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Das Thema

Elektromagnetische Waffenforschung der Wehrmacht


Einleitung

Einleitung



Mit dem Aufkommen der Elektrizität und dem Bekanntwerden der elektromagnetischen Effekte wurden auch Ideen für Waffen mit elektromagnetischer Beschleunigung als Antrieb der Geschosse entwickelt. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden erste Patente angemeldet.
Diese frühen Waffen sahen die Verteilung mehrerer Ringmagnete um konventionelle Artillerierohre vor. Dabei sollten die Ringe nacheinander mit Strom versorgt werden und so das Geschoss konstant bis zur Mündung beschleunigen. Problematisch war dabei vor allem der relativ schwache Effekt des Elektromagnetismus. So waren sehr hohe Ströme notwendig, die stoßweise auf die Magnetspulen zu schicken waren. Diese Ströme herzustellen, zu steuern und zu kontrollieren überstiegen die Möglichkeiten der Zeit bei weitem, so dass zunächst nur theoretische Überlegungen möglich waren.
Heute sind diese Waffen unter der Railgun bekannt und heute eher ein Steckenpferd der amerikanischen Rüstungs- bzw. Waffenindustrie. Dennoch muss hier festgestellt werden, dass solche Entwürfe bereits im Zweiten Weltkrieg zur Debatte standen und die Rüstungsindustrie hinter der Wehrmacht sich mit dieser Thematik befasste!

Technik

Technik und Entwurf

 

Mitte der dreißiger Jahre wurden unter anderem in Deutschland weitere theoretische Überlegungen angestellt. Diese Führten im Mai 1939 zu einer Veröffentlichung, in der eine konventionelle mit einer elektromagnetischen Kanone gleichen Kalibers und gleicher Schussleistung verglichen wurden. Als Grundlage wurde ein Langstreckengeschütz im Kaliber 10 cm mit einer Kaliberlänge von 200 und damit einem Rohr von 20 m Länge sowie ein Geschoss von 20 kg Gewicht bei einer Mündungsgeschwindigkeit von 1500 m/s zugrunde gelegt. Dabei wurde eine reine Beschleunigungszeit von 0,027 s mechanisch berechnet. Die elektromagnetische Beschleunigung erfolgte dabei durch eine kurze Spule von wenigen Windungen, die um das Rohr zu wickeln war.
Für die elektromagnetische Kanone wurde dabei durch das Fehlen der Weichmetall-Führungsringe am Geschoss ein Druck auf die Rohrwand von 1450 kg je Quadratzentimeter und bei der konventionellen Kanone von 1600 kg je Quadratzentimeter ermittelt. Somit wäre eine dünnerer Rohrwandung möglich.

 

Prinzip der elektromagnetischen Beschleunigung

 

Der elektromagnetische Antrieb kann zwei verschiedene physikalische Prinzipien benutzen:

 

1. Die Lorentzkraft
F=q(v x B),
welche auf eine Ladung q wirkt, die sich mit der Geschwindigkeit v in einem zeitlich konstanten Magnetfeld B bewegt. Auf diesem Prinzip beruht die „Schienen-Kanone“ (Railgun).

2. Die elektromagnetische Induktion, die aufgrund zeitlich schnell veränderlicher Magnetfelder zu großen Abstoßungskräften zwischen kurzzeitig von Spitzenströmen durchflossenen Leitern führt. Darauf basiert die Induktionsschleuder.


Auf der anderen Seite ergaben die Berechnungen, dass je Schuss eine Stromstärke von 600000 Ampere benötigt wurden, die eine Wärmeentwicklung von etwa 5 Megawatt je Schuss zur Folge hätte. Somit wäre eine zusätzliche Wärmeabfuhr durch Kaltluftbelüftung mit einem Durchfluss von 2,7 Kubikmetern je Sekunde nötig geworden.
Der nötige Querschnitt des Spulendrahtes wird mit 6000 Quadratmillimetern berechnet (zum Vergleich: im Haushalt werden 1,5 bis 25 Quadratmillimeter verwendet), für die Zuleitungen wäre sogar ein Querschnitt von 70000 Quadratmillimeter nötig gewesen. Dies entspräche Leitungsdurchmessern von 87,43 mm beziehungsweise 298,62 mm. Daraus ergibt sich wiederum, dass ein mobiler Aufbau des Geschützes mit getrennter Stromversorgung unmöglich gewesen wäre, da diese wegen der geringen Flexibilität der Leistungen sowie der an möglichen Verbindungsstellen auftretenden elektrischen Widerstände fest mit der Spule verbunden sein musste. Es wäre damit nur ein Eisenbahngeschütz in Frage gekommen.

Zusätzlich ergaben sich noch Probleme mit den elektrischen Feldern von Spule und Generator, die einen zerstörungsfreien Betrieb nur unter der Bedingung der Entkopplung der Felder sicher ermöglicht hätten. Diese Entkopplung wäre unter anderem nur mit Kondensatoren von 2,5 Farad Kapazität möglich gewesen, die es für den alltäglichen Gebrauch schlicht nicht gab.
Günstigstenfalls wären unter Berücksichtigung aller Probleme bis zu 2 Schuss je Minute für bis zu 10 Minuten möglich gewesen. Die danach trotz Kühlung auftretenden Temperaturen hätten ein Weiterschießen unmöglich gemacht, da die Spulen schlicht zerschmolzen wären. Insgesamt gesehen hätte der Aufwand für ein solches Geschütz jeden Nutzen bei weitem überwogen, so dass zu diesem Zeitpunkt ein elektromagnetisches Geschütz schlicht für nicht machbar erachtet wurde.
 

