitig überhöhten Gasdruck, ca. 20% auf Hindernisse im Lauf und die restlichen 20% auf falsche Handhabung zurückzuführen. Ein geringer Teil davon ist auf Materialfehler zurückzuführen.

Zusammenfassung innenballistischer Prozesse:

Bei der Abgabe eines Schusses werden in wenigen Millisekunden Drücke von mehreren tausend bar aufgebaut, Kräfte von über einer Tonne freigesetzt und das bei Temperaturen von einigen tausend Grad. Die Beschleunigung des Geschosses liegt bei rund dem Hunderttausendfachen der Erdbeschleunigung.

Mit Hilfe von physikalischen Gesetzen und Modellen lassen sich zwar die Parameter bestimmen, die einen wesentlichen Einfluss auf das Geschehen in der Waffe haben. Die extremen Bedingungen und komplexen Vorgänge erlauben es jedoch nicht, ein ausreichend zuverlässiges Rechenmodell zu entwickeln, das die tatsächlichen Vorgänge während der Schussabgabe genau darstellt. Innenballistik ist daher auch heute noch eine weitgehend experimentelle Wissenschaft.

Physik.- und chem. Abläufe während der Schussentwicklung:

Bei der Verbrennung einer Treibladung entstehen Gase von hoher Temperatur, die auf engem Raum zusammengedrängt das Bestreben haben sich auszudehnen. Hierdurch entsteht ein Druck im Pulverraum, der sich allseitig, das heißt auch auf den Geschossboden auswirkt und es dadurch in Bewegung setzt.

Durch den zunächst kleinen Ausdehnungsraum steigt der Gasdruck enorm an, wodurch es zu einem beschleunigten Abbrand der Ladung kommt, der die Gasproduktion progressiv ansteigen lässt. Konkret: Die Brenngeschwindigkeit erhöht sich unverhältnismäßig rasant je höher der Gasdruck ist.

Das sich in Bewegung setzende und schnell beschleunigende Geschoß macht dann aber einen größer werdenden Raum frei, in dem sich die Gase ausdehnen können. Solange die Verbrennung (Druckentwicklung) schneller verläuft als die Raumvergrößerung, steigt der Druck an. Nach einer sehr kurzen Zeit ist der Punkt erreicht, in der sich die durch die Geschossbewegung erreichte Volumenvergrößerung und die Menge des durch den Pulverabbrand produzierten Gases im Gleichgewicht stehen. Dies ist der Moment des maximalen Gasdruckes. Bis jetzt hat das Geschoß bei Kurzwaffen einen Weg von ca. 10 mm zurückgelegt. Bei Langwaffen sind es 30 bis 50 mm. Ein überhöhter Druck ist also nur dann möglich, wenn der durch die Gasproduktion benötigte Raum bis zur kritischen Druckgrenze nicht zur Verfügung gestellt wird.

Waffensprengungen:

Eine Waffensprengung, die auf eine innenballistische Ursache und nicht auf einen Materialfehler zurückzuführen ist, ereignet sich, weil in der Waffe entweder zuviel Gas erzeugt oder dem Gas anfänglich zu wenig Raum gelassen wird, oder beides. Als entscheidende Faktoren kommen die Pulvermenge, die Pulveroberfläche, die Brenngeschwindigkeit und die Geschossmasse in Frage.

Damit dies in der Regel nicht geschieht, werden gewisse Grenzwerte festgelegt. Ladungsdichte, Ladungsvolumen, geometrische Form der Pulverkörnung und die Menge des Treibmittels und der damit verbundene innenballistische Druckverlauf sind für den jeweiligen Waffentyp so abgestimmt, dass eine einwandfreie Schussentwicklung umgesetzt werden kann.

Wenn z.B. eine Treibladung mit zu offensiven bzw. degressiven Eigenschaften für den jeweiligen Waffentyp und dem Kaliber noch dazu mit einer unzulässig großen Ladungsdichte zusammenkommen, ist die Katastrophe da.

Bemerkenswert in diesem Zusammenhang ist, dass eine Überladung einer 9 mm Parabellum-Patrone um 5% mit dem zulässigen Pulver eine Drucksteigerung um 14% bewirkt.

