Durchschlagskraft Panzermunition

Durchschlagskraft von Panzermunition im Zweiten Weltkrieg (Teil II): Probleme von berechneten Werten für panzerbrechenden Granaten im Vergleich zu den Testergebnissen.

Deutsche Panzermunition

Deutsche Panzermunition (v.l.n.r.): 5-cm KwK 39 (lang) Sprenggranate (PzKpfw III); 7,5-cm KwK (kurz) Sprenggranate (PzKpfw III und IV); 7,5-cm-KwK-40 Sprenggranate (Pzkpfw IV); 7,5-cm-KwK-42 panzerbrechend (Panther); 8,8-cm-KwK-36 Sprenggranate (Tiger I); 8,8-cm-KwK-43 Sprenggranate (Tiger II); 12,8-cm-Pak44 panzerbrechendes Geschoss und Kartusche (Jagdtiger).

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Probleme mit der Mündungsgeschwindigkeit

Um bei der in Teil I der Untersuchung zur Durchschlagskraft von Panzermunition im Zweiten Weltkrieg verwendeten Gleichungen konsistent zu sein und eine richtige wissenschaftliche Methode anzuwenden, können wir daher nicht die Mündungsgeschwindigkeiten von den gleichen Testdaten verwenden, bei denen wir die Durchschlagskraft der Granaten zu ersetzen suchen.
Wir müssten daher die Mündungsgeschwindigkeit für das jeweilige Waffensystem berechnen !

Man könnte zunächst der Meinung sein, dass die Berechnung der Mündungsgeschwindigkeit eine relativ einfache Sache ist. Dazu muß der Druck innerhalb der Verschlusskammer bestimmt werden und die Beschleunigung des Geschosses über die Länge des Laufes berechnet werden. Dies sind die beherrschenden Faktoren, welche die Mündungsgeschwindigkeit bestimmen und einen ungefähren Wert ergeben.
Allerdings sind die Druckwerte der Verschlusskammer nur für einige der Waffen verfügbar und diese sind nicht zuverlässiger oder konsistenter als Mündungsgeschwindigkeits- oder direkten Durchschlags-Messungen. Um die Mündungsgeschwindigkeit genau berechnen zu können, wobei plus oder minus 1% nicht überschritten werden dürfen, müsste folgendes berücksichtigt werden:

Kenntnis der chemischen Zusammensetzung des Treibmittels und der Verbrennungs-Effizienz, Munitionsentwurf und Menge des verwendeten Treibmittels, die erheblichen Schwankungen der Kraft hinter dem Geschoss (die Kraft auf das Geschoss ändert sich, wenn es durch die Zunahme des Kammervolumens und der expandierenden Gase den Lauf entlang beschleunigt wird), die Reibung im Lauf, genaue Geschossmasse, genaue Lauflänge, Geschützkammer und Toleranzen bei der Produktion des Laufes (d.h. je größer die Toleranzen, desto mehr Gase entweichen an den Seiten des Geschosses, welche die Mündungsgeschwindigkeit drastisch reduzieren und die Instabilität des Geschosses erhöhen können) und Auswirkungen des Laufgewindes (dies bestimmt die Drehung des Geschosses, was die Kräfte auf das Geschoss und seine Beschleunigungszeit beeinflusst).

Diese Angelegenheit ist noch viel aufwendiger und problematischer als die eigentliche Berechnung der Durchschlagskraft !
Selbst bei den besten verfügbaren Informationen und Computerleistung werden unsere berechneten Mündungsgeschwindigkeiten und die daraus resultierenden berechneten Durchschlagswert niemals genauer oder konsistenter sein, als die Daten der direkten historischen Testergebnisse.

Fehler bei den Angaben zur Mündungsgeschwindigkeit

Die Tablle enthält weitere Beweise dafür, dass einige der angegebenen Mündungsgeschwindigkeiten ungenau sein müssen.
Wie bereits erwähnt, ist die Mündungsgeschwindigkeit weitgehend abhängig vom Verhältnis von Treibmittel, Projektilmasse und Lauflänge. Es ist interessant festzustellen, dass bei einigen Waffen ähnlichen Kalibers die angegebene Mündungsgeschwindigkeit höher ist, obwohl die jeweilige Waffe eine kürzere Kaliberlauflänge haben, als vergleichbare Waffen.

