Vom vom 21. April bis 2. Mai werde ich in Afrika jagen

Untersuchungen über die Vibration des Gewehrlaufs

Carl Cranz | Gewehrlauferwärmung | Laufschwingungen | Weiche Laufbettung | Treffpunktlage

Hier dazu ein Video

Obige Bilder: C. Cranz und K. Koch,

Untersuchungen über die Vibration des Gewehrlaufes

Carl Cranz | Gewehrlauf | Weiche Laufbettung | Ladungsleiter

Ergebnisse

für Gewehr M/71 nur für die Bewegungen des Laufes in der durch die Laufachse gehenden Verticalebene:

  1. Das Gewehr führt in der Zeit vom Abdrücken bis zu dem Augenblick, in dem das Geschoss die Mündung passirt, abgesehen von der bekannten Rücklaufbewegung, Schwingungen aus, and zwar sowohl das eingeklemmte wie das freiliegende Gewehr.

  2. Die Verbiegungscurve des Laufes, in jenem Augenblick and in jedem beliebigen späteren, lässt sich mit der geschilderten Mlethode elektrischer Momentphotographie mehrerer Laufstellen für jeden speciellen Fall auf circa einige Tausendstel Millimeter genau bestimmen. Principiell liegt kein Hinderhiss vor, dieses Verfahren such auf die Verbiegungen von Geschützrohren and Laffeten anzuwenden.

  3. Die beobachteten Laufschwingungen sind sehr ähnlich denen eines Stabes, welcher am einen Ende eingeklemmt ist; nämlich der Lauf schwingt gleichzeitig im Grundton (Schwingungsdauer 0.0363 Sek.) and im ersten Oberton (Schwingungsdauer 0.0072 Sek.). Für die Abgangsrichtung des Geschosses Bind in erster Linie die Obertonschwingungen massgebend; bei - normaler Ladung ist der vorderste Punkt; welcher im Moment des Geschossaustrittes in relativer Ruhe ist, nicht an einer weit hinten befindlichen Stelle des Laufes gelegen (Kreuzschraube, Zapfenlager), sondern in dem Knotenpunkt des ersten Obertones; dieser Knoten liegt (nicht in einem Gewehrring, wie mitunter angenommen wurde, sondern) annähernd an derselben Stelle, welche die Theorie des an einem Ende eingeklemmten, transversal schwingenden Stabes verlangt. Dieser Knoten des ersten Obertones kann durch Aufstreuen von Sand auf einen längs des Laufes befestigten Cartonstreifen deutlich sichtbar gemacht werden.

  4. Je kleiner die Ladung gewählt wird, desto mehr Schwingungen des Laufes sind abgelaufen, bis das Geschoss aus dam Lauf austritt; dieses Austreten erfolgt desshalb in einer anderen Schwingungsphase and desshalb varürt der Abgangsfehler mit der Ladung. '

Carl Cranz

Physikalisches Institut der technischen Hochschule Stuttgart. 30: November 1898.
Aus den Abhandlungen der k. bayer. Akademie der Wiss. II.Cl. XIX. Bd. III. Abth.
C. Cranz und K. Koch, München 1889, Verlag der k. Akademie in Commision des G. Franz’schen Verlag (J. Roth)

Carl Cranz
1858 - 1945
Dr. phil., Dr. h.c. mult


Ordentlicher Professor an der Technischen Hochschule Berlin - Geheimer Regierungsrat
Carl Cranz hat als Mathematiker, Physiker und Lehrer die moderne Ballistik in Deutschland begründet.

Noch als Lehrer am Friedrich-Eugen-Gymnasium in Stuttgart begann er mit seinen ballistischen Forschungsarbeiten, die ihn bald über die Grenzen seines Wirkungskreises hinaus bekannt machten. 1903 wurde er an die neu gegründete Militärakademie in Berlin berufen, um dort das erste theoretisch und experimentell arbeitende ballistische Forschungszentrum der Welt aufzubauen.

Die Arbeiten Carl Cranz' und seiner Mitarbeiter führten weit über den Stand der Kenntnisse und Erfahrungen hinaus, der bis dahin in der Ballistik erreicht worden war. Carl Cranz vertiefte und erweiterte die theoretischen Ansätze der Ballistik und entwickelte gleichzeitig zahlreiche neue Verfahren zur physikalischen Meßtechnik.

Schon vor 1914 erkannte er die Bedeutung von Überschall-Windkanälen, und in den 20er Jahren begann er bereits mit Arbeiten über Raketenantriebe.

Carl Cranz' Arbeiten waren für viele Gebiete der angewandten Physik richtungsweisend, so

seine theoretischen Untersuchungen über den Kreisel- und Magnuseffekt;

seine Arbeiten über den Luftwiderstand bei hohen Geschwindigkeiten;

seine Entwicklungen in der Hochfrequenzkinematographie zur Registrierung schnellaufender Vorgänge mit Bildfrequenzen bis zu 107/s;

seine Experimente zur Konstruktion zuverlässiger und genauer Zeitnormale.

Mit besonderem Nachdruck hat sich Carl Cranz für die wissenschaftliche Aus- und Weiterbildung auf dem Gebiet der Ingenieurwissenschaften eingesetzt. Schon vor dem ersten Weltkrieg forderte er für alle Offiziere ein ingenieurwissenschaftliches Studium. Sein Weitblick als Forscher und Lehrer ist für die Carl-Cranz-Gesellschaft Vorbild.

Carl-Cranz-Gesellschaft e.V.
Postfach 1112 82230 Weßling
Tel (08153) 28 2413 Fax (08153) 28 1345
http://www.ccg.dlr.de mailto:ccg@dlr.de

Führende Persönlichkeiten aus Forschung, Industrie und Hochschule gründeten 1960 die Carl-Cranz-Gesellschaft. Sie benannten die Gesellschaft nach dem Schöpfer der modernen Ballistik, dem Professor für Technische Physik an der Technischen Hochschule Berlin, Carl Cranz. Ursprüngliches Ziel war es, eine wehrtechnische Aus- und Weiterbildung für Absolventen von Hochschulen und Fachkräften aus Industrie und Streitkräften zu organisieren. 1963 begann man mit der Durchführung von Lehrgängen. Inzwischen hat die CCG ihr Spektrum weit über den wehrtechnischen Rahmen hinaus ausgedehnt. Die CCG arbeitet eng mit Forschungsinstituten, insbesondere mit Einrichtungen der Großforschung, mit Hochschulen, mit der Industrie, mit Behörden und mit der Bundeswehr zusammen.