Würde z.B. in einer großkalibrigen Kurzwaffenpatrone mit einem schweren Geschoss anstelle des vorgesehenen Pulvers bei gleicher Ladungsmasse ein viel zu degressives also wesentlich schneller verbrennendes eingesetzt, würde sich der Druck in der Waffe ohne weiteres verdoppeln und das unerwünschte Ereignis einer Sprengung provozieren.

Da die Brenngeschwindigkeit ganz wesentlich mit der Größe der Pulveroberfläche zusammenhängt, kann es auch zu sehr steilen und hohen Druckspitzen kommen, wenn bei einer halbgefüllten Patronenhülse die Pulverteilchen durch den hohen Druck des Zündhütchens gegen den Geschossboden geschleudert werden und sich in viele kleine Partikel zerlegen, die in der Summe eine riesige Oberfläche ergeben. Auch ist die gleichzeitige Anfeuerung der gesamten Pulveroberfläche damit verbunden.

Offensichtlich können auch bei einer zu geringen Ladedichte Vorgänge in der Waffe ablaufen, die eine Waffensprengung verursachen können.

Zu viel, das Falsche oder auch zuwenig Pulver können der Anlass sein, dass das Druckmaximum einen äußerst kritischen Bereich erreicht.

Weiterhin kann eine zu große Setztiefe des Geschosses, die bei zu geringen Ausziehwiderständen z.B. beim Transport der Munition oder beim Zuführen der Patrone ins Patronenlager entstehen, dafür sorgen, dass der Maximaldruck sehr viel höher ausfällt als bei normalen Verhältnissen.

Geschossmasse, Ausziehwiderstände, Geschossabmaße etc. sind weitere Parameter, die im Zusammenwirken mit anderen Einflussgrößen den Druckverlauf zusätzlich beeinflussen.

Sicherheitsvorkehrungen:

Zur Absicherung gegenüber gefährlichen Druckerhöhungen, werden beim Beschuss-Amt so genannte Überdruck-Ladungen (130%) eingesetzt. Dieser Prüfung wird zwar jede Waffe unterzogen, doch lediglich mit einem erhöhten Druck von nur 30% gegenüber dem zugelassenen Normdruck.

Ein mehrfacher Sicherheitsfaktor, wie er bei fast allen Einrichtungen, die gewisse Sicherheitsrisiken beinhalten, selbstverständlich vorgeschrieben ist, ist bei Handfeuerwaffen nicht möglich, weil diese dadurch zu schwer und damit zu unhandlich würden.

Außerhalb des Waffenbereiches wird bei wechselnden Beanspruchungen und stoßartigen Belastungen in entsprechenden Richtlinien eine bis zu 3-fache Sicherheit berücksichtigt. Im Schiffbau sind es bei vergleichbaren Risiken sogar 400 %.

Die enormen Risiken, die aus Handhabungsfehlern in der Praxis, Fehler bei der Munitionsherstellung sowie der vielfältigen Unzulänglichkeiten im Umgang mit Waffen resultieren, machen eine Überdruckbegrenzung des Gasdruckes unbedingt erforderlich.

Verfahren zur Überdruckbegrenzung in Schusswaffen:

Sinn und Zweck der Erfindung ist es, den Prozess der Druckerhöhung zu unterbrechen, wenn eine festgelegte Druckgröße überschritten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass entweder durch ein Überdruckventil unmittelbar bzw. wenige Millimeter vor dem Patronenlager, oder aber im Projektil selbst dafür sorgt, dass kein überhöhter Druck aufgebaut werden kann.

Es gibt demzufolge zwei Verfahrenwege, den Druck sowohl in Lang- als auch in Kurzwaffen zu begrenzen:

1. Durch einen externen Expansionsraum in Form einer geschlossenen gasdichten Kammer mit einer Verbindung zum Lauf.

Nach einem Geschossweg von z.B. 3 – 5 mm bei Kurzwaffen bzw. bis zu 10 mm bei Langwaffen – vorzugsweise im „Freiflugbereich" –, wird beim Überschreiten des kritischen Drucks der Zugang über einen Gaskanal und ein Überdruckventil zu der Gaskammer (2) realisiert, wodurch eine Vergrößerung des Ausdehnungsraumes entsteht, die wiederum einen drastischen und plötzlichen Druckabfall bewirkt.

