Treibspiegel
Ein Treibspiegel (UK: /sæˈboʊ, ˈsæboʊ/, US: /ˈseɪboʊ/) ist eine Stützvorrichtung, die bei Feuerwaffen-/Artilleriemunition verwendet wird, um ein Projektil, z. B. ein Geschoss oder ein flechettenähnliches Projektil (z. B. einen Penetrator mit kinetischer Energie), zu umschließen und es beim Abschuss in der Mitte des Laufs zu halten. Auf diese Weise kann ein engeres Geschoss mit hoher Querschnittsdichte durch einen Lauf mit viel größerem Bohrungsdurchmesser mit maximaler beschleunigter Übertragung der kinetischen Energie verschossen werden. Nach dem Verlassen der Mündung trennt sich der Treibkäfig in der Regel während des Fluges vom Geschoss und leitet nur einen sehr kleinen Teil der gesamten kinetischen Energie ab. ⓘ
Der Treibkäfig ist eine relativ dünne, zähe und verformbare Dichtung, die als Treibriemen oder Verschlussring bezeichnet wird und benötigt wird, um die Treibgase hinter dem Geschoss einzufangen und das Geschoss im Lauf zentriert zu halten, wenn der äußere Mantel des Geschosses nur einen geringfügig kleineren Durchmesser hat als das Kaliber des Laufs. Aufgrund von Fertigungstoleranzen werden Treibringe und Obturatoren verwendet, um diese Vollmantelgeschosse im Lauf abzudichten; zwischen dem Außendurchmesser des Geschosses und dem Innendurchmesser des Laufs besteht immer ein gewisser Spalt, in der Regel einige Tausendstel Zoll; dieser Spalt reicht aus, damit die unter hohem Druck stehenden Gase beim Abfeuern entweichen können. Treibriemen und Verschlussringe bestehen aus einem Material, das sich verformt und den Lauf abdichtet, wenn das Geschoss aus dem Patronenlager in den Lauf gedrückt wird. Bei kleinkalibrigen Mantelgeschossen werden normalerweise keine Treibringe oder Verschlussringe verwendet, da das Mantelmaterial, z. B. Kupfer oder Vergoldungsmetall, verformbar genug ist, um diese Funktion zu erfüllen, und das Geschoss zu diesem Zweck etwas größer als der Lauf gefertigt wird (siehe Vollmantelgeschoss und Treibring). ⓘ
Bei Treibkästen werden zwar Treibriemen und Verschlüsse verwendet, da bei der Abdichtung des Geschosses im Lauf die gleichen Fertigungstoleranzen gelten, aber der Treibkäfig selbst ist eine wesentlichere strukturelle Komponente des Geschosses im Lauf. Die beiden Bilder des panzerbrechenden, flossenstabilisierten Treibkäfigs (APFSDS) auf der rechten Seite zeigen, dass ein Treibkäfig den Bohrungsdurchmesser um ein pfeilartiges Fluggeschoss im Unterkaliber ausfüllt, während ein Treibkäfig nur einen sehr kleinen Spalt abdichtet, um den so genannten Windwurf zu verringern. Detailliertere Schnittdarstellungen der internen strukturellen Komplexität fortschrittlicher APFSDS-Geschosse mit sabotiertem Langstabpenetrator finden Sie unter #Externe Links. ⓘ
Als Treibspiegel, bei modernen Granaten auch Treibkäfig (engl. Sabot), bezeichnet man in der Waffentechnik einen zwischen Geschoss und Treibladung einer Feuerwaffe eingesetzten Munitionsbestandteil, der zur Abdichtung des Laufes und Trennung des meist unterkalibrigen Geschosses gegen die Treibgase dient. ⓘ
Aufbau
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Die Funktion eines Treibspiegels besteht darin, eine größere Schottwandstruktur zu schaffen, die den gesamten Bohrungsbereich zwischen einem absichtlich so konstruierten Unterkaliber-Fluggeschoss und dem Rohr ausfüllt, so dass die Treibgase auf eine größere Oberfläche einwirken können als nur auf die Basis des kleineren Fluggeschosses. Eine effiziente aerodynamische Konstruktion eines Fluggeschosses ist nicht immer mit einer effizienten ballistischen Innenkonstruktion zur Erzielung einer hohen Mündungsgeschwindigkeit vereinbar. Dies gilt insbesondere für pfeilartige Geschosse, die lang und dünn sind, um einen geringen Luftwiderstand zu erzeugen, aber zu dünn, um