Untersuchungen über die Vibration des Gewehrlaufes

Carl Cranz | Gewehrlauf | Weiche Laufbettung | Ladungsleiter

Laufschwingungen

Gewehr 71

Carl Cranz in den Untersuchungen über die Vibration des Gewehrlaufes M/71, siehe oben in

Physikalisches Institut der technischen Hochschule Stuttgart. 30: November 1898.
Aus den Abhandlungen der k. bayer. Akademie der Wiss. II.Cl. XIX. Bd. III. Abth.
C. Cranz und K. Koch, München 1889, Verlag der k. Akademie in Commision des G. Franz’schen Verlag (J.Roth)

Faßt man unter vereinfachten Voraussetzungen das Gewehr als cylindrisches Rohr auf - indem man von der Verbindung des Laufes mit dem Schaft absieht - so läßt sich die Schwingungsdauer nach einer bekannten Formel berechnen.

Bezeichnet nämlich

L die Rohrlänge in Metern gemessen,

da äußerer Rohrdurchmesser in Metern

di innerer Rohrdurchmesser in Metern

E den Elasticitätscoefficienten des Rohrwerkstoffes

g die Schwerebeschleunigung in mm = 9810 mm/s²

r die Werkstoffdichte

e1 eine Constante zu Werth 0,597

e2 eine Constante zu Werth 1,494, ergeben sich

T0 die Grundschwingungsdauer in Millisekunden

T1 die Grundschwingungsdauer in Millisekunden

n = 1/T die Anzahl der Schwingungen in der Sekunde

n1 die Anzahl der 1. Obertonschwingungen in der Sekunde

Ganz gleich wie die Waffe gebaut ist, bei jedem Schuß wird der Lauf schwingen. Die Waffe soll so ausgelegt werden, daß die Schwingungen so wenig, wie möglich, angeregt werden. Die störenden Schwingungen dessen trotz anzuregen, wird sich nicht vermeiden lassen. Die Schwingungen eines Laufe in der Grundwelle und den ersten beiden Oberwellen ist hier mal für zwei Fälle dargestellt, nämlich einmal für den an beiden Enden fest eingespannten Lauf und für den an beiden Enden losen Lauf. Die Auslenkungen sind oben falsch für alle Frequenzen gleich groß dargestellt. Die eingetragene kinetische Energie verteilt sich auf die Eigenwerte eher gleichmäßig. Also nehmen die Auslenkungen (Amplituden) mit der Frequenz (=1/Wiederkehr) ab. Carl Cranz, Vater deutscher Ballistik, beobachtete bereits im 19ten Jahrhundert, an dem einseitig gelagerten, in Holz gehüllte Lauf des Gewehres 1871 hauptsächlich Schwingungen der ersten Oberwelle. Das mag allerdings auch mit der Dämpfung durch den in Holz gehüllten Lauf zusammenhängen.

Die Eigenschwingungen eines Stabes hängen von seiner Spannung ab, also wie die beiden Enden gelagert sind, frei, fest oder anders. Stäbe schwingen bei Länge l = 0,7 m und Schallgeschwindigkeit in Stahl c = 5.100 m/s mit den n Eigenfrequenzen 1, 2, 3, 4 und n Amplitunden A(n) ~1/n zu

Einseitig gespannter Stab

Freier Stab

Die roten Geraden in beiden Graphen sind Störungen aus der Software, daher nicht zu beachten. Bei der linken fest - freien Lagerung wirkten äußere Dämpfer in der Nähe des 3. und 4. Schwingungsbauches bei ~ 0,45 m gut, würden aber die 1. Oberwelle fast im Knoten stützen, so daß mindestens noch bei etwa 0,2m noch ein weiterer Dämpfer wirken müßte.

Das sS Geschoß benötigt in der 8x68S etwa 1,2 ms bis zur Mündung, siehe rechts. Eine volle Grundschwingung dauert 0,529 ms. Der Lauf hatte also etwas Zeit von der Anregung in die Eigenschwingungen zu fallen. Die Einschaltvorgänge zu berechnen, ist mir zu schwer. Die genaue Anregung ist auch nicht bekannt. Jedenfalls sollen Winkelfehler vermieden werden. Die sind in den Schwingungsknoten am größten. Also wird der Lauf vorn nicht knotenerzeugend gespannt.

A. Weigand veröffentlichte in ,,Einführung in die Berechnung mechanischer Swingungen" Bd. III, Schwingungen fester Kontinua (Stäbe und Platten) VEB Fachbuchverlag, Leipzig 1962, links nebenstehenden Graph für Einschaltvorgänge erzwungener Schwingungen des fest - freien - Stabes. Die Amplitude wird über der Frequenz als Vielfache der Eigenfrequenzen dargestellt. Di und Da sind Maßzahlen für innere und äußere Dämpfung. ,,Man erkennt deutlich, daß die innere Dämpfung auf die Resonanzkurven einen wesentlich stärkeren Einfluß, als die äußere hat.“, schreibt Weigand. Die Amplituden der ersten drei angeregten Eigenwellen verhalten sich wie 20 : 4,5 : 3,7, sie folgen nicht 1/n. Damit schwingt der Stab hier ganz anders, als das von Cranz beschriebene Gewehr 71, das im wesentlichen nur in der ersten Oberwelle schwang. Mit stärkerer Dämpfung nähert man sich mit den Weigand'schen Rechnungen den Cranz'schen Messungen des 19ten Jahrhunderts. Der Holzmantel um die alten Armeegewehre dämpfte wohl die mit größter Auslenkung schwingenden Grundwellen am meisten. Die Annahme verträgt sich gut mit linearer Dämpfung.

