Bau eines Torsionsgeschützes nach Darstellungen auf der Trajanssäule (Rom)

 

 

Ziele

 

Funktionsfähigkeit:

Der Funktionsablauf sollte den antiken Vorbildern entsprechen und zuverlässig und reproduzierbar sein.

 

Design:

Das Geschütz sollte optisch den Darstellungen auf der Trajanssäule entsprechen, und als zweiarmiges System mit Torsionsantrieb ausgeführt werden.

Die Aufstellung sollte auf einem Dreibein erfolgen, eine Zerlegung in zwei Teillasten: Dreibein und Geschütz, musste möglich sein.

 

Das Geschütz sollte mittels Kastenwagen transportabel sein, die maximale Baulänge war dadurch auf 2,2m vorgegeben.

 

Geschosse:

Als Vorbilder für die Pfeilgeschosse dienten Funde aus dem syrischen Dura Europos.

Die Pfeillänge sollte zwischen 45 und 50cm, das Gewicht ca. 350g betragen.

 

Kaliber:

Das Kaliber – definiert als der Innendurchmesser der Spannbuchsen – sollte 80 mm betragen.

 

Einschränkungen:

Ziel war es nicht, eine bis auf den „letzten Nagel“ authentische Rekonstruktion zu bauen.

 

Dies war wegen der ungünstigen Quellenlage, – Funde die sich eindeutig den Geschützdarstellungen auf der Trajanssäule zuordnen lassen fehlen bisher – nicht möglich.

 

Zur Erreichung der Ziele mussten Kompromisse hinsichtlich der Materialien und Fertigungsmöglichkeiten eingegangen werden.

 

In Ermangelung einer Schmiede wurden Eisenteile mit den zur Verfügung stehenden Mitteln: Fräsen, Schweißen, Biegen, Bohren, gefertigt, und  danach so bearbeitet, dass der Eindruck von Schmiedeteilen entstand.

 

Die Gussteile aus Bronze (Spannbuchsen) wurden aus Messing gefertigt. Das entspricht in seiner Legierung römischer Bronze. Die Bearbeitung erfolgt maschinell durch Drehen, Fräsen und Bohren. Der „Gusseffekt“ wurde durch angedrehte Radien und Ausformschrägen erreicht.

 

 

Fertigung und Werkstoffwahl

 

Die Holzteile wurden aus Eichenholz gefertigt, dazu wurden, die Teile in ihren groben Abmessungen zugeliefert und nachbearbeitet.

 

Auf Tiersehnen für die Bespannung wurde verzichtet. Deren offensichtlich hochspezialisiertes, antikes Herstellungsverfahren ist noch ungeklärt. Haarseile als zweite Wahl waren nirgends erhältlich. Hanfseile erwiesen sich durch Versuche als untauglich, die Seile dehnten sich zu stark, und waren zu wenig elastisch. Als brauchbar erwiesen sich geflochtene Kunststoffseile, sogenannte „Starterseile“.

 

Die Katapultarme wurden erst aus Buchenholz gefertigt, später wurde auf Eschenholz umgestellt.

 

Die Spannbuchsen wurden aus Messinghohlstangen gefertigt.

Die zylindrischen Kapseln für die Torsionsständer aus Messingblech.

  



Abbildung 1
Geschütz Nr. 1
Außenspanner mit einem
Abstand der Torsionsständer
von ca. 400mm



Buchsen

Ergänzung zu Abbildung 1

Geschütz Nr.1 hatte keine Torsionsständer aus Schmiedeeisen, sondern zwei zylindrische Hohlzylinder aus Bronze (Schleuderguss). Die Bogenstrebe war links und rechts jeweils vernietet. Die untere Strebe war mit zwei Klemmringen an den Torsionsbuchsen umklammert und vernietet. Dieses System wurde nicht weiter verfolgt, war aber technisch machbar.

 

  

 
Abbildung 2
Geschütz Nr. 2, mit extern wirksamem Katapultsystem.
Abstand der Torsionssysteme
ca. 600 mm. Das Dreibein wurde später durch
eine verkürzte Ausführung mit Radsatz ersetzt.


   

Der Spannrahmen

 

Bei der Konstruktion des Spannrahmens gaben Funde aus dem rumänischen Orsova und aus Lyon (Frankreich) Orientierung. Die seitlichen Torsionsständer sind dabei als verstrebte Schmiedekonstruktion ausgeführt. Dies gilt auch für die obere Bogenstrebe mit ihrer charakteristischen, mittigen Ausbuchtung.

 

Die Abbildungen der Trajanssäule zeigen die Torsionsständer als zylindrische Bauteile mit oben und unten angebrachten Abdeckkappen. Man geht heute davon aus, dass es sich dabei um blechverkleidete Torsionssysteme gleicher Bauart wie bei den Funden aus Rumänien und Frankreich handelte.

 

Abweichend von den Funden wurde eine nicht lösbare, vernietete Ausführung des Spannrahmens gewählt. Ausschlaggebend war die damalige Interpretation der Darstellungen auf der Trajanssäule. Auf die Tauschmöglichkeit der Torsionsständer wurde also bewusst verzichtet.

 

 

 

Abbildung 3

Spannrahmen mit vernieteten Streben, Version Geschütz 3, 

die Vorgängermodelle hatten kleinere Abstände der Torsionssysteme.