aus einem Gewehrlauf mit gleichem Durchmesser eine hohe Mündungsgeschwindigkeit zu erreichen. Die Physik der Innenballistik zeigt, warum die Verwendung eines Treibspiegels von Vorteil ist, um mit einem pfeilartigen Geschoss eine höhere Mündungsgeschwindigkeit zu erreichen. Treibgase erzeugen einen hohen Druck, und je größer die Grundfläche ist, auf die der Druck wirkt, desto größer ist die Nettokraft auf diese Fläche. Die Kraft (Druck mal Fläche) führt zu einer Beschleunigung der Masse des Geschosses. Daher kann ein leichteres Geschoss bei einem bestimmten Druck und Laufdurchmesser mit einer höheren Mündungsgeschwindigkeit aus dem Lauf geschossen werden als ein schwereres Geschoss. Allerdings passt ein leichteres Geschoss möglicherweise nicht in den Lauf, weil es zu dünn ist. Um diesen Unterschied im Durchmesser auszugleichen, bietet ein richtig konstruierter Treibkäfig weniger parasitäre Masse als ein Vollkerngeschoss, was insbesondere bei APDS- (Armor-piercing discarding sabot) und APFSDS-Munition eine dramatische Verbesserung der Mündungsgeschwindigkeit bewirkt. ⓘ
Das US Army Ballistics Research Laboratory hat während der Entwicklung und Verbesserung der modernen 105-mm- und 120-mm-APFSDS-Penetratoren mit kinetischer Energie bahnbrechende Forschungsarbeiten zu zwei wichtigen Treibspiegelkonfigurationen für Langstab-Penetratoren durchgeführt, die in APFSDS-Munition verwendet werden, nämlich dem "Sattelrücken"- und dem "Doppelrampen"- Treibspiegel, was durch die bedeutenden Fortschritte bei der computergestützten Finite-Elemente-Methode in der Strukturmechanik zu dieser Zeit ermöglicht wurde und heute den Standard der im Einsatz befindlichen Technologie darstellt. (Siehe z. B. die Entwicklung der M829-Serie von Panzerabwehrgeschossen, beginnend mit dem Basismodell M829 in den frühen 1980er Jahren bis hin zum kürzlich eingeführten Modell M829A4, das immer längere "Doppelrampen"-Sabots verwendet). Beim Austritt aus der Mündung wird der Treibkäfig abgeworfen, und das kleinere Fluggeschoss fliegt mit geringerem Luftwiderstand zum Ziel als ein Geschoss mit vollem Durchmesser. Auf diese Weise können sehr schnelle und schlanke Geschosse mit geringem Luftwiderstand effizienter abgefeuert werden (siehe Außenballistik und Endballistik). Allerdings stellt das Gewicht des Treibspiegels eine parasitäre Masse dar, die ebenfalls auf Mündungsgeschwindigkeit beschleunigt werden muss, aber nicht zur Endballistik des Fluggeschosses beiträgt. Aus diesem Grund wird großer Wert auf die Auswahl starker und dennoch leichter Strukturmaterialien für den Treibkäfig und die Gestaltung der Treibkäfiggeometrie gelegt, um diese parasitären Materialien bei minimalem Gewichtsverlust effizient einzusetzen. ⓘ
Der Treibkäfig wird aus einem leichten Material hergestellt (in der Regel aus hochfestem Kunststoff bei Kleinkalibergewehren (siehe SLAP Saboted Light Armor Penetrator), Schrotflinten und Vorderladermunition; aus Aluminium, Stahl und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bei moderner Panzerabwehrmunition mit kinetischer Energie; und, in klassischen Zeiten, aus Holz oder Pappmaché - bei Vorderladerkanonen). Der Treibkäfig besteht in der Regel aus mehreren länglichen Stücken, die von der Patronenhülse, einem Obturator oder einem Treibring gehalten werden. Wenn das Projektil abgefeuert wird, blockiert der Treibkäfig das Gas, bietet eine wichtige strukturelle Unterstützung gegen die Abschussbeschleunigung und trägt das Projektil den Lauf hinunter. Wenn der Treibkäfig das Ende des Laufs erreicht, werden die Teile des Treibkäfigs durch den Aufprall auf ruhige Luft vom Geschoss weggezogen, so dass das Geschoss weiterfliegen kann. Moderne Treibkästen werden aus hochfestem Aluminium und graphitfaserverstärktem Epoxid hergestellt. Sie werden in erster Linie zum Abfeuern langer Stäbe aus sehr dichten Materialien wie Wolframschwermetall und abgereichertem Uran verwendet. (siehe z. B. die M829-Serie von Panzerabwehrgeschossen). ⓘ