Neuere Überlegungen von Schwinkendorf und Roblyer (S. u. R.) für einseitig schwingende Läufe, siehe rechts, berücksichtigen Schwingungsenergien des einseitig fest gespannten Laufes bis zur vierten Oberwelle, bis dann die Energien abklingen. Beim Vergleich beider Graphen ist zu beachten, daß links die Amplitude, rechts aber die Energiedichte aufgetragen ist. Man kann sie also nicht ohne weiteres vergleichen. Die von S. u. R. zum Patent angemeldete Lösung den schwingenden Lauf mittels eines gekoppelten Schwingers vor der Mündung bei einer bestimmten Frequenz gegenphasig schwingen zu lassen, so daß die Mündung in Ruhe bleibt, ist ein alter Hut. Wieso die noch zum Patent angemeldet wird, ist seltsam. Sie wirkt nur bei einer bestimmten anregenden Frequenz und Amplitude. Je nach Dämpfung kommen beim schwingenden Läufen aber die Grund sowie einige Oberschwingungen vor. Die Anregung klein zu halten, indem die peitschenartige Durchbiegung durch den fest mit dem Schaft verbunden Lauf, und ungleiche Masseverteilung, aufgehoben wird, griffe die Störung an ihre Ursache an. Des weiteren Flüssigkeit, Gummi und Holz als Dampfer zu nutzen, umgeht die ungewünschte Frequenzabhängigkeit.

Aus Cranz' vorliegenden Messungen und S. u. R. - Rechnungen ergibt sich die Frage, wie ein Lauf denn nun best gelagert werden soll. Nach voriger Wärmebetrachtung muß sich die Frage, wie sich denn nun ein Wassermantel auf den Lauf auswirke, anschließen. Während bei vielen Reibungen meist einfach mit der Schnelle wachsende Dämpfungen beobachtet werden, dämpfen turbulente Strömungen in Flüssigkeiten quadratisch mit der Schnelle. Wie die dämpfenden Wirkungen eines Laufes im Wassermantel genau liegen, wissen wir nicht, jedenfalls günstig! Den quadratischen Fall bei den sehr kleinen Auslenkungen anzunehmen, wäre wohl zu optimistisch. Je nach Lagerung sind an der Mündung Schwingungsbäuche oder -knoten, damit kein oder ein Winkelfehler zur Seelenachse zu erwarten. Den Lauf weder fest noch lose zu lagern, wäre best. Die Lagerkräfte müßten also gerade halb so stark wie die Biegekräfte sein. Die hängen wiederum von der jeweiligen Wellenlänge ab. Danach kann also keine Lagerung gebaut werden. Wellenlängenunabhängig zu dämpfen sei also ein Ausweg für alle Fälle. Damit zeigt sich der Wassermantellauf nicht nur von seiner Seite viel Wärme zu schlucken günstig, sondern auch von der anderen Seite lager- und wellenlängenunabhängig Schwingungen zu schlucken, für ein hochangeregtes Hochleistungsgewehr gut geeignet. Da ein dünnerer Stahlinnenlauf niedrigere Eigenfrequenzen, als ein dicker steifer aufweist, werden Oberwellen zwar früher gedämpft. Dafür werden sich die unteren Wellen, einschließlich der Grundwelle, stärker ausbilden. Um weiter zu dämpfen, wählt man ein weiche Lagerung; kein Metall, kein Schichtholz oder Buche, sondern Gummi in Nußbaum o. ä.

Der allein möglichst fest im harten Schaft verankerte Lauf ist ein Irrweg!

> Es gibt in der Mechanik einige Grundregeln, als da wären: "Masse ist Genauigkeit". Der ideale Gewehrlauf wäre also 10 Tonnen schwer! Er würde sich dann weder thermisch verformen, noch hätte er nennenswerte Eigenschwingungen.

Winfried Weihrauch, November 19, 2001 9:02 PM

Ja Winfried,

selbstverständlich. Nur ist die Masse begrenzt. Mit Panzerkanonen schießt du heute ohne nennenswerte Winddrift auf 1,5 km binnen 30 cm Trefferkreis. Aber die Masse kann ein Schütze nicht schleppen!

> Dein Ansatz ist genau das Gegenteil: Du verringerst die Masse des Laufes, was, wie Du selbst festgestellt hast, zu einer Erhöhung (der Amplitude) der Grundschwingung führt.

Auch wieder richtig.

> Zu Deiner These, eine elastische Aufhängung des Laufes zu realisieren äußere ich folgende Gedanken: mechanisch ist die Aufhängung in einem Schwingungsknoten am besten, das wäre bei einer elastischen Aufhängung genau in der Mitte des (zylindrischen) Laufes. Bei einer festen Aufhängung ist der (harte) Schaft natürlich Teil des gesamten Schwingungssystems - in diesem Fall läge der Schwingungsknoten in der Nähe des Patronenlagers, was der herkömmlichen Aufhängung entspricht.

Wenn der angeregte Lauf schwingt, bewegt sich einerseits der Lauf in der Nähe der Ruhelage am schnellsten, weil dann sein potentielle Energie = 0, aber die kinetische Energie größt ist. Im Schwingungsknoten ist der Lauf größt abgelenkt, zeigt also den größten Fehler. Die herkömmliche Weise den Lauf hinten an den Schaft zu schrauben, erfordert für genaues Schießen Ladung und Waffe so aufeinander abzustimmen, daß das Geschoß den Lauf genau bei größter Mundungsauslenkung im ruhigen Umkehrpunkt verläßt. Damit ist diese Art sehr ladeempfindlich. Das BDS-Hochleistungsgewehr ist mit ZF und Zweibein auf 7 kg begrenzt. Der Hitze wegen kommt nur ein gut Wärme speichernder Lauf in Frage. Wegen der beiden Anforderungen leicht zu bleiben, aber viel Wärme aufzunehmen, kommt nur ein Wassermantel in Frage. Das eigentliche Problem wird nun: Wie fasse ich das Wasser um den Lauf. Mit einer Hülle. Wo und wie befestige den Lauf in der Hülle? Wo, und wie wie stütze ich die Hülle am Schaft ab. Ich vermute dazu müssen mal Schwingungsaufnehmer und ein Speicheroszilloskop her. Ein Kurzzeitproblem für Werner Mehl.

Gruß,Lutz Möller

steve podleski wrote: Most vibrations are composed mainly of the fundamental wave and decreasing amounts of its harmonics, i.e. the main component of a wave is the fundamental wave, then a smaller amount of the first harmonic and yet a smaller amount from the second harmonic, etc.

Sam Nichols wrote: In appendix B of the book "Rifle Accuracy Facts" by Harold R. Vaughn published by Precision Shooting is a Barrel Vibration Computer Code published and explained. Appendix A is a design of instrumentation to measure and record barrel vibration. That for what it is worth.

