Hohlladung

Wirkung einer Hohlladung

Die Hohlladung ist eine spezielle Anordnung von brisantem Sprengstoff (oft auf Nitropenta- oder Hexogenbasis) um eine kegel- oder halbkugelförmige Metalleinlage, die sich besonders zum Durchschlagen von Panzerungen eignet. Sie wird dementsprechend in Panzermunition, Panzerabwehrwaffen und Bomblets eingesetzt.

Funktionsweise

Eine kegelförmige Metalleinlage (z.B. Kupfer - allg. gilt: je höher die Dichte, desto effizienter) mit nach vorn gerichteter Öffnung wird mit möglichst brisantem Sprengstoff umgeben. Der Zünder sitzt an der Rückseite der Ladung. Wird die Ladung gezündet, so bildet sich - von der Spitze des Metallkegels ausgehend - eine Art Stachel aus flüssigem Metall, der mit sehr hoher Geschwindigkeit das Ziel durchdringt, gefolgt von einem langsameren flüssigen "Stößel", der die Hauptmasse bildet.

Figur A: Ausrichtung der expandierenden Gase bei der Detonation eines Würfels

Die Erzeugung dieses flüssigen Metallstrahls wird durch eine dynamische Eigenheit bei Explosionen möglich, gemäß der sich Explosionsgase gerichtet von der Oberfläche des Sprengstoffes entfernen (Figur A).

Wenn sich die Oberflächen schräg gegenüberstehen, treffen die expandierenden Gase in der Mitte zwischen den Flächen aufeinander (sie kumulieren), wodurch sich dort ein sehr hoher Druck aufbaut. Durch die Schrägstellung entsteht ein nach vorn abfallender Druckgradient. Der sehr hohe Druck der Gase bewirkt eine starke Beschleunigung entlang dieses Gradienten, es bildet sich ein kumulativer Gasstrahl.

Die Geschwindigkeit des Gasstrahls ist abhängig von der Expansionsgeschwindigkeit der Gase und vom Winkel, mit dem sie aufeinandertreffen.
Gemäß dem Zusammenhang
$v_{k}=v_{0}\left({\frac {1}{\sin \alpha }}+{\frac {1}{\tan \alpha }}\right)$
ist die Geschwindigkeit des Strahls umso höher, je schneller die Gase expandieren und je spitzer der Winkel ist.
($v_{k}$ ist die Geschwindigkeit des kumulativen Strahls, $v_{o}$ ist die Expansionsgeschwindigkeit der Gase, $\alpha$ ist der Winkel von der Kegeloberfläche zu seiner Mittelachse)

Unter Laborbedingungen wurden Geschwindigkeiten um 100 km/s erreicht, was aber wegen des Aufwandes (u.a. Expansion in Vakuumkammern) für gewerbliche und militärische Zwecke keine Bedeutung hat.

Figur B: Bildung des kumulativen Metallstrahls bei der Detonation einer Hohlladung

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Da die Gase allein keine große Reichweite hätten, wird die Oberfläche der Hohlladung, wie oben geschildert, mit einer Metallage versehen. Das Metall wird bei der Detonation durch den Druck verflüssigt und zur Längsachse des Kegels geschleudert. Dort trifft das flüssige Metall aufeinander und bildet einen kumulativen Metallstrahl (Figur B).

Hohlladung aufgeschnitten

Die Spitze dieses Strahls bewegt sich mit sehr hoher Geschindigkeit. Bei militärischen Systemen liegt diese Geschwindigkeit im Bereich von etwa 7km/s bis 10km/s. Trifft dieser Strahl auf ein Hindernis, entsteht ein extrem hoher Druck. Bei einer Strahlgeschwindigkeit um 10 km/s liegt der Druck in der Größenordnung von 200 GPa (ca. 2 Mio Atmosphären). Bei diesem Druck verhalten sich Festkörper wie Flüssigkeiten, so daß der Metallstrahl nach Gesetzmäßigkeiten der Hydrodynamik das Hindernis wie eine Flüssigkeit durchdringt, was die Durchschlagsleistung von Hohlladungen begründet. Durchschlägt eine Hohlladung die Panzerung eines Fahrzeuges, können der explosionsartig eindringende Metallstrahl und Splitter der Panzerung den Treibstoff oder die Munition entzünden und die Besatzung töten. Die Öffnung, die ein solcher Strahl hinterläßt, ist wesentlich kleiner als das Kaliber des ursprünglichen Geschosses.

Granate mit Hohlladung zur Panzer- bekämpfung, Zweiter Weltkrieg

Da der kumulative Strahl etwas Raum benötigt, um sich zu entwickeln, besitzen Hohlladungen oft eine langgestreckte ballistische Haube, durch welche die Ladung in ausreichendem Abstand durch Aufschlagzündung gezündet werden kann. Wegen der hohen Geschwindigkeit des kumulativen Strahls ist die Fluggeschwindigkeit des mit der Hohlladung bestückten Geschosses zweitrangig. Daher werden hauptsächlich relativ langsame, teils reaktive (rückstoßfreie) Geschosse mit Hohlladungen versehen, wodurch das Gewicht des Abschussgerätes gering gehalten werden kann (z.B. Bazooka oder auch Panzerfaust). Wird das Geschoss mittels Drall stabilisiert, so nimmt durch die Drehung die Durchschlagsleistung stark ab. Aus diesem Grund werden die meisten Hohlladungsgeschosse flügelstabilisiert.

Durchschlagsleistung einiger ausgewählter Systeme mit Hohlladung:

• Panzerabwehrlenkflugkörper MILAN (Deutschland/ Frankreich): 1000 mm Panzerstahl
• RPG 7 (Panzerfaust, ungelenkt, ehemalige Sowjetunion / GUS): 330 mm Panzerstahl
• Panzerfaust 3 (ungelenkt, Deutschland): 700 mm Panzerstahl
• APILAS Waffensystem (gelenkt, Frankreich): 710 mm Panzerstahl, 2000 mm Stahlbeton

Nach dem Hohlladungsprinzip werden auch so genannte Schneidladungen gefertigt, die nicht kegelförmig, sondern V- förmig über eine gewisse Länge ausgebildet sind. Bei ihnen entsteht kein punktförmiger Strahl, sondern über die ganze Länge einer Art "Faden" aus flüssigem Metall, der durch das Material dringt. Damit ist es möglich, z.B. Stahlträger mit relativ geringem Aufwand an Sprengstoff über die gesamte Breite zu zerschneiden. Schneidladungen kommen in erster Linie bei zivilen Abbruchprojekten zum Einsatz.

Literaturhinweise:

• Ian Hogg, Waffen und Gerät Band 4: Infanterieunterstützungswaffen, Motorbuchverlag
• G.I. Pokrowski, Explosion und Sprengung, BSB B.G. Teubner Verlagsgesellschaft

Siehe auch:

• Panzermunition
• Waffen