Bedingt durch die Verringerung des Gasdruckes verläuft die nachfolgende Verbrennung d.h. Gasproduktion wesentlich langsamer.

Das Volumen der Expansionskammer muss im Zusammenwirken mit der zunehmenden Raumvergrößerung durch die Geschossbewegung im Lauf so ausgelegt sein, dass sie die im ungünstigsten Fall maximal entstehende Gasmenge aufnehmen kann.

Wenn der Druck im Lauf durch die Bewegung des Geschosses (Raumvergrößerung) und Verringerung der Gasproduktion wieder abfällt, fließt das Druckgas in den frei gewordenen Laufabschnitt hinter dem Geschoss zurück. Die Expansionskammer funktioniert praktisch als Puffer für überschüssiges Treibgas bzw. Druckspitzen.

Dass dieses Prinzip funktioniert beweist die Tatsache, dass bei automatischen Gasdruckladern, bei denen der Gaskanal unmittelbar vor dem Patronenlager positioniert ist, eine Waffensprengung oder Laufaufbeulung nicht bekannt ist, da der ab einem bestimmten Druckniveau eingeleitete Ladevorgang wie ein Überdruckventil wirkt.

2. Ein für Waffensprengungen kritischer Gasdruck kann aber auch bei bestimmten Voraussetzungen über ein Ventil schon im Projektil abgeleitet werden. Dieses Verfahren hat den großen Vorteil, dass eine Ableitung bzw. Ventilöffnung schon stattfinden kann, ohne dass sich das Geschoss bewegt hat.

Zudem braucht an der Waffe keine Veränderung vorgenommen zu werden bzw. ist keine zusätzliche Vor- oder Einrichtung erforderlich.

Dieses Prinzip eignet sich sowohl für Büchsen, Pistolen bzw. Revolvern als auch für Schrotwaffen. Bei der so genannten „Kugelmunition" wird bei Überschreitung des kritischen Gasdrucks ein definiert befestigter Stift, der zentral im Projektil angeordnet ist, ausgetrieben und so der Druck freigesetzt.

Bei der Schrotwaffenmunition kann eine Ventileinrichtung z.B. im Pfropfen hinter der Schrotladung installiert werden, die bei einem unzulässig hohen Druck die hochgespannten Gase in die gasdurchlässige Schrotladung leitet und den Druck dadurch abgebaut.

Die beiden Verfahrenswege – Expansionskammer/Projektilventil – haben eins gemeinsam: Der zerstörerische Überdruck wird nach demselben Prinzip, nämlich durch Ableiten des überhöhten Gasdruckes und Verlangsamung der anschließenden Gasproduktion verhindert.

Vorrichtungen zum erfindungsgemäsen Verfahren (Überdruckbegrenzung durch Expansionskammer)

Das Ausführungsbeispiel der Zeichnung 1 zeigt einen unter dem Patronenlager (1) angeordneten Expansionsraum (2), der durch eine ca. 3mm große Bohrung (3) über ein Ventil mit dem Lauf verbunden ist. Der Ventilstift (4 bzw. 2) besteht aus einem Differenz-Kolben (5), mit einer äußerst kleinen Wirkfläche (6). Der Anschlagbolzen (7) nimmt die Druckfeder (8) auf, die durch den Schraubbolzen (9) in ihrer Druckspannung verändert werden kann.

Die Federspannung wird so eingestellt, dass nur ein unzulässiger Überdruck über die wirksame Flächendifferenz (6) den Zugang (10) zum Expansionsraum freigeben kann.

Weil der Druck durch die enorme Raumvergrößerung zunächst erheblich reduziert wird, entwickelt sich daraufhin die Gasproduktion wesentlich langsamer.

Im Expansionsraum (2) wird die überschüssige Gasmenge solange zwischengespeichert, bis der Druck in dem Laufabschnitt hinter dem Projektil wieder abfällt.