Back in 1962 a friend came up with an idea to find the best point to place a pressure point on an otherwise free floated barrel. I tried it on a Sako heavy barrel with micro grove rifling and shot the rifle to a state record in the LV bench class that stood for a very short time. At that time or match the aggregate was 10 10 shot groups at 100 yds and 10 10 shot groups at 300 yards My aggregate was some where in the order of .245 moa. Conditions were that day perfect! Shoots anyone still pressure point bedded rifles?

Sam

Patentanmeldungsantrag

Halbwellenschwingende weiche Schußwaffenlaufbettung

1. Gegenwärtiger Stand der Technik

Scharfschützenwaffenläufe zu lagern folgte bis heute einer einzigen Idee: Dem ähnlich einer Stimmgabel aus Lauf und Schaft, starr abgestützt frei schwingenden Lauf. Anstrengungen die Genauigkeit zu verbessern wurden bisher immer auf dieses gleiche Muster angewendet, nämlich einerseits durch genaue Fertigung die Wiederholgenauigkeit zu verbessern. Des weiteren wurde versucht durch immer mehr Masse die vom Schuß angeregten Bewegungen klein zu halten. Die Idee war immer dieselbe. So ist der technische Stand. Ich erläutere im einzelnen:

Schwingungsseitig betrachtet bestehen weit schießende, tragbare Scharfschützengewehre meist aus zwei Teilen, einerseits dem Lauf oder Rohr, in dem die Treibladung durch gespannte heiße Gase das Geschoß nach vorn beschleunigt; andererseits aus einem Griff oder Schaft, den der Schütze mit der Hand faßt, um die Waffe zu führen, an dem der im Schuß entstehende Rückstoß nach hinten abgestützt wird. Seit es Handfeuerwaffe gibt, wird der Lauf immer hinten starr im Schaft befestigt. So seit Jahrhunderten immer gleich. Die starre Lagerung muß kurzzeitig erhebliche Spitzenkräfte aufnehmen.

Durch starre hintere außermittige Laufaufhängung im labilen Gleichgewicht entsteht das ungleichseitige Viertelwellenproblem (Stimmgabel).

Aus der Zeit vor dem erhöhten Zielfernrohr stammend, die menschliche Gestalt und die offene Zie1einrichtung Kimm und Korn (flache Visierlinie) berücksichtigend, sind die Gewehrschäfte nicht gleichseitig um den Lauf gebaut, sondern senken an der Schulter ab, erlauben dem höheren Auge gleichzeitig in die Visierlinie zu sehen, sprich, zu zielen. Der Schwerpunkt liegt also nicht in der verlängerten Seelenachse (ein gedachte Linie in Laufmitte), sondern darunter. Der nicht auf den Masseschwerpunkt gerichtete, seelenachsigen Rückstoß dreht die Waffe im Schuß um die Querachse. Das rückwärts angestoßene Gewehr kippt dabei hinten nach unten. Vorn schlägt es hoch.

Wegen der hinteren am Schaft starren befestigten Laufes biegt sich der Lauf im Knall hinten herunter, während vorn die träge Laufmasse nicht unverzüglich folgern kann. Einwirkendes Drehmoment und eigene träge Masse verbiegen den Lauf wie eine Peitsche.

Der Schaft, der Verschluß, und beim Mehrlager ggf. das patronengefüllte Magazin bilden dem starr verbundenen Lauf ein masseträges Widerlager, an dem der Lauf vorn frei schwingt. In früheren Jahrhunderten wurde teils bis vorn durchgeschäftet. So berührte der Schaft den Lauf mehr oder weniger auf ganzer Länge. Unterschiedliche Lauf- oder Schaftwerkstoffeigenschaften ergaben so wetterbedingte treffpunktändernde Spannungen. Deshalb ließ man später bei genau schießende Waffen (also keine reihenfeuernden Sturmgewehre) den Lauf unverspannt frei schwingen. Anders war die Wetterfühligkeit bisher nicht in den Griff zu bekommen. Der Holzmantel dämpfte allerdings auch Schwingungen. So ist der heutige Scharfschützengewehrtechnikstand.

Der hinten starr aasgelenkte, vorn frei schwingende, Lauf bildet somit einen stimmgabelartigen Viertelwellenschwinger, dessen Schwingungsknoten an der hinteren Befestigung und dessen Laufschwingungsbauch vorn an der Mündung liegt . Durch starre hintere außermittige ungleichseitige Laufaufhängung im labilen Gleichgewicht entsteht das Viertelwellen- oder Stimmgabelproblem. Das heißt, an der Mündung, da die Kugel den Lauf verläßt um ihre Reise ins Ziel anzutreten, bewegt sich der Lauf am weitesten aus seiner Ruhelage, weist aber auch den geringsten Winkel auf. Die Schwingung beschleunigt in Außenlage die Kugel dadurch quer zur Seelenachse. Eine derartige Seitenbeschleunigung lenkt die Kugel von der ungestörten, gewünschten Flugbahn ab. In Mittenlage ist der Lauf am stärksten verbogen, zeigt die Mündung den größten Winkle zum Ziel. Sowohl Winkel als auch Querbeschleunigung sind unerwünscht. Der Technikstand, bei solcher Bauweise unvermeidlich angeregte Viertelwellenschwingungen zu mindern, da umgekehrt zur zunehmenden Laufmasse die Querbeschleunigung abnehmen, ist immer festere und schwerer Läufe einzubauen; also hinterher die Schwingungswirkungen zu mindern, statt vorher die Schwingung ursächlich zu beseitigen. Die Kugeln schwingen dann aus der Bahn. Angeregte Laufschwingungen ergeben bei derartigen Waffen zwingend nicht zu verhindernde Trefferabweichungen (Streuungen). Nicht mal bei sonst besten Bedingungen schießen solche Gewehre Loch - in - Loch. Derartig wiederholgenau und bestimmbar, nämlich Loch - in - Loch sollen Scharfschützengewehre das Ziel jedoch treffen. Das angestrebte Ziel solche Waffen zu bauen, wurde mit herkömmlicher Technik bisher nicht erreicht; ist so auch nicht zu erreichen.