 

 


Abbildung 4
Torsionsständer als Explosionszeichnung.
Diese hypothetische Konstruktion war von
vorne herein auf eine saubere, zylindrischer
Verkleidung des Systems ausgelegt.

    
   

 

Die Fertigung des Spannrahmens

 

Der Spannrahmen wurde aus Vierkant- und Rechteckeisen hergestellt. Die  typische „Kannelierung“ der Bogen- und Unterstrebe wurde eingefräst. Die Laschen zur Anbindung an die Spannringe der Torsionsständer wurden angeschweißt, die Rahmenteile anschließend  grob nachbearbeitet, um ein „geschmiedetes“ Aussehen zu erreichen. Als Korrosionsschutz wurde Schmiedepech verwendet.


 

 

 Abbildung 5
 Spannrahmen ohne Wechselmöglichkeit für die Torsionsständer.
 (vergl. Menüpunkt  "Rekonstruktion").


Rahmen

Ergänzung zu Abbildung 5


Hypothetischer, konstruktiver Aufbau des Spannrahmens von Geschütz Nr. 2. Die Anbindung der Torsionsständer lehnt sich stark an die Geschützdarstellung der Trajanssäule an, hat aber kein reales - durch Funde untermauertes - antikes Vorbild.


Die Spannbuchsen und Bolzen
 

Die Spannbuchsen wurden aus Messing gefertigt,  und nicht – wie bei den originalen Buchsen – gegossen, sondernd mechanisch gefertigt (Drehen). Die Bearbeitung fand „grob“ mit großen Toleranzen statt. Durch Andrehen von Radien und Schrägen wurde dabei das antike Gussverfahren imitiert. Die Lochkreise für die Vorstecker wurden von Hand angezeichnet aber maschinell gebohrt. Die Aussparungen wurden ausgesägt und übergefeilt, die Spannbolzen gefräst und anschließend übergefeilt.


 

 

Abbildung 6
Spannbuchsen, Spannbolzen
und das Torsionsseil.


 

   


Abbildung 7
Spannbuchse, Spannbolzen
und Vorstecker.


 
Der Spannschlüssel
 
Um das Geschütz vorzuspannen, müssen die oberen und unteren Spannbuchsen gegenüber den Torsionsständern verdreht und mittels Vorsteckbolzen arretiert  werden. Hierzu wurde ein Spannschlüssel angefertigt. Um die starken Kräfte zu übertragen war klar, dass der Schlüssel formschlüssig an den Buchsen angreifen musste. Es hätte sich angeboten, mittels eines Zapfens in Form eines Hakenschlüssels in die Spannbuchsen einzugreifen. Als eleganteste Lösung erschien es uns, zum Ansetzen des Schlüssels die Spannbolzen zu verwenden. Das Eisenteil des Schlüssels erhielt eine Öse, mittels der der Schlüssel an einem Ende eines Spannbolzens eingehängt wurde. Am anderen Ende wurde eine Gabel angebracht mit der der Spannschlüssel beim Herunterdrücken in das andere Ende des Spannbolzens einrastete. Diese Lösung erwies sich als ungemein praktisch, und es ergaben sich in der Anwendung keinerlei Handhabungsprobleme.
 



 

Abbildung 8
Geschütz Nr. 3
Spannschlüssel in „eingehängter“ Position.

 

  
Die Katapultarme

Als Material für die Katapultarme wurde zuerst Buche (Geschütze 1 und 2) und später Eschenholz gewählt (Geschütze 2 und 3). Eschenholz erwies sich dabei belastbarer als Buche.

Anmerkung:
Aus Sicherheitsgründen waren die Arme immer überdimensioniert ausgeführt. Besonders bei extern wirksamen Katapultsystemen kann der Bruch eines Katapultarmes verheerende Auswirkungen haben. Der Arm wird nach außen, bogenförmig weggeschleudert, und nimmt dabei den Einhängepunkt der Sehne als Drehpunkt. Es besteht dabei für umstehende Personen eine erhebliche Verletzungsgefahr.
 
Die Masseträgheit der Spannarme beeinflusst das Schussverhalten – zumindest bei externen Katapultsystemen – erheblich. Die Masse der Arme muss bewegt werden, die Energie die hierfür aufgewendet wird, kann nicht mehr an das Geschoss ab gegeben werden. 
Bei Geschütz Nr. 2 wurde aus diesem Grund der Abstand der Torsionssysteme vergrößert. Dies führt – bei gleich bleibender Sehnenlänge – zur Verkürzung der Katapultarme, und damit zu einem geringeren Gewicht derselben. Leider erwies sich diese Maßnahme als Trugschluss, dass Geschütz war weniger leistungsfähig als vorher. Im nächsten Schritt wurde dann ein Umbau zu einem intern wirkenden Katapultsystem vorgenommen.
 
Interessanterweise spielt das Gewicht der Katapultarme bei einem internen, innen schwenkenden Katapultsystem keine große Rolle. Dies wurde durch rechnerische Simulation und praktische Versuche nachgewiesen ( siehe auch: Simulationstechnische Bewertung antiker Geschützsysteme)

 





Abbildungen 9 und 10
Geschütz Nr. 3
Katapultarme in eingehängter Position



Bei den ersten beiden Geschützvarianten mit konventionellem, externen Katapultsystem konnte – bei entsprechender Auslegung der Arme – auf eine Eisenarmierung verzichtet werden.