Schrotflintengeschosse wurden in den Vereinigten Staaten ab etwa 1985 auf den Markt gebracht. Wenn sie mit einem gezogenen Lauf verwendet werden, bieten sie im Vergleich zu herkömmlichen Flintenlaufgeschossen eine erheblich verbesserte Präzision. Sie sind jetzt in den meisten US-Bundesstaaten für die Jagd zugelassen. ⓘ
Arten
Bechergeschoss
Ein Bechergeschoss stützt die Basis und das hintere Ende des Geschosses, und das Material des Bechers allein kann sowohl die strukturelle Unterstützung als auch die Laufabdichtung gewährleisten. Wenn der Treibkäfig und das Geschoss die Mündung der Waffe verlassen, wird der Treibkäfig allein durch den Luftdruck auf den Treibkäfig gezwungen, das Geschoss freizugeben. Treibkästen sind typischerweise in Handfeuerwaffenmunition, glattwandigen Flintenlaufgeschossen und glattwandigen Vorderladergeschossen zu finden. ⓘ
Funktion des Becherverschlusses
Geschoss mit Treibkäfig für ein Paixhans-Gewehr von 1824. ⓘ
Expandierender Becherpfropfen
Der Treibkäfig wird in der Regel bei gezogenen Handfeuerwaffen (SLAP, Schrotflinten und Vorderlader) verwendet und besteht aus einem einteiligen Treibkäfig, der die Basis und die Seiten des Geschosses umgibt und sowohl die Struktur als auch die Abdichtung gewährleistet. Beim Abschuss, wenn der Treibkäfig und das Geschoss die Mündung der Waffe verlassen, öffnet die Zentrifugalkraft, die durch die Rotation des Geschosses aufgrund der Laufrillen entsteht, die das Geschoss umgebenden Segmente, wodurch sich die Oberfläche des Geschosses rasch vergrößert und der Luftdruck rasch abgebaut wird. ⓘ
Funktion des Spreizbechers
Patrone .30-06 mit expandierendem Treibkäfiggeschoss. ⓘ
Obwohl die Verwendung von Treibkästen unterschiedlicher Komplexität bei Handladern von Büchsenmunition beliebt ist, muss bei der Entwicklung eines erfolgreichen Treibkäfiggeschosses auch die daraus resultierende Geschossstabilität berücksichtigt werden, um eine deutlich höhere Mündungsgeschwindigkeit mit einem geringeren Luftwiderstand, einem kleineren Durchmesser und einem leichteren Geschoss zu erreichen. Wird beispielsweise ein handelsübliches 5,56-mm-Geschoss (.224) einfach in einen Treibkäfig eingesetzt, um es aus einem handelsüblichen 7,62-mm-Lauf (.300) abzufeuern, so kann dies dazu führen, dass das 5,56-mm-Geschoss keine ausreichende Kreiselstabilität erreicht, um präzise zu fliegen, ohne zu taumeln. Um die Kreiselstabilität längerer Geschosse bei kleinerem Durchmesser zu erreichen, ist eine schnellere Zügeinstellung erforderlich. Wenn also ein Geschoss im Kaliber 5,56 mm mindestens 1 Umdrehung in 7 Zoll (1:7-Zug) benötigt, muss es auch im Kaliber 7,62 mm mindestens 1:7-Zug haben. Kommerzielle Gewehre größeren Kalibers benötigen jedoch in der Regel keine so schnellen Drallzahlen; 1:10 ist ein leicht erhältlicher Standard für 7,62 mm. Infolgedessen bestimmt die Drallzahl des größeren Laufs, welche kleineren Geschosse mit ausreichender Stabilität aus einem Treibkäfig verschossen werden können. In diesem Beispiel schränkt die Verwendung von 1:10-Zügen in 7,62 mm die Verwendung von Treibkästen auf 5,56 mm-Geschosse ein, die einen Drall von 1:10 oder langsamer benötigen, und diese Anforderung wird die Verwendung von Treibkästen auf die kürzeren (und leichteren) 5,56 mm-Geschosse beschränken. ⓘ
Basis-Sabot
Ein Basisgeschoss hat eine einteilige Basis, die den Boden des Geschosses stützt, und separate Teile, die die Seiten des Geschosses umgeben und es zentrieren. Der Basisblock kann eine bessere und sauberere Trennung von Treibkäfig und Geschoss bewirken als Becher- oder Spreizbecherblocks für Kleinwaffenmunition, ist aber unter Umständen teurer in der Herstellung und Montage. ⓘ