Das Viertelwellen- oder Stimmgabelproblem wird durch eine zugrundeliegende Idee in mehreren Schritten einheitlich gelöst. Die erste Teilerfindung, die weiche hintere Laufaufhängung zur Halbwe1lenlösung löst das Viertelwellenproblem als Halbwellenlösung teilweise. Die zweite Teilerfindung, die weiche vordere mittige Laufaufhängung im stabilen Gleichgewicht, beseitigt die Schwingungen ganz. Einer einheitlichen Idee folgend gibt es danach kein störendes Stimmgabelproblem mehr.

2. Erste Erfindung: Die weiche hintere Laufaufhängung als Halbwellenlösung.

Satt den Lauf hinten außermittig einseitig starr abzustützen, also eine viertelwellenschwingende Stimmgabel zu bauen, besteht die erste Erfindung darin, einerseits den Lauf hinten weich, nachgiebig aufzuhängen, so daß der im Rückstoß nach hinten unten wegdrehende Schaft kein Drehmoment über die nunmehr weiche nachgiebige Aufhängung an den Lauf übertragen kann, andererseits die Massen so zu verteilen, daß sich ein Halbwellenschwinger ergibt.

Da die hintere weiche Aufhängung immerhin den Rückstoß abfangen muß, ist deren Nachgiebigkeit eine untere Grenze gesetzt. Die weiche Aufhängung bricht die Stimmgabel in der Mitte auf. Die Aufhängungsfederkräfte sind im Vergleich zu den Laufbiegefederkräften winzig klein. Der weich aufgehängte Lauf schwingt nun wie ein freies Rohr. Das frei schwingende Rohr bildet als Halbwellenschwinger seine Schwingungsknoten, jeweils bei einem viertel und drei viertel seiner Länge. Seine drei Schwingungsbäuche finden sich am Anfang, in der Mitte und am Ende. Die weiche Aufhängung ändert das Schwingungsverhalten Derselbe Lauf schwingt als Halbwellenschwinger zum Viertelwellenschwinger verglichen mit halber Wellenlänge und Wiederkehr, also doppelter Frequenz. Gleich angeregt lenken die Schwingungen wegen Ekin ~ v² nur noch viertel so weit aus. Da die weiche Lagerung kaum Querbiegekräfte, sondern nur gedämpft Längsstützkräfte überträgt, wird der Lauf kaum mehr verbogen.

Seit Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts richteten die Waffenfachleute dieser Welt den Scharfschützenwaffenbau darauf aus, den Viertelwellenschwinger durch festere und schwerer Läufe in immer starreren Aufhängung zu bändigen. Die weiche Aufhängung bricht das vorhandene Muster völlig. Der Ansatz, statt erzeugte Schwingungen zu mindern, solche Schwingungen gar nicht erst entstehen zu lassen, geht einen neuen, besseren Weg. Die weiche Aufhängung setzt bei der Genauigkeit mindernden Schwingungsursache an (packt das Übel an der Wurzel), statt nur deren Wirkungen mit viel Laufmasse ohne viele Gedanken an bauartbedingte Schwingungen aufzuwenden. Durch den gedanklich völlig neuen, sich in der tatsächlichen Lösung, nun weich zu lagern, wesentlich vom Technikstand, starr zu lagern, unterscheidenden Ansatz, läßt sich diese Idee nicht in naheliegender Weise aus dem gegenwärtigen Technikstand ableiten. Also beruht die erste Teilerfindung auf erfinderischer Tätigkeit.

3. Gewerbliche Anwendung

Die weiche hintere Laufabstützung kann vorhandene Waffen, oder nur deren Lauf und System hernehmen, mit einem neuen Schaft, der die weiche Aufhängung in sich birgt, vom Viertelwellenschwinger zum Halbwellenschwinger umrüsten. Erste Schießversuche mit verschiedenen Waffen mit weichen Halbwellenschwingeraufhängungen ergaben mit herkömmlicher Munition auf 3 - 400 m, gegenüber der festen Viertelwellenschwingeraufhängung, sofort halbe Streukreise, also doppelte Genauigkeit. Da auf weiche Aufhängung umzurüsten nur mäßigen Aufwand erfordert, dazu verhältnismäßig allerdings die Streuungen schon erheblich herabsetzt, mindestens halbiert, lassen sich bessere Schar f Schützengewehre kostengünstiger bauen. Solche Waffen werden gebraucht. Die Erfindung ist damit gewerblich anwendbar. Da Patente nur für neue, auf erfinderischer Tätigkeit beruhende, gewerblich anwendbare Erfindungen erteilt werden, sind in diesem Falle alle notwendigen Bedingungen ein Patent zu erteilen hinreichend erfüllt.

4. Zweite Teilerfindung: Weiche vordere mittige schwingungsfreie Laufaufhängung im stabilen Gleichgewicht

Die erste Teilerfindung auf dem einheitlichen Weg zum schwingungsfreien Lauf lies leider einen weiteren Nachteil herkömmlicher starrer hinterer Laufabstützung bestehen. Da der Lauf im Schuß nach hinten gestoßen und gleichzeitig hinten abgestützt wird, stört der Stoß den Lauf in einem labilen Gleichgewicht. Wird der Schaft noch zusätzlich nicht genau mittig abgestützt, ergeben sich den Lauf zu Schwingungen anregende weitere Drehmomente.

Um gezielt, nicht gestreut, zu treffen, soll der Lauf eines genauen Scharfschützengewehres im Stoß völlig ruhig bleiben, nicht schwingen, sich im stabilen Gleichgewicht selbst gerade ziehen. Um nun ein Gewehr mit schwingungsfreiem Lauf zu bauen, sind alle bisherigen Bauartmerkmale herkömmlicher Gewehre zu überwinden. Die alle Schwingungsprobleme überwindende zweite Teilerfindung folgt sogleich:

Damit sich im Stoß statt des labilen auslenkenden, ein stabiles einlenkendes Kräftegleichgewichte ergibt, werden die Laufrückstoßkräfte, statt wie bisher hinten, nun vorn angelenkt.

Um Drehmomente gar nicht erst Schwingungen anregen zu lassen, wird der Lauf nicht mehr herkömmlich außermittig einseitig abgestützt, sondern mittels einer umfassenden weichen Kupplung vorn mittig ausgelenkt. Um den Lauf im Schaft zu führen, ist hinten nur ein weiches Hilfslager erforderlich, daß keine Rückstoßkräfte abstützen, sondern nur das Laufeigengewicht tragen soll. Damit kann der Schaft den Lauf führen; der Schütze wie gewohnt richten.