Bei der Variante mit internem System ist die Belastung viel größer. So brachen weiter verwendete Katapultarme der Vorgängerversion schon nach dem sechsten Schuss. Erst eine Armierung mit Eisenbändern führte zu ausreichender Haltbarkeit.

  

 

 

Abbildung 11
Geschütz Nr. 2
mit externem Katapultsystem.
Abstand der Torsionsständer 600mm,
hier noch mit Katapultarmen aus Buchenholz.





 

Abbildung 12
Geschütz Nr. 2
Katapultarm aus Buchenholz ca.450mm lang.
totz Aussparungen für die Seilbündel am Ende
erwies sich die Konstruktion im praktischen
Einsatz als dauerhaft bruchfest.


 

Die Sehne

 

Ähnlich wie bei der Bespannung der Torsionssysteme musste bei der Sehne auf einen modernen Werkstoff aus dem Bogenbau (Dacron) zurückgegriffen werden. Bogenbauer die antike Bögen nachbauen, wurden angesprochen, scheuten aber alle das Risiko aufgrund der enormen Kräfte, die eine Sehne für ein intern wirkendes Torsionsgeschütz aushalten muss. Nach der Umstellung auf ein internes Katapultsystem war auch der bisherige Lieferant von Dacron- Sehnen – wegen der enormen Spannkräfte – nicht mehr bereit Sehnen anzufertigen. Notgedrungen wurde eine eigenständige Lösung gesucht und gefunden. Eingesetzt wurde Angelschnur, die die gewünschten Eigenschaften wie geringe Dehnung undhohe  Haltbarkeit hatte. Gewickelt wurde die Sehne auf einer einfachen hölzernen Vorrichtung.

  

 

Der Spannschlitten

 

Nach einer Analyse der Darstellungen auf der Trajanssäule hatten diese Waffensysteme Spannschieber. Diese Systeme werden auch in der antiken Literatur immer wieder erwähnt.Davon abweichend wurden die Geschütze 1-3 experimentell mit einem anderen System ausgestattet. Dieses entspricht nicht den bekannten antiken Vorbildern.


Technisch gesehen sind diese langen, schweren und sperrigen Schieber ungünstig. Prinzipiell reicht es aus, nur den Verschluss zu bewegen, der ja das eigentlich entscheidende Bauteil für den Spannvorgang darstellt. Zur Führung wurde deshalb in den Schaft eine Nut eingesägt, in der sich der Verschluss bewegt. Der Mechanismus funktionierte einwandfrei, entspricht aber nicht der antiken Ausführung.

 

 

 

Abbildung 13
Spannschlittensystem ohne Schieber, die Führung erfolgt
in einer Nut im Schaft. Hinten das lineare, „hängende“
Verriegelungssystem mit 2 Sperrklinken.

 

 

Als Verriegelung wurde ein lineares System gewählt, dabei rastet der Spannschlitten stufenweise an einer Metallleiste mit ein genieteten Sperrbolzen ein. Laufen beim Spannen die Klinken auf die Rastbolzen auf, werden diese durch die schräge Anlauffläche angehoben und fallen – bei fortgeschrittenem Spannweg – in die freien Zwischenräume, um dann an den Bolzen zu verriegeln. Soll der Schlitten nach vorne geschoben werden, klappt man die beiden Klinken nach vorne und umgreift beide mit der Hand.


 

 

Abbildung 14
Die mittige Führungsnut für den
Spannschlitten im Schaft ist gut
zu erkennen.

   
 

Schaft und Spannkurbel

 

Der Schaft ist aus Eichenholz gefertigt, die Pfeilrinne halbrund ausgeführt und in die Oberseite des Schaftes eingearbeitet. Ein eingesägter Schlitz dient zur seitlichen Führung des Spannschlittens.Am hinteren Ende wurde in einer Eisen- Holz- Konstruktion eine Winde montiert. In die  ein zweiarmiger Drehhebel eingeschoben werden kann. Dieser Hebel kann zum Transport oder beim Schuss abgenommen werden.

 

 

Abbildung 15
Lineares Rastensystem
mit Spannrolle und Kurbel.

 


In der Praxis hat sich dieses Prinzip bei unserem Geschütz erstaunlich gut bewährt, und erlaubt bei zwei Mann Geschützbedienung eine Feuergeschwindigkeit von sechs Schuss pro Minute. Eine solche Feuerkraft wäre niemals von einem System mit Spannschieber erreichbar gewesen.

 

Anmerkung: Systeme ohne Spannschieber sind für die Antike bisher nicht belegt.

 

  

Rekonstruktionsversuch eines linearen Verriegelungssystems mit Spannschlitten

 

Abbildung  16 zeigt das Konzept eines Verriegelungssystems, das auf einem Spannschieber montiert ist.

Die Funktion ist mit dem ausgeführten System, das ohne Schieber auskommt, identisch.

 

 

Abbildung 16
Bis auf den in einer „Schwalbenschwanzführung“ gleitenden
Schieber entspricht dieser Entwurf dem des ausgeführten
Geschützmodells.