Historische Testergebnisse gegen berechnete Werte (1.000 m auf 30°)
Kanone Panzer (Bsp) NationTestergebnisse Berechnung Unterschied
57mm M1943 (ZIS-2) L/73 (APHE oder APCHE)T-34/57, Pak Sowjetunion 85 100 +32%
90mm M3 L/51 (auf 1.000 yards=914,4m) M36 Pershing USA 102 128 +24%
85mm ZIS-S-53 (L/54,6) T-34/85 Sowjetunion 85 100 +18%
5cm KwK L/60 PzKpfw III J Deutschland 50 58 +15%
76mm M3 L/50 Pak USA 82 92 +13%
57mm M1 L/50 Pak USA 62 69 +12%
76,2mm F-34 L/41,5 T-34/76 Sowjetunion 49 54 +11%
7,5cm KwK 42 L/70 Panther Deutschland 111 123 +11%
5cm KwK 38 L/42 PzKpfw III G-J Deutschland 36 40 +10%
6-Pounder L/43Valentine, Churchill, Cromwell, Pak England 71 77 +8%
17-Pounder (76,2mm)Sherman Firefly, Pak England 118 126 +7%
7,5cm KwK 40 L/48Pz IV, StuG III Deutschland 85 90 +6%
7,5cm Pak 40 L/48Marder, Pak Deutschland 89 92 +4%
75mm M3 Sherman 75mm USA 60 61 +2%
76mm M1A1 L/52 Sherman 76 USA 90 91 +1%
2,8cm sPzB 41SdKfz 221, Pak Deutschland 46 47 +1%
8,8cm Pak 43/71Tiger II, Nashorn Deutschland 165 164 0%
8,8cm Flak 18 L/56 Pak Deutschland 106 105 -1%
8,8cm Kwk36 L/56 Tiger I Deutschland 100 98 -2%
3,7cm L/45PzKpfw III, Pak Deutschland 36 29 -21%
7,5cm KwK 37 L/24Pz IV, StuG III Deutschland 35 25 -27%

In diesem Fall kann die zusätzliche Mündungsgeschwindigkeit nur auf die Menge und Qualität des in der Granate verwendeten Treibmittels zurückzuführen sein. Wenn die tatsächlichen Durchschlagswerte für die Waffen mit kürzeren Läufen etwa 20% unter der erwarteten theoretischen Durchschlagskraft liegen und das Verhältnis von Treibmittel zu Projektil-Masse vergleichbar mit anderen Geschützen der Klasse ist, deutet diese schwerwiegende Beweislage darauf hin, dass die Abweichung mehr auf eine falsch angegebene Mündungsgeschwindigkeit als auf mysteriös harte Panzerplatten bei den Schiessversuchen zurückzuführen ist.
Dies gilt umso mehr, wenn sich die Kampfberichte an den Testergebnissen orientieren und das jeweilige Land über eine gemischte Bilanz bei der Herstellung hochwertiger Panzerplatten verfügt.

 Pershing-Panzer

Amerikanischer Pershing-Panzer mit 90mm M3 L/51 Kanone aus dem RAC Tank Museum.

Beispiele aus der Tabelle dazu sind die US 90mm M3 L/51 und die sowjetischen 85mm ZiS-S-53 L/54.6. Beide Geschütze sind in ihrer tatsächlichen und kalibermäßigen Länge kürzer als die 8,8 cm KwK 36 L/56 des Tiger I, haben ein ähnliches Treibmittel sowie Projektil-Massenverhältnis und sollen dennoch höhere Mündungsgeschwindigkeiten aufweisen.
Die schlechteren Testwerte für die alliierten Geschütze lassen sich nicht einfach auf die deutschen Versuche mit schlechter Testpanzerung oder ihrer offensichtlichen Unfähigkeit, 1000 Meter und einen Winkel von 30 Grad zu messen, zurückführen. Es ist viel wahrscheinlicher, dass die Mündungsgeschwindigkeiten überbewertet sind und die Munition von minderwertigen Entwurf und Qualität war.

Ein weiterer indirekter Beweis für verdächtige Mündungsgeschwindigkeiten rührt aus den relativ seltenen Fällen her, in denen das historische Testergebnis deutlich höher ist (d.h. etwa 20% oder mehr) als die theoretisch errechneten Durchschlagswerte.
Schwankungen von wenigen Prozent können leicht auf unterschiedliche Qualitäten der Panzerplatten oder Abweichungen beim Testverfahren zurückzuführen sein, aber eine derart positiver Ausschlag in dieser Größenordnung führt dazu, dass mindestens einer der zugrunde liegenden Parameter oder Annahmen falsch ist.