Funktion des Basisgeschosses
APDS-Geschoss mit Basisgeschoss und "Stützring"-Schusskörper. ⓘ
Bei APDS-Munition für größere Kaliber, die auf den Konzepten des Bechers, des expandierenden Bechers und des Basis-Sabots basiert, sind wesentlich komplexere Baugruppen erforderlich. Schnittbeispiele moderner großkalibriger panzerbrechender Treibkäfiggeschosse mit ihren zahlreichen Innenteilen und Unterbaugruppen finden Sie unter #Externe Links. ⓘ
Spindelsabot
Ein Spindelsabot besteht aus mindestens zwei und mehr als vier aufeinander abgestimmten Längsringen oder "Blütenblättern", die einen Mittelteil aufweisen, der mit einem langen pfeilförmigen Geschoss in Berührung kommt; einen vorderen Teil oder "Bohrungsreiter", der das Geschoss im Lauf zentriert und eine Luftkappe aufweist, die die Abtrennung des Sabots beim Austritt aus der Mündung unterstützt, und einen hinteren Teil, der das Geschoss zentriert, eine strukturelle "Trennwand" bildet und die Treibgase mit einem Verschlussring um den Außendurchmesser abdichtet. Spindelkäfige sind der Standardtyp, der in moderner panzerbrechender Großkalibermunition verwendet wird. Die Abbildungen auf der rechten Seite dieses Absatzes zeigen die dreizackigen Spindelkäfige. Die bei moderner APFSDS-Munition verwendeten "Doppelrampen"- und "Sattelrücken"-Sabots sind eine Form von Spindelabots. ⓘ
Bei Flintenlaufgeschossen wird häufig ein gegossener Kunststoffpfropfen verwendet, der dem Spindelpfropfen ähnelt. Flintenlaufgeschosse erstrecken sich in der Regel über die gesamte Länge des Geschosses und sind so konzipiert, dass sie in gezogenen Läufen effektiver eingesetzt werden können. ⓘ
Funktion des Spindelkäfigs
Französischer Langwaffen-Penetrator OFL 120 F1 APFSDS mit "sattelförmigem" Spindelkäfig. ⓘ
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Ringgeschoss
Bei einem Ring-Sabot werden die hinteren Lamellen eines Langstangengeschosses verwendet, um das Geschoss zu zentrieren und in der Bohrung zu führen. Der mehrschalige Sabot bildet nur einen einzigen Schottring um das Geschoss in der Nähe der Vorderseite, wobei ein Obturator das Entweichen von Gasen verhindert und die Vorderseite des Geschosses zentriert. Die frühere Sowjetunion bevorzugte panzerbrechende Treibkästen, die aus hochfestem Stahl sowohl für den langen Stabpenetrator als auch für den Treibkäfig hergestellt wurden und für die damalige Zeit akzeptabel waren. Die Festigkeit des Stahlrings reichte aus, um den Abschussbeschleunigungen standzuhalten, ohne dass Sabot-Rampen erforderlich waren, die auch das Stahlfluggeschoss stützten. ⓘ
Funktion des Ring-Sabots.
Sowjetisches 125-mm-BM-15-Langstab-Penetrator-Geschoss mit Ringsabot. ⓘ
Geschichte
Der Treibspiegel wurde ursprünglich zur besseren Abdichtung der noch sehr ungenau gefertigten Steinkugeln oder Bleikugeln von großkalibrigen Vorderladern entwickelt. Meist kam ein Holzpfropfen zum Einsatz. ⓘ
Aus historischen Gründen bezeichnet man den Treibspiegel in der französischen und englischen Sprache als „Sabot“, was „Holzschuh“ bedeutet. ⓘ
In Einzelfällen wurden noch Mitte des 20. Jahrhunderts hölzerne Treibspiegel eingesetzt, so beim HARP-Projekt. ⓘ
Juristische Einstufung in Deutschland
Nach dem Waffengesetz (WaffG) der Bundesrepublik Deutschland ist der Umgang u. a. mit folgender Munition verboten:
„Patronenmunition für Schusswaffen mit gezogenen Läufen, deren Geschosse im Durchmesser kleiner sind als die Felddurchmesser der dazugehörigen Schusswaffen und die mit einer Treib- und Führungshülse umgeben sind, die sich nach Verlassen des Laufes vom Geschoss trennt.“
Hintergrund ist die im Deliktfall geringe Möglichkeit der Zuordnung eines Projektils zu einer Waffe. ⓘ