Bei dem mündungslangen Schaft fällt ein weiterer Genauigkeitsvorteil umsonst mit ab. Während bei herkömmlichen Halbschäften die abstützenden Zweibeine ihre vordere Drehangel näher der Waffenmitte, üblich am Ende des vorderen Drittels, bilden, rückt mit dem Ganzschaft die Angel mit an die Mündung. Da bei gleicher Störung durch den hinten führenden Schützen die Winke1änderung sich im Verhältnis des verlängerten Dreharmes nun um die Hälfte ( von 2/3 Angel zu 1/1 Angel) verlängert, sinkt die sich auf die Kugelbahn wirkende Winkeländerung ebenfalls um die Hälfte. Derselbe Schütze wird also bei selben Richtfehlern (Verwackeln) mit einer vorn angelenkten Waffe nur noch halb so große Zielfehler erleben, kann also unter sonst gleichen Vorraussetzungen doppelt so weit schießen.

Die sich nun ergebene schwingungsfreie Bauweise läßt Genauigkeiten zu, die bisher undenkbar waren. Nun werden weitere Fehler, die bei herkömmlichen Bauweise kaum unter all de n anderen Fehlern sichtbar wurden, bemerkbar, nämlich wärmebedingter Verzug nach mehreren Schüssen im Seitenwind. Um durch erhöhte Wärmespeicherfähigkeit die Erwärmung nach mehreren Schüssen gering zu halten baute man herkömmlich die Läufe bisher noch dick er, damit leider auch schwerer. Einer einseitigen windbedingten Abkühlung mit sich ergebendem seitlichen Verzug kann so aber nicht begegnet werden. Die Lösung ungleicher Abkühlung wird durch zusätzliche um den Lauf selbstregelnde Wärmeverteilung mittels Flüssigkeit im Hüllrohr erreicht. Der Lauf bekommt also einen besonders wärmeführenden ausgleichenden Mantel. In den Hohlraum wird Wasser gefüllt. Das wirkt so: Wird die Flüssigkeit ungleich warm, ändert sich deren Dichte, die in der Schwerkraft die sich ausdehnenden leichtere Flüssigkeit noch oben, die kältere dichtere Flüssigkeit nach unten sinken läßt und ggf. bei einseitiger Kühlung den Lauf umkreist, sich einem stationären Fließgleichgewicht nähernd, die äußeren Einflüsse ausgleicht. Da Flüssigkeiten höherer Wärmespeicherfähigkeit als Laufstahl (z. b. Wasser) genutzt werden, erwärmt sich der Verbundlauf bei geringerem Gewicht dennoch langsamer als Laufstahl.

Da ein solches schwingungsfreies Scharfschützengewehr erstmals erlaubt sehr weit hinauszulangen, mehrfach weiter als bisher, erfordert der volle Nutzen des vergrößerten Einsatzbereiches äußerst schnelle Geschosse zu verschießen. Die Lebensdauer der Läufe schrumpft damit, so daß unter Kostengesichtspunkten ein preiswerter Laufwechsel erforderlich scheint. Statt nun die vordere Aufhängung am Lauf selbst anzubringen, daß die im Falle eines Wechsels unnütz mit weggeworfen werden müßte, kann nun als schlichtes Dreh- oder Hämmerteil der einfache kostengünstige Lauf im bleibenden Kühlrohr befestigt werden. Ob der Lauf im Ofen weich in das Kühlrohr eingelötet, oder den Kühlmantel eingeschraubt wird, ist belanglos. Spannungsfreier Einbau, der gewährleistet werden muß, hingegen nicht.

Drallbedingte Leistenkräfte drehbeschleunigt die Kugel gegen die Felder abgestützt. Der abstützende Lauf wird um den selben entgegengesetzten Drehimpuls beschleunigt. Der Gesamtdrehimpuls bleibt erhalten. Auf den Lauf wirkt ein Drehmoment. Den Lauf möglichst wenig drehzubeschleunigen erfordert möglichst großes Trägheitsmoment. Wenn man sich die radial quadratische Abhängigkeit des Trägheitsmomentes vom Seelenachsenabstand der Massen zweckdienlich nutzt, statt herkömmlich wieder mit dickerem, somit auch schwererem Vollrohr auf die Momentanforderung zu antworten, also Masse statt innen nun außen vorsieht, führt diese kluge Massenverteilung im gekühlten Verbundlauf bei leichterem Gewicht zu größerem Trägheitsmoment. Führe den inneren Lauf eher dünn und leicht aus, doch wähle den äußeren Kühlmantel eher schwer. Da die Kühlflüssigkeit wesentlich leichter als Stahl ist, steigert mindert der flüssigkeitsgekühlte wärmetauschende Hohlraum die Gesamtmasse.

Aus oben beschriebenen inneren Sachzusammenhängen folgt, das hier beschriebene genaue Scharfschützengewehr des 21. Jahrhunderts kann im Rahmen des zu erduldenden Rückstoßes insgesamt erstmals grundsätzlich leicht gehalten werden. Jedenfalls leichter als bisherige Scharfschützenwaffen, die eine immer gleiche untaugliche Stimmgabellaufaufhängung bei nur mäßigem Erfolg für die Treffergenauigkeit durch schwere Massen zu bändigen versuchten. Wenig gut verteiltes Gewicht, so daß der Schütze die Waffe mit einer Hand unter dem Schwerpunkt fassend gut handhaben kann, fördert im Einsatz notwendige Beweglichkeit und Schnelligkeit erheblich; ist der taktischen Vorteile wegen also vorzuziehen.

5. Gewerbliche Anwendung

Die zweite Teilerfindung, die weiche vordere mutige schwingungsfreie Laufaufhängung im stabilen Gleichgewicht, ist neu, ergibt sich für einen Fachmann nicht in naheliegender Weise aus dem beschriebenen Stand der Technik. Sie beruht auf erfinderischer Tätigkeit, ist zur Herstellung weltweit benötigter immer genauerer Scharfschützengewehre geeignet gewerblich anwendbar. Sie folgt als zweiter Schritt der einheitlichen Idee den schwingungsfreien Lauf zu entwerfen aus der ersten Teilerfindung. Das Gesamtpatent für beide Teilerfindungen ist also einheitlich zu erteilen.