 

 
Konstruktionsbedingt ist bei einem internen Katapultsystem der Spannweg größer als bei externen Katapultsystemen. Die Sehne steht im Ruhezustand vor dem Spannrahmen und muss durch diesen hindurch nach hinten gezogen werden. Da kommt es leicht  zu einem Spannweg von 1,1 bis 1,2m.
Der Schieber selbst käme einschließlich verbleibender Pfeilführungsrinne vor der Sehne (mindestens Pfeillänge 45cm), und der Abmessung des Verschlusses auf eine Länge von 1,6 m. Im vorgeschobenen Zustand würde der Schieber ca. einen Meter über das Geschütz hinausragen, und der Schaft müsste entsprechend verlängert werden, eine unhandliche Angelegenheit und auch ein Gewichtsproblem. Geschätzt dürfte ein solcher Schieber leicht 6 – 8kg wiegen, ein nicht unerhebliche Masse die bewegt werden muss. Selbst wenn der Schaft zum Zweck der tragenden Funktion verlängert werden würde, gäbe dies eine unverhältnismäßig große Geschützkonstruktion. Zusätzlich neigt dieses System zum Verkanten und die Holzteile können sich verziehen, was den Schiebevorgang erschweren oder ganz verhindern kann.


 

 

Abbildung 17

Schieber in vorderster Position.

 

Duncan Cambell weist in seiner Beschreibung der Hatra ballista schon auf diesen Zusammenhang hin:

 

Duncan B.Campell, "Greek and Roman Artillery 399 BC-AD 363" Orsprey Publishing , New Vanguard, 2003,

(ISBN 1-84176-634-8)

 

“The wide-set springs and empty frame can have had no other purpose than allow interior- swinging arms, an arrangement which has certain implications for the design of the stock. For example, the forward swing of the arms requires that the stock must project well beyond the front oft the spring- frame, in order to support the slider while the slider trigger catches the bowstring.”

 

 „Der weite Abstand der Torsionsfedern und der leere Rahmen kann keinen anderen Zweck gehabt haben als nach innen schwenkende Arme zu ermöglichen, eine Anordnung, welche sicher Auswirkungen auf die Gestaltung des Schaftes hatte. Zum Beispiel bedingt die Vorwärtsbewegung der Arme, dass der Schaft weit über den Spannrahmen hinausragen muss, um den Spannschieber zu tragen, wenn der Verschluss in die Sehne einrasten soll.“

 

Anmerkung:

Trotz dieser Nachteile scheinen alle antiken Geschütze – zumindest nach dem derzeitigen Forschungsstand – Schiebersysteme gehabt zu haben. Die zeichnerische Rekonstruktion (Menüpunkt 2) ist so ausgeführt. Für eine geplante Überarbeitung des Geschützmodells (Nr. 4) ist eine Schieberkonstruktion vorgesehen.

 

 

 

Der Geschützständer

 

Geschütz 2 (siehe Abbildung 2)

Um das Geschütz aufzustellen musste nun noch eine Standvorrichtung hergestellt werden. Ein seitliches Schwenken und Höhenausrichten sollte  möglich sein. Wir entschieden uns für eine Dreibeinkonstruktion, was für hohe Standsicherheit sorgt und den Darstellungen auf der Trajanssäule entspricht. Als Material wurde Holz gewählt. Das Geschütz selbst wird in eine Eisengabel mit Querbohrungen eingesetzt, und durch einen Bolzen gehalten, der durch die beiden Eisenlaschen der Gabel und durch eine Bohrung in der Geschützschiene geschlagen wird. Der Bolzen ist leicht lösbar, sodass das Geschütz in zwei Teillasten transportiert werden kann. Die Eisengabel selbst ist mit dem Mittelteil des Dreibeines beweglich gelagert, womit ein Schwenken des Geschützes bei stillstehendem Dreibein möglich ist.
Unten verfügt der Ständer über einen seitlich und in der Höhe beweglichen Auflagebalken mit einer eingestemmten Rastenteilung. In diese Rastung greift eine Stütze ein, die beweglich am hinteren Teil der Pfeilschiene vernietet ist. So kann durch das Versetzen der Stütze in den Rasten die Höhenausrichtung vorgenommen werden.
 
Geschütz Nr. 3

Zur besseren Beweglichkeit wurde der Ständer verkürzt neu gebaut, und auf einen Rahmen mit zwei Speichenrädern gesetzt. Das Geschütz ist dabei nur mit zwei Eisenklammern auf dem Radsatz befestigt und kann abgenommen werden. Diese Ausführung entspricht nicht der antiken Ausführung.
Erreicht wurde aber die – im Menüpunkt "Analyse" – festgestellte Möglichkeit, das Geschütz auch ohne Radsatz (Wagen) zu verwenden.

 


Abbildung 18
Geschütz Nr. 3 (derzeitige Ausbaustufe) mit 
internem Katapultsystem. Der Radsatz      
entspricht nicht dem antiken Original.

   

Die Pfeilgeschosse
 
Die Geschossbolzen wurden nach antiken Vorbildern rekonstruiert. Der Schaft und die Flügel bestehen aus Holz, die Spitze ist aus Eisen geschmiedet. Länge ca. 45 – 50 cm, Gewicht ca. 350g.