Am wahrscheinlichsten ist eine unterschätzte Mündungsgeschwindigkeit, da es sehr unwahrscheinlich ist, daß die Munitionsleistung bei panzerbrechenden Standard-Geschossen den Durchschlag in diesem Maße erhöhen würde.
Ein Beispiel dafür aus der Tabelle ist die deutsche 7,5-cm KwK 37 L/24.
Die Durchschlagsleistungen bei den Tests dieser Waffe sind sehr konsistent zwischen den Quellen und zeigen, dass der tatsächliche Durchschlag etwa 27% größer ist, als die berechneten Werte. Dies setzt sogar einen sehr großzügigen Abwärtswinkel von 15 Grad beim Aufschlag voraus, um die geringe Mündungsgeschwindigkeit und die relativ hohe Flugbahn dieser Waffe zu berücksichtigen (d.h. ein Aufschlagwinkel von 15 Grad wird bei der Berechnung verwendet und nicht 30 Grad).
Eine Variation dieser Größenordnung ist höchstwahrscheinlich nicht allein auf Schwankungen des Testverfahrens oder der Panzerungs-Qualität zurückzuführen, während eine Zunahme für die Schätzung der Mündungsgeschwindigkeit um nur 17% (d.h. zusätzliche 67 m/s) den Unterschied zwischen Theorie und Praxis ausgleicht.

Entwurf der Munition

Die Gleichungen

Pen = kmv² / d²

und

berücksichtigen weder Abweichungen im Entwurf der Munition noch die Herstellungsqualität von standardmäßigen panzerbrechenden Granaten zwischen bestimmten Geschützen oder zwischen unterschiedlichen Nationen.
Zwei grundsätzliche Annahmen sind, dass sich Geschosse gleichen Kalibers (Durchmesser) nur durch ihre Masse unterscheiden und dass alle Geschosse identisch sind, nämlich aus einem festen Stück homogenem Metall.

Das sind ziemlich weit hergeholte Annahmen, denn es ist sehr wahrscheinlich, dass zwei Geschütze gleichen Kalibers mit gleicher Mündungsgeschwindigkeit und gleicher Munition (z.B. APCBC-panzerbrechende Hochexplosivgranate) alleine aufgrund des Entwurfs und der Herstellungsqualität der jeweiligen Waffe unterschiedliche Durchschlagswerte aufweisen werden !

Die Munition für eine Waffe wurde in der Regel so sorgfältig entwickelt wie die Waffe selbst, da sie Teil des Waffensystems ist und nicht von ihr getrennt werden kann. Dies gilt insbesondere für Panzerabwehr-Waffen und die damit verbundene Reichweite der panzerbrechenden Wuchtgeschosse (AP).
Wenn der Entwurf von Munition und Herstellungsqualität ignoriert wird, wird ebenso die Technik, welche in die Entwicklung der Geschütze eingeflossen ist, ignoriert und somit auch ein guter Teil des gesamten Waffensystems.
Viele gute Geschütze versagten oder waren zumindest schwerwiegend in ihrer Wirkung eingeschränkt, weil die Munition defekt oder schlecht konstruiert war. Eine panzerbrechende Granate mit runder ballistischer Kappe (APCBC), besonders mit einem hochexplosiven Füllstoff, ist nicht einfach ein Stück homogenes Metall, das sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Schon die Konstruktion und Auswahl von Materialien für relativ einfache und feste AP-panzerbrechende Wuchtgeschosse stellt eine Herausforderung dar.

Bevor das Geschoss überhaupt auf die Panzerung trifft, beeinflusst die ballistische Form das Eindringen. Die Form der Granate hat einen direkten Einfluss auf den Wert ‘c’ in den Gleichungen. Geschosse ohne ballistische Kappe und stattdessen einer viel stumpferen panzerbrechenden Kappe haben aufgrund des höheren Luftwiderstands eine deutlich stärkere Geschwindigkeits-Reduzierung, insbesondere über größere Entfernungen.

Bei ähnlichen Granaten mit ballistischen Kappen ist noch der individuelle ballistische Entwurf der Kappen zu berücksichtigen. Nach dem Aufprall zerbricht die ballistische Kappe, so dass die panzerbrechende Kappe mit der Panzerung in Kontakt kommen kann und verschiedene Entwürfe der panzerbrechenden Kappen haben auch unterschiedliche Auswirkungen auf die Panzerung.
Eine gut durchdachte panzerbrechende Kappe unterstützt nicht nur das Eindringen in stirnseitig gehärtete Panzerungen, sondern verbessert auch die Leistung bei schrägen Auftreffwinkeln. Auch wenn die ballistischen und panzerbrechenden Kappen identisch sind, haben Geschosse aus verschiedenen Geschützen einen komplexen und unterschiedlichen inneren Aufbau und werden aus verschiedenen hochwertigen Materialien hergestellt.