Schwingungsfreie weiche vordere Scharfschützenwaffenlaufaufhängung von Lutz Möller 24.08.00

So sieht ein weiche Lauflagerung aus: Vorn Blattfeder, hinten Gummipuffer, das K11 in .338" Lapua Magnum im Jahre 2004

Treffpunktlage

Moin Herr Möller,

ich habe mir kürzlich Ihre Darstellungen zum Thema Flugbahnen (im Vergleich Kaliber 8x57IS: KJG, CDP, TIG) angeschaut. Grundsätzlich haben Sie Recht mit Ihren Ausführungen. Nur zeigt auch dieses Beispiel deutlich, daß mittels Brömels Quick-Load berechnete Werte und tatsächlich ermittelte oder gemessene Werte etwas ganz anderes sein können. Brömels Quick-Load gibt leider nur Annäherungswerte, die stimmen können oder auch nicht. Mich hat bspw. die enorme Abweichung der Treffpunktlage unterschiedlicher Geschosse in der Praxis sehr verwundert. Daß diese vorhanden sein muß, leuchtet allein auf Grund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Massen ein.

Nun zu Theorie und Praxis. Wenn ich die Berechnungen der Flugbahnen bezogen auf die Seelenachse der Waffe ermittele (dürfte gleichzusetzen sein mit der unterschiedlichen Treffpunktlage), dann ergibt sich auf 100 m gemäß Brömels Quick-Load folgendes Bild:

Geschoß Quick-Load
[cm]
Treffunktlagenmessung
[cm]
KJG 8 mm-kurz - 6,12 Fleckschuß
CDP 12,7 g - 9,01 - 28,5
TOG 14,25 g - 9,65 - 35,5
Höheunterschied rund 3 cm gut 35,5

Ich habe für meine Waffe in den letzten Jahren eine Treffpunktlagescheibe angefertigt, in der die mittleren Treffpunktlagen aller gefertigten Ladungen eingetragen sind. Hierdurch kann ich bei Ladungswechsel recht gut vorjustieren. Natürlich hängt eine Menge von den tatsächlichen Ladungen ab. Aber das Ergebnis ist für mich recht aufschlußreich (hier nur die Höhenangaben, keine Seitenabweichungen):

Geschoß Masse
[g]
Lage
[cm]
KJG 8 mm-kurz 9,0 + 31,0
Hornady Tm spitz 9,8 + 20,0
Hornady TM 9,0 + 10,5
HDB 9,0 + 10
HDB 11,7 + 3,5
Hornady TMR 11,0 + 3,0
CDP 12,7 +2,5
RWS TIG 12,8 +2,5
RWS DK 11,7 2,5
Sierra TM spitz 11,3 +2,0
Luger TM 12,7 -1,0
ABC 13,0 -1,5
Barnes-X 11,7 -4,0
RWS KS 14,5 -4,0
TOG 14,2 -4,5
Sako Hammerhead 11,8 -7,0

Da keines der Geschosse die Seelenachse nach Verlassen des Laufs schneiden dürfte, stimmen die Berechnungen von Brömels Quick-Load auf gar keinen Fall. Hier dürften noch ganz andere Kräfte einwirken, wie Lauf, Züge, Setztiefe, etc., die Brömel scheinbar nicht ausreichend abzubilden vermag. Dennoch erstaunt die starke Abweichung. Die Mehrheit der angeführten Ladungen liegt höhenmäßig halbwegs gut beisammen. Die leichteren Geschosse sitzen entsprechend höher. Das 8 mm KJG jedoch extrem hoch.

Einige Geschosse reagieren zudem sehr deutlich, was die Setztiefe der Geschosse betrifft. Das TOG schießt gleich 4,0 cm höher wenn man bei gleicher Pulverladung die Gesamtlänge von 77,0 auf 81,0 mm erhöht. Das gleiche Resultat zeigt das CDP.

Oder habe ich einen Denkfehler, was den Bezug zur Seelenachse angeht? Was sagt der Fachmann?

Mit freundlichen Grüßen, Friedhelm Bode, Donnerstag, 3. November 2005 20:41

Tag Herr Bode,

zu Setztiefe lesen Sie bitte Johann Loubser in Genauigkeit.

Ihrer Annahme „Da keines der Geschosse die Seelenachse nach Verlassen des Laufs schneiden dürfte, . . . beschreibt den Abgangsfehler nicht, der aber berücksichtigt werden muß, wie Carl Cranz bereits vor 100 Jahren in Untersuchungen über die Vibration des Gewehrlaufes beschrieb. Hier steht auch etwas zum Gewehrlauf und zu Laufschwingungen. Lesen Sie bitte auch Ladungsleiter, dann werden Sie Ihren Denkfehlerverstehen, Abgangsfehler und Außenballistik unzulässig zu vermengen, erkennen. Erst wenn Sie den tatsächlichen Abgangswinkel der schwingenden Laufmündung zur Visierlinie kennen, können Sie Außenballistik rechen und erhalten erst dann zutreffende Ergebnisse; vorher nicht.

Nicht Brömel rechnet falsch, sondern Sie berücksichteigen die Laufschwingungen. Der große Nutzen der Ladungsleiter besteht ja gerade darin, auch ohne Kenntnis der einzelnen Veränderlichen, im Ganzen die Waffe auf Laufschwingungen zu kleinstem Abgangsfehler hin abzustimmen, die Ladung geringster Empfindlichkeit zu finden (wenn es denn eine gibt).

Falls Ihnen meine Erklärung so nicht langt, führ ich gern noch weiter aus.

Waidmanns Heil, Lutz Möller

FS7 Treffpunktveränderungen II

Moin Herr Beer,

was ist denn der vierte Schuß dort oben allein?

Mit freundlichen Grüßen, LM

Das oben war der erste. Die Waffe war ohne Feuerschlucker eingeschossen. Mit Feuerschlucker schoß die Waffe 6 cm höher, aber nach sechs Klick stimmte die Sache wieder.

Mit freundlichen Grüßen, Peter Beer, Büchsenmachermeister, Freitag, 6. Mai 2011 09:46

Moin Herr Beer,

wenn ich das sehe, würde ich Ihnen jederzeit meine Waffe zum Ein- oder Umschießen anvertrauen. Sehr schön!