Da der Maximaldruck mit einer normalen Ladung sich erst nach einem Geschossweg von 30 bis 50 mm einstellt, bei Kurzwaffen sind es ca. 10 mm, ist die Anordnung des 3 mm Überströmkanals unmittelbar vor dem Patronenlager auch bei ungünstigen Ladungs- Geschossparametern völlig ausreichend.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in der Zeichnung 2 dargestellt: Hier wird zunächst das Ventilstößel (10) zunächst durch die Tellerfeder (11) abgestützt. Bei jedem Schuss bewegt sich das Ventilstößel gemäß dem möglichen Hub der Tellerfeder ca. 0,2 mm, um ein Festbrennen des Stößels auszuschließen. Wird die kritische Druckgrenze von 130% der Normalladung überschritten, erfolgt die Zerstörung des Bruchplättchens (12), wodurch der Zugang über die Gasbohrung zum Expansionsraum freigegeben wird.

Bei dieser Ausführung wird das Vorkommnis durch den Indikatorstift (13) angezeigt, der in der Öffnung (14) stecken bleibt.

Das System der beiden Ausführungsbeispiele ist selbsterklärend und auch für einen Laien einleuchtend. Da Waffenzerstörungen durch Überdruck laut Medien häufiger vorkommen als früher angenommen, ist es eine realistische Option der Druckbegrenzung.

Informatives zum erfindungsgemäßen Verfahren (Überdruckbegrenzung im Geschoss)

Ein anderer Verfahrensweg hat das Ziel, die Munition einer Schusswaffe in Ihrer Konzeption so einzurichten, dass kein überhöhter Druck aufgebaut werden kann. Dies geschieht im erfindungsgemäßen Verfahren durch ein Überdruckventil im Geschoss.

Die Sicherung vor überhöhtem Gasdruck beginnt dann schon in der Patrone selbst, ohne dass sich das Projektil bewegen muss. Zudem lässt sich das Überdruckventil im Projektil bezüglich des Grenzdrucks viel präziser und reproduzierbarer einstellen. An der Waffe selbst braucht nichts verändert zu werden und man kann mit den Laborierungen der Munition aus zuvor genannten Gründen sehr nahe an die system- und materialbedingte Belastungsgrenze herangehen, die bei Schusswaffen oft sehr unterschiedlich ist.

Für Hochgeschwindigkeitsmunition wie sie z.B. die Firma Weatherby in South Gate California fertigt oder aber auch für Nutzer der ausgesprochen stabilen einschüssigen Thompson/Center Arms Pistolen, die in den USA seit 35 Jahren in riesigen Stückzahlen verkauft werden, tut sich ein enormes Feld an Experimentiermöglichkeiten auf.

Materialermüdungen bergen ein großes Sicherheitsrisiko:

Unzulässige Druckspitzen, die im beschränkten Maße meistens unbemerkt die Belastungsgrenze überschreiten, fügen dem Waffenmaterial oftmals bleibende Schäden zu. Das sind die schon erwähnten Mikrorisse und Veränderungen der Gefügestruktur des Lauf- und Systemmaterials.

Das Ergebnis ist eine Verringerung der normalen Belastungsgrenze. Konkret: Es kann nicht mehr ausgeschlossen werden, dass irgendwann der vom Beschussamt getestete Belastungspuffer von 30% nicht mehr oder nicht mehr in vollem Umfang vorhanden ist.

Bleihaltige Munition und bleifreie Massiv-Geschosse:

Blei hat einen schlechten Ruf als giftiges Schwermetall. Da aus diesem Grund bleihaltige Geschosse ein Problem für die Umwelt darstellen – bei Jagdgeschossen kommt noch hinzu, das im Einschussbereich das Wildbret mit Blei kontaminiert wird –, geht der Trend im jagdlichen Bereich und beim Schießsport hin zu nicht bleihaltigen Geschossen aus Kupfer und seinen Legierungen.

Bei herkömmlicher Blei-Munition werden sehr häufig, insbesondere in geschlossenen Schießanlagen erhöhte Bleiemissionen gemessen. Offensichtlich schaffen es die Belüftungseinrichtungen nicht immer, absolut bleifreie Atemluft zu gewährleisten.