 

 
Abbildung 19
Geschossbolzen in
Abgangsposition

     

Konstruktiv bedingt mussten alte Geschossbolzen für das interne Katapultsystem umgearbeitet werden, da im gespannten Zustand der Sehnenwinkel – durch die nun innen liegenden Katapultarme – deutlich kleiner war, und die Sehne die Flügel berührte. Neu gefertigte Pfeile erhielten einen verlängerten, abgeflachten Schaft am Ende und ca. 15 mm weiter nach vorne versetzte Flügel. Die Probleme mit dem kleinen Sehnenwinkel waren damit gelöst.



 

Abbildung  20
Geschossbolzen, oben und in
der Mitte ca. 50cm lang, unten
ca. 30 cm.


 
Auf Abbildung 20 sind am oberen Bolzen die nachträglich hinten angeschrägten Flügel zu erkennen. Dies war eine notwendige Anpassung an das Geschütz mit internem Katapultsystem. Der mittlere Pfeil erhielt weiter vorne angesetzte Flügel, ein verlängertes Schaftende und lässt sich damit auch bei voll gespanntem Geschütz und kleinem Sehnenwinkel einsetzen.

 

Der untere Bolzen ist – gegenüber den Originalfunden – um das Doppelte vergrößert. Vermutlich waren diese Geschosse bei „manuballisten“– kleinen tragbaren Torsionsarmbrüsten – im Einsatz.

Während die beiden Pfeile mit Flügelleitwerk stabil flogen, neigte der untere Pfeil mit seinem Kegelleitwerk während des Fluges zum Pendeln. Außerdem war er zu schwer und erreichte nur Reichweiten von 40 – 50m. Hier ist geplant, die Spitze zu verkleinern, was nicht nur zu einer Gewichtsverringerung führen dürfte, sondern auch – bei einer Anpassung des vorderen Schaftes – eine bessere, stabilisierende Anströmung des hinteren Stabilisierungskegels erlauben dürfte.




Abbildung  21
Kurzer Geschossbolzen mit Befiederung.


Bild 21 zeigt den unteren Bolzen aus Abbildung 20 mit verkleinerter Spitze. Der Schaft ist jetzt vorne im Durchmesser kleiner gedrechselt. Die Länge ist gleich geblieben, uur Flugstabilisierung wurde probeweise eine Befiederung angebracht.



 

Brandgeschosse

Normale Geschosse entfalten ihre Wirkung im Ziel durch ihre kinetische Energie. Brandgeschosse dienen dazu brennbare Materialien in Brand zu setzen.  Anstelle einer Spitze wird bei diesen Pfeilen ein Brandkorb angebracht, in dem Erdöl, Bitumen, in Pech getränkte Lappen oder andere brennbare Stoffe befestigt werden.

 



Abbildung  22

Rekonstruierter Brandpfeil mit Brandkorb an der Spitze.



Durch die Luftströmung verlöschen die Brandsätze während des Fluges.  Mit Zusätzen von Schwefel, Eisenspänen, Kalk und Salpeter wurde dies verhindert.






Abbildungen  23 und 24
Brandkorb ohne und mit Brandsatz.


Neuanfertigung von Geschossbolzen für ein internes Katapultsystem.

Die Pfeile sind für den Einsatz auf einem internen Katapultsystem ausgelegt. Die Flügel wurden deswegen
weiter nach vorne versetzt, die Länge der beiden Abflachungen für die Spannkralle wurde verdoppelt.




Abbildung  25
Bearbeitung der Schaftenden mit den Flügeln.


Abbildung 25 zeigt die Arbeitsvorgänge.


Von rechts nach links:


Anarbeiten der Abflachungen für die Sehnenspannkralle.


Einarbeiten der Nuten für die Flügel.


Anfertigung der Flügel.


Schleifen der Flügelkanten und Montage.





Abbildung  26
Konisch angedrechselte
Spitze fürdie Tülle der  
Geschossspitze.





Abbildung  27
Links, alte Bolzen mit    
geänderten Flügeln.
Rechts Neufertigung.


 

Ausblick

 
Es ist geplant, das vorhandene Geschütz weiter zu verbessern. Der Spannmechanismus soll einenauthentischen Schieber mit radialem Sperrwerk erhalten, eventuell soll der Spannrahmen auf Haltegabeln mit verkeilten Torsionsständern umgerüstet werden. Letzter Schritt wäre der Bau eines Karrens zur Aufstellung und zum Transport der Waffe. Grundlage sollen hierbei die unter den Menüpunkten "Analyse" und "Rekonstruktion" gewonnenen Erkenntnisse sein.


Geschützneubau 2009

Gegenüber der vorhergehenden Planung soll nun eine komplette "carroballista " mit Wagen gebaut werden.

Der Schieber soll beibehalten werden, das Sperrwerk soll nicht mehr "radial" sondern "längsverriegelnd" ausgeführt werden.


Schieber und Schaft

Begonnen wurde mit dem "Rohbau" von Schaft und Schieber, die Teile wurden nach Zeichnung von einer Schreinerei gefertigt und zu geliefert. Als Werkstoff wurde Eichenholz gewählt,  die Führung  als "Gleitsitz" mit entsprechenden Toleranzen ausgelegt. Nach Vitruv wurden Schaft und Schieber in der Antike aus Einzelteilen verleimt (Kompositbauweise). Dies hatte vermutlich fertigungstechnische Gründe.

Die beiden Stücke auf Abbildung 28 sind jeweils aus einem Stück gefertigt (Monoblockbauweise).