Waidmannsheil, Lutz Möller

Hallo Lutz,

ist ja kein Wunder, daß ohne FS7 ein anderer Treffpunkt ist als mit FS7 dran – das liegt natürlich nicht an der Qualität des FS7 – aber die zusätzliche Masse verändert das Schwingungsverhalten des Laufes! Du weißt das sicher, hast es wohl nur vergessen zu erwähnen! Ich würde mir sogar Sorgen machen, wenn sich der Treffpunkt nicht veränderte!

Hier deutlich zu sehen – die Qualität der Läufe von Blaser, diese sind wirklich ganz spannungsfrei – ich kann auch verschiedene Mündungsgewichte oder Bremsen vorne anschrauben und es verändert sich wirklich nur die Höhe des Treffpunktes, keinerlei seitliche Abweichung! Wären Spannungen im Material, so würde die Waffe mit anderem Gewicht an der Mündung wohl unvorhersehbar streuen!

LM: Auch ein seitliche Abweichung hätt nichts zu sagen.

Lg WH und ein schönes Wochenende – ich fahr dann wieder auf meine „Baustelle“ und warte, bis meine Lutz Möller Geschoße eintreffen!

Karl Froschauer, Freitag, 6. Mai 2011 17:58

Waffenstreuung

Sehr geehrter Herr Möller,

ich habe vor zwei Monaten meine Prüfung bestanden und den Jagdschein gelöst.

LM: Herzlichen Glückwunsch und wilkommen unter Waidgenossen!

Nun habe ich mir eine gebrauchte Büchse im Kaliber .30-06 Springfield gekauft und zwar einen Repetierer: Ruger M77 Mark II mit Kunststoffschaft. Nachdem ich damit das erste mal auf dem Schießstand war, habe ich festgestellt, die Waffe weist Streuung auf

LM: Wieviel? Wieviel mehr als Ihre gewöhnliche Trefferleistung bei anderen Büchsen?

Ich ging erst davon aus, dies könnte an billigen Optik liegen die schon montiert war. Da ich sowieso ein anderes Glas geplant  hatte, habe ich mir selbiges gekauft, montiert und bin erneut zum Stand. Die Streuung war wieder enorm. Nun hat mir ein Kollege auf dem Schießstand gesagt, dies könnte daran liegen, daß der Lauf nicht frei schwingen kann, da er vorne am Schaft und seitlich aufliegt.

LM: Das soll  nicht sein, weil dann der schwingende Lauf am Schaft prellen wird.

Er riet mir den Schaft entsprechend abzuschleifenl, bis ein Blatt Papier zischen Schaft und Lauf passe, so daß der Lauf nirgends mehr anliege.

Nun zu meinen Fragen:

Was halten Sie von dieser Lösung?

LM: Ganz richtig. Tun sie das!

Was halten Sie davon, eine Systembettung vom Büchsenmacher vornehmen zu lassen?

LM: Warum das jetzt? Ist denn das System nicht hinreichend mit dem Schaft verbunden?

Was würden Sie mir empfehlen?

LM: Lesen und verstehen Sie Gewehrlaufschwingungen  Ladungsleiter Waffe streut und Oh Schreck. Dann prüfen Sie alle mögliche Fehlerurschen durch, finden den Fehler und stellen ihn ab. Nutzen Sie eine richtige Zielscheibe. Dann streut die Waffe nicht mehr.

Vielen Dank schon mal im Voraus!

Waidmannsheil, Patrick Braun, Sonntag, 25. September 2011 01:54

Hallo Herr Möller!

Das ging ja fix. - Respekt! Erst mal danke für die schnelle Antwort.

Zum Thema wieviel Streuung: Es ist meistens so, ein Schuß auf 100 m sitzt Fleck. Die nächsten beiden fliegen aber bis zu 20 cm davon weg, bleiben teilweise dort und ich dann fast Loch in Loch schießen kann. Dann wandern die aber wieder ab.

LM: An der Waffe ist irgend etwas nicht fest. Vorsicht: Damit meine ich nicht handfest - also beim Anfassen und Rütteln gefühlt, sondern schußfest!

Meine übliche Trefferleistung mit anderen Büchsen (Blaser R93, Sauer 202) liegt bei mir im Bereich von etwa 5 - 7 cm.

LM: Ihr Ziel soll sein die Streuung im Lauf der Zeit in aller Ruhe zu verringern. Strengen Sie sich nicht in einem Ruck an, sondern üben immer mal wieder ein bißchen - insbesondere mit kalter Waffe! Denken Sie darüber nach. Erleben Sie das Getane im Geist nach. Lies Schußangst und Mucken.

Bzgl. Systembettung: Das System sitzt fest im Schaft, allerdings betten viele Präzisionsschützen der Präzision wegen ihr System gesondert. Daher stammt der Gedanke.

LM: Unsinn. Bei 5 - 7 cm Schußleistung sorgen Sie sich im Groben Ihre eigene Schießfertigkeit zu verbessern, statt sich mit Feinheiten von Sportgeräten zu beschäftigen.

Reicht der Abstand so aus (Blatt Papier) oder sollte er ggf. noch etwas größer sein bzw. was wäre bestens?

LM: Der Lauf muß in allen Lagen frei sein, daß heißt auch liegend auf dem Schaft vorn aufgelegt. Dann ist gut. Mit frei meine ich ½ mm, damit Sie einen öligen Lappen zwischen Schaft und Lauf durchziehen, um Dreck zu entfernen und den Lauf gegen Rost zu ölen können.

Waidmannsheil, Patrick Braun, Sonntag, 25. September 2011 11:21

Wenn man die Katze im Sack kauft,

darf man sich danach auch nicht wundern!

da sieht man wieder bestens was in Jagdschulen bezüglich Jagwaffen beigebracht wird. Wie kann man eine gebrauchte Buechse kaufen ohne diese mit dem Besitzer auf dem Schießtand vor dem Kauf zu prüfen? Im Nachhinein rum zu meckern bringt wenig. Man muß doch kein Benchrestschütze oder ausgefeilter Wiederlader sein um sich mal das Buch Präzisionsschiessen von Robert Albrecht durchzulesen oder? Dann wuerde man sich bestimmt solche stumpfsinnige Fragen ersparen. Mit solch gebrächlichen Grundkenntnissen sollte man gar nicht berechtigt sein, eine Büchse in die Hand zu nehmen, geschweige damit noch rum zu hantieren.

MfG R., Sonntag, 25. September 2011 12:30

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