Werden Bleigeschosse oder Mantelgeschosse, bei denen der Bleikern im Heck freiliegt, eingesetzt, wird durch die heißen Pulvergase beim Abschuss Blei freigesetzt. Weitere Bleiemissionen entstehen in Kugelfängen, in denen die Projektile zerstört werden. Es werden insbesondere in geschlossenen Schießeinrichtungen aber auch in der Umgebung offener Schießstände Bleikonzentrationen in der Luft gemessen, die der Gesundheit abträglich sind.

Es gibt also viele Gründe das Blei in Jagdgeschossen und Projektilen, die für den Sport eingesetzt werden, durch andere Materialien zu ersetzen.

Einige Länder haben schon reagiert, so ist davon auszugehen, dass ab dem Jahr 2007 in Schweden bleihaltige Geschosse für die Jagd gänzlich verboten werden. Es ist auch nur eine Frage der Zeit, dass international in diesem Bereich und auch beim Schießsport aus Gründen des Umweltschutzes und der Gesundheit Blei nicht mehr Verwendung findet.

Bei den bleifreien Geschossen, die in den letzten Jahren immer häufiger auf den Markt gelangen, handelt es sich in der Regel um Vollgeschosse aus Kupfer, Tomback oder Messing. Sie sind durch ihr niedrigeres spezifisches Gewicht ungefähr 25% leichter als Blei- bzw. Mantelgeschosse.

Vollgeschosse aus diesen Materialien sind wesentlich härter als Blei- oder Mantelgeschosse und eignen sich dadurch ungleich besser für die erfindungsgemäße Überdrucksicherung. Das wäre auch eine Erklärung dafür, dass bisher noch kein konstruktiver Versuch bekannt ist, eine solche Sicherung zu realisieren.

Einpresswiderstand von Geschossen:

Damit das Geschoss im Lauf gegen den hohen Gasdruck genügend abdichtet, entspricht sein Durchmesser in etwa dem Zugkaliber der Waffe (Zugtiefe 0,1 bis maximal 0,15 mm).

Beim Einpressen in den Lauf muss es deshalb verformt und den Zügen und Feldern des Laufes angepasst werden. Dies erfordert eine große Kraft, die bei Jagdgeschossen (Mantelmunition) mit bis zu 600 kp beziffert wird.

Bei Massivgeschossen aus Kupfer- bzw. seinen Legierungen wird der erhebliche Einpresswiderstand durch Anpassung der Abmaße (Durchmesser etwas kleiner) und Materialwegnahme (radiale Eindrehungen) in tolerierbaren Grenzen erhöht. Er wirkt solange, bis Züge und Felder im Geschossführungsteil eingeschnitten sind. Das Projektil erfährt anschließend die normale, zwischen Geschoss und Laufwand wirkende Reibungskraft.

Der Einfluss des Einpresswiderstandes, insbesondere wenn er mit dem Ausziehwiderstand des Geschosses aus der Hülse zusammenfällt, bewirkt eine zusätzliche Druckerhöhung zu Beginn der Geschossbewegung, die zu einer höheren Abbrandgeschwindigkeit führt, und ihrerseits den Druckaufbau enorm beschleunigt.

In dieser Phase kann ein sehr gefährlicher, so genannter „Mantelstecker" entstehen, das heißt, der Geschossmantel bleibt stecken und aus ihm wird der gelöste Bleikern herausgeschossen.

Deformation der Jagdgeschosse:

Bei guten Jagdgeschossen wir erwartet, dass beim Eindringen des Geschosses in den Wildkörper dieses sich deformiert und im Durchmesser vergrößert.

Der Konstruktion nach soll das Projektil sehr schnell einen kompakten Pilz bilden und im Medium keine Masse verlieren; d.h. bei der Penetration ein sehr hohes Restgewicht behalten.

Das gilt im Besonderen sowohl für Lang- als auch für Kurzwaffen, die nicht im Sport eingesetzt werden.