Anmerkung:

Mit der Kompositbauweise wurden bei früheren Geschützmodellen keine guten Erfahrungen gemacht. Witterungseinflüsse, in Form von UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit, sowie die mechanische Beanspruchung beim Schießen führten dazu, dass sich die Verleimungen teilweise lösten.




Abbildung 28
Schieber und Schaft sind montiert. Die Pfeilrinne und
der Aufbau für das Sperrwerk fehlen noch.





Abbildung 29
Schaft und Schieber. Die "Schwalbenschwanzführung"
ist gut zu erkennen, die Abmessungen entsprechen im
wesentlichen wie unter "Rekonstruktion" ermittelt.




Abbildung 30
Der Schieber ist in den

Schaft eingeschoben.



 Abbildung30 zeigt deutlich das "Schwalbenschwanzprofil" und die Proportionen von Schaft und Schieber.

 



Abbildung 31
Der Schieber befindet sich in der theoretisch
notwendigen vordersten Stellung.

 

Abbildung 31 zeigt die – schon unter "Analyse" und "Rekonstruktion" – angesprochene Problematik des internen Katapultsystems.Der Schieber ragt ca. 1,2m über den Schaft hinaus, und hängt leicht schräg verkantet in seiner Führung.


Wie schon angesprochen, dürfte dieses in der Praxis dadurch gemildert werden, dass  die Sehne – bedingt durch die geringere Vorspannung der Torsionsbündel beim internen Katapultsystem – durchaus 20-30cm zurückgezogen werden kann, um sie am Schieber einzuhängen. Dadurch braucht der Schieber nicht so weit -–  wie in Bild 27 gezeigt – vor geschoben zu werden.




Abbildung 32
Schaft mit angeleimten
Wangen zur Aufnahme der Kurbel.


Die beiden Wangen wurden selbst angefertigt, und in entsprechenden Aussparungen am Schaft verleimt.





Abbildung 33

Schaft mit Schieber.


Abbildung 33 zeigt im Vordergrund den Schieber mit angeleimtem Verriegelungsblock, mit der Bohrung für die Sperrklinken und der Nut samt Querbohrung für das Spannseil (vergl. Menüpunkt Rekonstruktion: lineares Verrieglungssystem).



Abbildung 34
Schaft mit eingeschobenem Schieber.


Abbildung 34 zeigt den im Schaft montierten Schieber. Unterhalb des Verriegelungsblockes ist im Schaft schon die Ausarbeitung für die eiserne Rastleiste des Sperrwerkes zu erkennen. Auf den Schieber ist der Holzblock für die Sperrklinken und zur Befestigung für das Spannseil aufgeleimt. Die Bohrungen für die Achse der Sperrklinken und für den Querbolzen des Spannseils sind schon eingebracht.




Abbildung 35

Schieber mit ein gearbeiteter 

Führungsrinne für den Geschossbolzen.





Abbildung 36

Drehen der Spannrolle aus Eichenholz.

Der erste seitliche Lagerzapfen     
wird angedreht.






Abbildung 37
Die Außenkontur ist fertig.
Es fehlen noch die Andrehungen für
die Verstärkungsringe und die mittige
Bohrung für den Vierkantmitnehmer.




Abbildung 38

Probeweise Montage der Spannrolle
im Schaft.



Die Rolle läuft vorne Holz auf Holz.  Die Spannkräfte werden später in den halbmondförmigen Holzwangen aufgenommen. Die Halteeisen – hier noch verschraubt – werden bei der endgültigen Montage mit den Wangen vernietet.





Abbildung 39

Probeweise Montage der Rastleiste
mit einer der Sperrklinken.
































Abbildung 40
Rohfertige Teile



Links befinden sich die Spannringe und Streben für die Torsionsständer, mittig und rechts die Rastenleisten für das Sperrwerk. Rechts ist die Spannrolle mit den Halteeisen erkennbar und vorne, sowie unten eine der Sperrklinken mit dem zugehörigen Lagerbolzen. Die Eisenteile sind noch weißfertig. Die Teile werden später "vergröbert" und mit Schmiedepech korrosionsgeschützt.




Abbildung 41
Rastenleiste mit Sperrklinke, oben die 

Halteklaue für die Sehne.


Die Rastenleiste wurde mittels zweier, durchgehender Nieten im Schaft befestigt, der Lagerbock für die Sehnenklaue im Schieber vernietet. Hier sind die Nieten nur probeweise eingesteckt.




Abbildung 42
Sperrwerk von oben.


Auf Abbildung 42 befindet sich der Schieber mit Sperrklinke in hinterster Position, die Halteklaue für die Sehne ist montiert, der Auslösehebel fehlt noch.

 




Abbildunge 43 und 44
Linker und rechter Torsionsständer.
 Rechts (44) zum Vergleich, 
3d- Darstellung der Torsionsständer
 (Abbildung 1, Menüpunkt
Rekonstruktion)



Auf Abbildung 43 sind die Spannringe bei beiden Spannrahmen bereits vernietet. Der linke Ständer hat schon seine Ösen für die Unter- und Bogenstrebe. Rechts: Montagesituation für die Ösen vor dem Vernieten.




Abbildung 45
Torsionsständer in der Seitenansicht.