Panzergranaten für den PzKpfw III

Panzer-brechende 3,7-cm-KwK und 5-cm-KwK (kurz) Panzergranaten für den PzKpfw III.

Deutliche, indirekte Hinweise auf den Einfluss der Größe der Munition auf die Panzerung sind aus der obigen Tabelle zu entnehmen. Es scheint so, dass die Abweichung zwischen tatsächlichem und errechneten Durchschlag mit abnehmendem Kaliber tendenziell zunehmen. Darüber hinaus ist in allen 13 Fällen, in denen die Waffe 76,2 mm Kaliber oder weniger hat und die Aufschlag-Geschwindigkeit größer als 647 m/s ist (d.h. Überschallgeschwindigkeiten), der tatsächliche Durchschlag beim Probeschießen geringer als der theoretisch errechnete Wert. Für die Panzerabwehrwaffen im Kaliber von 57mm bis 50mm kann die Abweichung zwischen tatsächlichen und errechnetem Durchschlag sogar bis zu 32% betragen. Das würde bedeuten, dass etwas Grundsätzliches eingetreten ist.

Wenn alle Geschosse der Waffen aus der Tabelle aus ähnlichem Material bestehen, scheint es, dass kleinere Geschosse, die sich mit Überschallgeschwindigkeiten bewegen, wesentlich weniger in der Lage sind, den Aufschlag auf eine Panzerplatte zu überstehen, ohne dabei zu zerbrechen – im Gegensatz zu größeren Geschosse, die sich mit ähnlichen Geschwindigkeiten bewegen.
Es ist interessant festzustellen, daß die 50mm bis 57mm- Panzerabwehrkanonen viel effektiver wurden, als sie mit verschiedenen Arten von ‘spezieller’ Hartkern-Munition eingesetztwurden. Die geringe Fähigkeit kleinerer Granaten intakt zu bleiben, um einen zumindest teilweisen Durchschlag einer Panzerplatte im Vergleich zu größeren Kanonen zu ermöglichen, obwohl sie beim Abschuss die gleiche kinetische Energie besitzen, ist einer der beiden Hauptgründe, warum die meisten Streitkräfte während des Zweiten Weltkriegs zu größeren Panzerabwehr-Geschützen übergingen und nicht einfach leichtere und länger gezogene 50mm bis 57mm-Waffen bauten.

Die Gleichungen berücksichtigen die erhöhte Fähigkeit des Durchschlags von Geschützen kleineren Kalibers aufgrund der geringeren Oberfläche beim Aufschlag, d.h. die kleineren Granaten müssen weniger Panzerung aus ihrer Flugbahn herausbrechen.
Die Gleichungen berücksichtigen jedoch nicht die Tendenz kleinere Granaten zu zerbrechen, bevor ein Durchschlag der Panzerung stattgefunden hat.
Dies ist schon zu beachten, bevor wir zusätzliche Auswirkungen des Entwurfs der Munition der jeweiligen Waffe berücksichtigen.

Als Beispiel für den möglichen Einfluss des spezifischen Entwurfs der Munition und ihrer Herstellungsqualität auf die Durchschlagskraft auf Panzerplatten kann die amerikanische 90 mm M3 L/51 Kanone aus der obigen Tabelle herhalten.
Die sehr große Abweichung zwischen den Testergebnissen und dem errechneten Wert ist selbst bei inkonsistenter Panzerungs-Qualität oder nicht identischem Prüfverfahren nicht leicht zu verwerfen. Verschiedene Berichte der US Army führen zu folgendem Schluß: ‘Die 90mm-M3-Granate, welche vom M36 Panzerjäger und dem schweren Panzer M26 Pershing verschossen wurde, wog vierundzwanzig (engl.) Pfund und hatte mehr Schlagkraft als die deutsche 88mm-Granate, welche aus der Waffe des Tiger I abgefeuert wurde. Da die Qualität des für die Munition-Konstruktion verwendeten Stahls jedoch schlechter war als die bei den Deutschen, blieb die Durchschlagsleistung gegenüber der deutschen Granate weit hinter den Erwartungen zurück’.