Da Vollgeschosse aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen bei entsprechend konstruktivem Aufbau diese Voraussetzungen erfüllen, werden sie sich nach entsprechenden Anpassungsprozessen – Veränderung der Zugtiefe, der Zugsteigung, Verlängerung des Übergangkegels etc. – durchsetzen.

Zielballistisch sind diese Geschosse entsprechend angepasst untadelig und kaum zu übertreffen.

Durch die Tatsache, dass Sicherheitsmunition nur mit bleifreiem Projektilmaterial kostengünstig realisiert werden kann, wird das erfindungsgemäße Projektil die Umstellung auf bleifreie Materialien beschleunigen und dadurch einen nicht unbedeutenden Beitrag zum Umwelt- und Gesundheitsschutzschutz leisten.

Geschosse mit erfindungsgemäßem Überdruckventil

Es gibt eine Vielzahl konstruktiver Möglichkeiten ein Geschoss mit einer Einrichtung zu versehen, die verhindert, dass ein festgelegter Gasdruck überschritten wird.

In den Zeichnungen 3 und 4 werden Ausführungsbeispiele vorgestellt, die nachstehen erläutert werden:

Die 5 zeigt den konkreten Funktionsablauf der Überdrucksicherung beim Abschuss eines Projektils.

Durch eine oder mehrere Ursachen entsteht ein nicht zulässiger Gasdruck, der die kritische Grenze übersteigt.

Die zunächst überhöhte Gasspannung drückt auf den Geschossboden und zieht dieses gegen den Ausziehwiderstand aus der Hülse.

Beim Übergang des Projektils in die Laufzüge wird durch den Einpresswiderstand eine sehr starke Bremswirkung erzeugt, die wiederum die erforderlich schnelle Volumenvergrößerung verzögert. Da nun die Geschwindigkeit der Gasproduktion durch den Druckanstieg unverhältnismäßig zunimmt, entsteht die kritische Phase, in der die weitere Erhöhung des Gasdrucks nicht mehr zugelassen werden kann.

Die Halte- bzw. Stützkräfte des Ventilstiftes werden überschritten, sodass dieser nach vorn aus dem Projektil austritt, wodurch der Gasdruck durch die frei gewordene Bohrung in den vorderen offenen Laufabschnitt freigegeben wird.

Der konkrete Projektilaufbau wird anstehend anhand der 6 bis 9 noch einmal näher erläutert:

Die 6 zeigt das zweiteilige Projektil mit den auf ihm einwirkenden Kräften.

Beim Einpressen des Geschosses in die Laufzüge wird auf die Geschossführungsfläche eine Kraft von bis zu 600 kg – kaliberspezifisch – ausgeübt. Diese Kraft drückt das Projektil zusammen und würde den Ventilstift 4 festklemmen, wenn die Zugtiefen der Läufe, die bis zu 0.15 mm betragen können, nicht berücksichtigt würden.

Durch den jeweils festgelegten Feld/Zug Abstand, ist der Kraftweg der Kraft auf die Geschossführungsfläche bzw. den Sicherheitsstift begrenzt, so dass die Passungsmaße von Ventilstiftbohrung und Ventilstift so eingestellt werden kann, dass dieser nicht klemmt.

Des Weiteren werden die nahezu gleichen Kraftrichtungen an der Geschossspitze aufgezeigt, die beim Abschuss und dann beim Auftreffen im Zielmedium auf das Geschoss einwirkenden.

Beim Abschuss drücken die gespannten Gase gleichzeitig auf die Rückseite des Geschossmantels 7 und des Ventilstiftes, der über die abgeschrägten kreisförmigen Verbindungs- bzw. Abstützflächen mit der Geschossspitze formschlüssig verbunden ist.

Bei Überschreitung der kritischen Gasdruckgrenze wird durch die Schräge der vorderen Formschlussfläche die definierte Abstützung mit Hilfe von entsprechend angeordneten Sollbruchstellen im Mantel der Geschossspitze und/oder zweckdienliche Formveränderungen des Materials aufgehoben.

Die Vorderseite des Geschosses öffnet sich und der Ventilstift tritt nach vorn aus. Der Gasdruck kann nun durch die Ventilstiftbohrung entweichen.