Bild 45 zeigt in Nahaufnahme die Aussparungen für die Ösen



Abbildung 46
Torsionsständer in der Seitenansicht.

 

Auf Abbildung 46 sind die eingenietenen Halteösen für die Bogenstrebe und die Unterstrebe gut zu erkennen. Im unteren Spannring sieht man die Haltebohrungen für den Vorsteckbolzen der Spannbuchse.




Abbildung 47

Bogenstrebe mit den beiden Einhängegabeln
für die Torsionsständer.




Abbildung 48

Unterstrebe. Die Strebe besteht aus
aus zwei Teilen und ist vernietet.



Die Abbildungen 47 und 48 zeigen die Bogen- und Unterstrebe für den Spannrahmen. Gut zu erkennen sind jeweils die beiden Einhängegaben für die Torsionsständer. Die Teile sind schon mittels Schmiedepech korrosionsgeschützt.





Abbildung 49
Die Haltegabeln der Streben
als Detailaufnahme.






Abbildung 50
Die Haltegabeln der Streben sind im rechten 
Torsionsständer eingehängt und mit  
Eisenkeilen festgeklemmt.


























Abbildung 51
Klemmsystem an
der unteren Strebe.


 

Abbildung 51 zeigt die Funktion der Befestigung mittels Eisenkeilen. Nach dem die Haltegabeln in den Torsionsständer eingehägt wurden, werden die Keile zwischen Klammer und Gabel eingeschoben (Bild hinten), und dann durch Treibschläge mittels Hammer festgeschlagen.





Abbildung 52
Linker Torsionsständer
montiert, die obere Spannbuchse
ist eingesteckt.





Abbildung 53
Komplett montierter Spannrahmen.
Der Abstand der beiden Torsionssysteme
beträgt ca. 1,25 mm.


 


Abbildung 54
Teilweise fertig montierte Schaft mit
eingeschobenem Schieber.



Abbildung 54 zeigt den fertig montierten Abzug mit der Spannkralle für die Sehne. Die beiden Rastleisten für das lineare Sperrwerk sind mit Olivenöl schwarz gebrannt (Korrosionsschutz) und am Schaft vernietet. Die Spannrolle ist eingesetzt, und die beiden Halteeisen sind mit dem Schaft vernietet. Der Vorschubgriff für den Schieber ist fertig vernietet. Der Nietbolzen dient später auch zur Befestigung des Spannseiles.



Abbildung 55

Spannrolle mit jetzt
eingebranntem Vierkant
für die Spannkurbel.




Abbildung 56
Schaft mit Schieber. Links am Schaft ist einer der 

angenieteten Winkel zu erkennen,
mit dem der Schaft später am Spannrahmen

vernietet wird.




Abbildung 57

Torsionsständer mit
eingezogener Seilbe-
spannung.





Abbildung 58

Schutzbuchsen für die Torsionsständer. 

Links: hintere Hälfte.     

Rechts: Vorderteil mit Katapultarmtasche.



Die Schutzbuchsen bestehen aus 2mm starkem Messingblech. Nach Einringen der Aussparungen für die Ösen des Torsionständers und des Katapultarmes, wurde das Blech rundgewalzt und dann  in zwei Hälften aufgetrennt. Die Tasche für den Katapultarm stammt vom Vorgängermodell und ist angenietet




Abbildung 59

Schutzbuchsen
vor der Montage.


Die Schutzbuchsen werden einfach von vorne und hinten auf den Torsionsständer aufgesteckt.  Die eigentliche Befestigung erfolgt später durch die Haltekeile der oberen und unteren Strebe.







Abbildungen 60 und 61
Schutzbuchsen montiert. Rechts: Rücksanischt
mit eingeschobenem Katapultarm.

 
 




Abbildung 62

Torsionsständer in den Haltegabeln
der Bogen- und Unterstrebe eingebaut.





Abbildung 63

Der eingeschlagene Eisenkeil
üernimmt die Befestigung der
Buchse am Torsionsständer.






Abbildung 64
Der Schaft mit Spannrahmen
vernietet.

 
 
Der Spannrahmen ist fertig und wird mittels zweier Winkel und zwei kräftigen Nieten am Schaft befestigt.




Abbildung 65
Einfacher Wickelrahmen
für die Sehne.

   

Es geht nicht ohne. Wegen des größeren Abstandes von Torsionsbündel zu Torsionsbündel mußte eine neue Sehne angefertigt werden. Die Sehne wurde in einem einfachen Holzrahmen gewickelt. Verwendet wurde dacron in einer Stärke von 1,7mm. Gewickelt wurde mit 10 Doppelschlägen.



Abbildung 66
Einfacher Wickelrahmen
für die Sehne.


Die Sehne wurde anschließend - bis auf die beiden "Öhrchen" an den Enden - komplett sprialförmig umwickelt. Interessant wäre ein Sehne aus einem Werkstoff der auch in der Antike verwendet wurde. Da sich hier noch keine Möglichkeiten aufgetan haben, bleibt dies ein "Fernziel". Dies gilt auch für das Materil der Bespannung der Torsionsständer. Die rein mechanische Funktion des Geschützes bleibt davon aber unbeeinflußt.




Abbildung 67
Neues Geschütz, auf
vorhandenem Radsatz
montiert.