Schlussfolgerungen historische Testergebnisse gegen berechnete Werte der Durchschlagskraft

Allein betrachtet ist es schwierig, aus den in der Tabelle aufgeführten Daten direkt Schlüsse zu ziehen. In Anbetracht der physikalischen Gesetze und der Erfahrungen aus dem Zweiten Weltkrieg und der zuvor genannten Erläuterungen gibt es jedoch einige allgemeine Schlussfolgerungen, die gezogen werden können.

Es besteht kein Zweifel, dass es Inkonsistenzen und Schwankungen bei vermeintlich identischen Daten aus Testschüssen gibt und die Ursachen für diese Abweichungen sind die Qualität der Panzerplatten und in geringerem Maße die unterschiedlichen Prüfverfahren.

Es ist ein grundlegendes Versagen der wissenschaftlichen Methode, davon auszugehen, dass die Testdaten für die Mündungsgeschwindigkeit korrekt sind oder zumindest konsistent, während dieselben Daten falsche oder inkonsistente Daten über den Durchschlag geliefert haben sollen. Darüber hinaus können genaue Berechnungen der Mündungsgeschwindigkeit nur mit potenziellen Fehlerquellen durchgeführt werden.

Sherman von Acht-Acht getroffen

Eine Acht-Acht hat ziemlich einfach ein sauberes Loch in den unteren Rumpf, eines Sherman-Panzers gestanzt, wo sich die Kraftübertragung des Panzers befindet.

Viele Waffensysteme hatten eine Reihe von möglichen Mündungsgeschwindigkeiten, die aus den Ergebnissen des Probeschiessens gewonnen wurden und dies das galt auch für einen bestimmten Munitionstyp (z.B. APCBC). Dies wiederum führt zu einer Vielzahl von möglichen Durchschlagswerten für diesen Munitionstyp. Insbesondere führen selbst relativ kleine Schwankungen der Mündungsgeschwindigkeit zu Schwankungen der theoretischen Durchschlagswerte, die mit den Schwankungen der ursprünglichen Testdaten vergleichbar sind. Und dies gilt für jede betrachtete Waffe.

Die Gleichungen berücksichtigen vollständig nicht die oft dramatische Auswirkung des Munitionsentwurfs eines bestimmten Waffensystems oder der Qualität des bei seiner Konstruktion verwendeten Materials. Somit verfügen vergleichbare Munitionstypen, wie z.B. panzerbrechende ballistische Kappen-Munition (APCBC), über eine breite Palette von Qualitätsfaktoren aus Entwurf und Herstellung, welche die Leistung beim Durchschlag einer Panzerung beeinflussen.

Die Gleichungen berücksichtigen nicht, dass kleinere Geschosse aus gleichem Material, die beim Aufprall eine ähnliche kinetische Energie aufweisen, eine höhere Neigung zum Zerbrechen haben, bevor der Durchschlag auf die Panzerplatte stattfindet – im Vergleich zu größeren Granaten.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Gleichungen kaum die Möglichkeit haben, die Komplexität des Munitionsentwurfs und der Herstellungsqualität beim Durchschlagen einer Panzerung, realistische und genaue Mündungsgeschwindigkeiten oder Toleranzen von Waffen genau zu berechnen.

Andererseits verwendeten die historischen Testdaten, trotz ihrer Inkonsistenzen, die tatsächlich gebauten Waffen und Projektile, um die Durchschlagswerte zu erhalten. Die verwendeten Geschosse und die Toleranzen bei der Herstellung der Kanonen wurden somit als Teil des gesamten Waffensystems behandelt – und es ist dieses tatsächlich funktionierende Waffensystem, was für das Ergebnis interessant ist.
In der Physik sind die historischen Testdaten nach wie vor die einzige verfügbare Verknüpfung zwischen der Welt der theoretischen und experimentellen Physik.

Am Ende ist es immer noch genauer, sich auf tatsächliche Daten der Schießversuche zu verlassen, um ein möglichst realistisches Bild von der ‘wahren’ relativen Durchschlagskraft zu erhalten.
Es ist jedoch wichtig, sicherzustellen, dass so weit wie möglich konsistente Testparameter verwendet werden, indem auf diese Daten aus so vielen alternativen Quellen wie möglich verwiesen wird. Nur so kann der Gesamtentwurf der Waffe, die Konstruktion der Munition sowie die Fertigungsqualität und Toleranzen des gesamten Waffensystems berücksichtigt werden.

Supremacy 1914
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