Beim Auftreffen des Projektils auf das Zielmedium (z.B. Wildbret) 9 wird der Ventilstift nach hinten gedrückt und bewirkt, obwohl die Bewegungsrichtung der Kraft jetzt diametral ist, ebenfalls die Öffnung der Geschossspitze, die dann bei der weiteren Penetration vom Gewebe-Widerstand des Zielmediums unterstützt wird und sich weiter vergrößert.

Durch eine entsprechende unterschiedliche Winkelgebung im formschlüssigen Abstützbereich des Ventilstiftes, kann sowohl der „kritische Gasdruck" als auch die Flächenvergrößerung beim „Aufpilzen" des Geschosses eingestellt werden.

Die 10 zeigt eine weitere Möglichkeit einer definierten Ventilstiftbefestigung. Durch Sollbruchstellen am Geschossheck wird durch Zerstörung der Stützfläche 11 – sh. Bruchstücke – der Ventilstift freigegeben.

Im vorderen Bereich ist der Ventilstift 12 etwas dicker um ihn mit Hilfe einer geringen Presspassung im Geschossmantel zu fixieren. Es ist auch der Bereich, der beim Einpressen des Geschosses in die Züge durch die geometrische Form nicht zusammengedrückt wird.

Bei der 13 bzw. 14 werden bei überhöhtem Druck die Sollbruchstellen am Rand der Projektilrückseite aufgebrochen und die Treibgase durch die an der Außenseite positionierten Überströmkanäle freigelassen.

Diese Konstruktionsvariante hält den zentralen Bereich des Projektils für andere Zweckbestimmungen resp. Funktionen frei.

15 und 16 offenbaren eine Ventilkonstruktion bei einem konventionellen Blei-Geschoss. Der Geschossmantel ist hier so ausgestaltet, dass er sowohl an der Spitze, in der Mitte als auch am Ende des Geschosses nach innen verlaufend kleine Führungsflächen für den zylindrischen Ventilstift bildet.

An der Geschossspitze wird zudem der Ventilstift vom Mantelmaterial abgestützt.

Bei Überschreitung des kritischen Druckes wird das Material der Ventilstiftstütze durch die Schneidkante des Ventilstiftes zerschnitten und der Stift kann nach vorn entweichen.

Eine weitere Variante wird in der 17 bis 19 dargestellt. Hier verläuft der Ventilschaft konisch nach hinten, sodass auf der Rückseite eine kleinere, vom Querschnitt bestimmbare Projektionsfläche entsteht.

Abgestützt wird der Ventilstift durch die aus dem Mantelmaterial geformte Stützkappe an der Geschossspitze. Durch die Größe der Projektionsfläche und die Materialquerschnitte der Stützkappe, stehen Parameter zur Verfügung, die eine relativ genaue Einstellung der kritischen Druckgröße ermöglicht.

Der Geschossmantel weist weiterhin radial verlaufende Führungsrille auf, um das Einschneiden in die Laufzüge zu vereinfachen.

Schrotmunition mit erfindungsgemäßem Überdruckventil – grafisch nicht dargestellt –

Eine Begrenzung des Gasdruckes ist auch bei Schrotmunition denkbar. Hier könnte im so genannten Zwischenmittel (Pfropfen) zwischen Treibmittel und Schrotladung ein fixierter Ventilstift oder eine Bohrung, die mit einer definiert stabilen Folie (Sollbruchstelle) abgedeckt ist, für einen Abbau einer unzulässigen Druckspitze in den gasdurchgängigen Schrotbereich sorgen.


Anspruch[de]
Verfahren und Einrichtungen zur Druckbegrenzung bei Schusswaffen und Munition dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess der Druckerhöhung unterbrochen wird, wenn eine definierte Druckgröße überschritten ist. Verfahren und Einrichtungen zur Druckbegrenzung bei Schusswaffen und Munition dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens entweder außerhalb des Waffenlaufs durch ein Überdruckventil bzw. eine in der Funktion gleichzusetzende Einrichtung oder aber im Projektil selbst dafür sorgt, dass kein überhöhter Druck aufgebaut werden kann.






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