 

Die Firma Gesellschaft für Gerätebau GmbH, die sich zu diesem Zeitpunkt bereits intensiv mit Grundlagenforschung und Bau von elektrischen Geräten für Einsätze im Hochspannungs- und Hochstrombereich beschäftigte, nahm diese und ähnliche Berichte der Zeit zum Anlass, sich ab Ende 1939 intensiv mit dem Problem zu befassen. Bis 1943 wurden verschiedene Verbesserungen entwickelt und in die Fertigung übernommen, so dass man sich Ende 1943 durchaus für fähig hielt, eine elektromagnetische Kanone für den Gefechtseinsatz zu entwickeln. Das Heereswaffenamt stand der Idee zunächst skeptisch gegenüber, erteilte aber doch den Auftrag, Grundlagenforschung für ein Ferngeschütz zu betreiben.
Im Oktober 1944 wurde das Projekt dann an an das OKL übergeben, da man dort dringend eine leistungsstarke mittlere Flak benötigte und man anscheinend der Meinung war, dass das Konzept der elektromagnetischen Waffe für den Einsatz als Flak weit genug entwickelt worden war. Vorgesehen war nun der versuchsweise Bau einer elektromagnetischen 4 cm Flak mit einer hohen Mündungsgeschwindigkeit. Mit der weiteren Entwicklung wurde nun die Siemens-Schuckert AG beauftragt, die bis Ende Oktober 1944 die Vorarbeiten der Gesellschaft für Gerätebau bündelte und zu einem Konzept zusammenfasste.

Vorgesehen waren ein Flakgeschütz, das aus einem 10 m langen Rohr ein 7,5 kg schweres Geschoss sowie ein Ferngeschütz, das ein 200 kg schweres Geschoss aus einem 50 m langen Rohr verschoss. Die Mündungsgeschwindigkeit sollte bei beiden Geschützen 2000 m/s betragen.
Zur Stromversorgung wurden eine Gleichstrommaschine, ein Wechselstrom-Stoßgenerator sowie die Verwendung von Kondensatoren erprobt.
Für das Ferngeschütz wurde für den Gleichstrommaschinensatz ein Einsatzgewicht von 2600 t, für den Wechselstromgeneratorsatz eins von 7600 t und für den Kondensatorsatz eins von 7940 t berechnet bei einer Leistung von 400 MW. Für das Flakgeschütz lag das berechnete Gewicht des Gleichstrommaschinensatzes bei immer noch 480 t. Somit war von vornherein klar, dass nur ein Einsatz aus einer festen Stellung mit verbunkerten Maschinensätzen möglich sein würde. Daher wurde von dem sehr großen und aus der Luft entsprechend verletzlichen Ferngeschütz bereits Ende Oktober 1944 wieder Abschied genommen. Auch für eine kurzfristige Einsatzbereitschaft des Konzepts als Flak gab es keine Möglichkeit. Daher wurde nur eine Grundlagenforschung in die Wege geleitet, die weiter bei der Gesellschaft für Gerätebau verblieb. Dort wurden insbesondere Geschossformen entwickelt.

Das Rohr der dort verwendeten elektromagnetischen Versuchsaufbauten war glatt mit je einer Führungsschiene rechts und links. Die Geschosse wurden entsprechend mit seitlichen Flügeln entworfen, die in die Führungsschienen eingelegt wurden. Die elektromagnetische Kraft wirkte stärker auf die Flügel, die entsprechend ausgebildet werden mussten. Zunächst kamen pfeilförmige Geschosse zum Einsatz, die vollständig aus Eisen gefertigt waren. Die Flügel dieser 11,5 bis 12 g schweren Geschosse wurden im Magnetfeld aber so stark beansprucht, dass sie teilweise zerbrachen und so keinen sauberen Flug mehr ermöglichten. So wurden sie durch Flügel aus Tombak (Messing mit 30 % Zink), Kupfer oder Bronze ersetzt. Diese verbesserten die Magnetfeldeigenschaften des gesamten Geschosses günstiger. Dabei erwies sich Kupfer als am idealsten bezüglich der erreichbaren Geschwindigkeit, es führte allerdings auch zu einer stärkeren elektrischen Aufladung des Geschosses.
Im zweiten Schritt wurde die Form der Flügel verändert. So wurde die Pfeilform zugunsten einer Flugzeugform mit unten am Geschoss angebrachten Flügeln geändert. So konnten bis Ende Januar 1945 noch Mündungsgeschwindigkeiten von 930 m/s bei 10 m Rohrlänge erreicht werden. Danach wurde die Forschung eingestellt, da im Endkampf keine unnützen Kapazitäten mehr gebunden sein durften.

Zum Schluss

Schlussbemerkung

 

Aus den vorliegenden Quellen ergibt sich somit, dass das Deutsche Reich bereits 1945/46 in der Lage gewesen wäre, eine elektromagnetische Kanone zu entwickeln und einzusetzen, wenn es der Kriegsverlauf zugelassen hätte. Dabei wäre die Wirksamkeit der schweren, nur ortsfest einsetzbaren Waffe allerdings eher mäßig gewesen und hätte wohl in keinem Verhältnis zum nötigen Aufwand gestanden.

 


(Versuchrampe für eine Railgun)

 

Quellen

Karl Pawlas, Waffen Revue Band 120 und 121, Journal-Verlag Schwend, 2001.

http://de.wikipedia.org/wiki/Railgun (Letzter Aufruf 30.05.2011)
http://de.wikipedia.org/wiki/Gau%C3%9Fgewehr (Letzter Aufruf 30.05.2011)
http://www.spiegel.de/video/video-26541.html (Letzter Aufruf 30.05.2011)
http://www.matthewmassey.com/ (Letzter Aufruf 30.05.2011)
http://www.wissenschaft-und-frieden.de/ ... kelID=0690 (Letzter Aufruf 30.05.2011)



Autor: tom!