Abbildung 65.  Zum ersten Probeschießen wurde der alte Radsatz weiter verwendet. Dies mag nicht dem Orignal entsprechen, ist aber ungemein praktisch. Die Waffe kann so von einem Mann bewegt werden, ist mittels Kastenwagen - ohne Demontage einzelner Teile - tranportapel, und kann von zwei Mann be- und entladen werden.
Die weiteren Planungen umfassen einen einzelnen Dreibeinständer zur festen Aufstellung sowie einen Karren (carrus) zur mobilen Verwendung (carro ballista). Das eigentliche Geschütz ist nur durch einen eingeschlagenen Scharnierbolzen fest mit dem Unterbau verbunden.
Es ist also problemlos möglich andere Unterkonstruktionen (siehe Menüpunkt Rekonstruktion) zu testen.




Abbildung 68
Seitenansicht. Der
Spannschieber ist
gut erkennbar.


In technische Hinsicht verlief das Probeschießen im wesentlichen problemlos. 

Ein paar Kleinigkeiten wurden noch nachgebessert:

Die Befestigung zwischen Schaft und Spannrahmen hatte sich gelockert und wurde neu vernietet.
Der Spannschieber wurde vorne oben leicht gerundet, da sich bei starkster Geschützspannung die Sehne vorne an ihm verfangen hatte.
Die Spannkette erhielt eine zusätzliche Führung, da sie sich öfters zwischen Spannrolle und Lager festkeilte.
Die Schutzhülsen machten beim Schuß Geräusche "Scheppern" , um diese sicherer zu befestigen wurden neue Keile für die Haltegabeln angefertigt.


Bau eins Wagens (carrus) 2014

Entscheidend für den Bau des Wagens war die Ausführung des Geschützständers. Im Menüpunkt "Analyse" waren zwei Variantenen erarbeitet worden: a. die Podialausführung mit kurzem Ständer und b. die Ausführung mit bodenlangem Ständer. Wie schon unter "Analyse" angesprochen deutet vieles daraufhin, daß es sich bei der Podialausführung um eine künstlerische Verfremdung handelt. Daher entschieden wir uns für die Ausführung mit langem Ständer.
Daraus ergab sich die Notwendigkeit erst einen neuen Geschützständer zu bauen. Das vorherige Modell war auf einem Radsatz montiert und entsprach daher eher der Podialausführung.

Ständer
Abbildung 69
Vorentwurf Geschützständer
für Bodenaufstellung.


Der Geschützständer wurde wieder aus Eichenholz gefertigt. Die Rohteile wurden vom Schreiner besorgt, weitere Arbeiten wurden selbst durchgeführt. Die Höhe des Ständers wurde so gewählt, daß die Pfeilrinne - gegenüber der Ausführung mit Radsatz - 10 cm tiefer lag. Dies war der etwas geringeren "Baugröße" der damaligen, römischen Geschützbediener geschuldet.

Ständer gebaut

Abblidung 70
Ständer in bodenlanger
Ausführung.


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Abblidung 71
Geschütz auf Ständer
montiert

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Abblidung 72
Geschütz auf Ständer
montiert
. Rückansicht


Nachdem nun die Art der Geschützaufstellung festgelegt war, konnte an die Konstruktion des Wagens gegangen werden. Der Wagen sollte in einen Hochdachtransporter verladen werden können. Daraus ergaben sich Einschränkungen in der Baugröße. Wegen der Radkästen im Transportraum war die Spurbreite eingeschränkt. Aus den Spurrillen von Römerstraßen ist bekannt, daß die Spruweite antiken Wagen so um die 1,2m gelegen haben muss. Mit ein paar konstruktiven Tricks konnte diese eingehalten und sogar um ein paar cm überschritten werden.


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Abbildung 73
Vorentwurf Wagen
(carrus)



Die Länge des Laderaums betrug 2,5 m. Die Mindestlänge des Wagens hatten wir durch Bedienversuche mit dem Geschütz auf mindestens 1,4m ermittelt. Verblieben nur 1,1m für die Deichsel.
Unrealistisch kurz zum Vorspannen von Zugtieren (Mulis). Eine demontierbare Deichsel hätte den Nachteil gehabt, daß sich das Be- und Entladen ohne die Haltemöglichkeit an der Deichsel mit dem nur zweirädrigen Wagen sehr schwierig gestaltet hätte. Wir entschieden uns die Deichsel verschiebbar unter dem Wagen anzuordnen. Nach dem Entladen kann sie herusgezogen und mittels Steckbolzen fixiert werden.

Vorerst wurde die Deichsel für menschlichen Transport ausgelegt. Das Anbringen eines Jochs für den Tiertransport sollte in einem weiteren, späteren Schritt durchgeführt werden.

Zur Fertigung des Wagens wurde Fichten- und Kiefernholz verwendet. Sollte sich die Konstruktion bewähren kann später eine Eichenholzausführung in Angriff genommen werden.


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Abbildung 74
Geschütz auf Wagen
positioniert.

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Abbildung 75
Rückansicht.

Das Platzangebot auf dem Wagen ist für 2 Personen ausreichend. Bei steilen Abschußwinkeln kann die Spannwinde von einer Person bedient werden die außerhalb des Wagens steht. Dies entspricht der Darstellung auf der Marc Aurel Säule.
Siehe Menüpunkt "Schießen".




Zeichnungen, Bilder und Text:  Autor