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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung
eines Gefechtskopfes, dessen zylindrische Sprengladung eine definierte
Porosität aufweist, wobei mittels Deformation wenigstens
ein Teil der Sprengladung komprimiert wird.
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Aus
den Patentschriften
DE
100 08 914 C2 und
DE
102 27 002 B4 ist bereits ein Gefechtskopf bekannt geworden,
bei dem die Leistung des Gefechtskopfes mittels mechanischer Zerlegung
zumindest eines Teils der Sprengladung in einem weiten Bereich dosiert
werden kann. Hierbei wird die Tatsache genutzt, dass eine Sprengladung
nicht mehr zur Detonation fähig ist sobald die Dichte der
Sprengladung eine kritische Grenze unterschritten hat. Die Sprengladung
behält jedoch bis zur beschriebenen mechanischen Zerlegung
ihre volle Leistungsfähigkeit.
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Die
DE 198 21 150 C1 beschreibt
eine detonativ deformierbare Sprengladung. Zur Unterstützung
der Deformation wird poröser Sprengstoff mit einer Porosität
von 5–25% verwendet. Die typische Volumenreduktion beträgt
dabei etwa 5–10%. Es wird die Anwendung der einseitigen
Deformation der Sprengladung beschrieben, die das Ziel hat, die
Leistung der Sprengladung und der damit erzeugten Splitter in eine
gewünschte Richtung zu konzentrieren um damit in dieser
Richtung die Wirkung zu steigern. Die noch nicht deformierte Sprengladung
ist hierbei in Abhängigkeit von der Porosität
immer noch detonationsfähig.
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Demgegenüber
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte
Alternative zu den vorgenannten Beispielen zu entwickeln, welche
sich vor der Initiierung quasi wie eine inerte Ladung verhält,
bzw. bei ungewollter Zündung maximal eine niedrige deflagrative
Leistung abgibt und bei der unter Vermeidung einer einseitigen Deformation
die Leistung des Gefechtkopfes in einem weiten Bereich einstellbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das beschriebene
Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens geeigneten
Vorrichtungen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
ersten in den Ansprüchen beschriebenen Verfahren können
unter dem Thema axiale Verdichtungsstoßwelle zusammengefasst
werden. Somit wird in vorteilhafter Weise die poröse Sprengladung,
die eine niedrige Dichte unterhalb der Detonationsgrenze aufweist,
mittels gesteuerter axialer Kompression wenigstens teilweise auf
eine höhere Dichte verdichtet wird, die über der
Detonationsgrenze liegt. Dieser Teil der Sprengladung lässt
sich dann mittels einer weiteren Zündeinrichtung detonativ
umsetzen. Im Ausgangszustand ist diese Sprengladung aufgrund ihrer
Dichte nur deflagrativ initiierbar. Je weiter jedoch die axiale
Kompression fortschreitet um so mehr Teile der Sprengladung werden über
die Detonationsgrenze hinaus verdichtet. Durch geschickte Wahl des
Zündzeitpunkts der Sprengladung ergibt sich daraus eine
Steuerung der detonativen Wirkung der Sprengladung im Bereich von
0 bis 100%. Im Fall eines splitterbildenden Gefechtskopfes kann
somit die Splittererzeugung in weiten Grenzen eingestellt werden.
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Der
besondere Vorteil einer erfindungsgemäßen Sprengladung
ist die hohe Sicherheit bei Lagerung und Transport. Die poröse
Sprengladung ist vor der Kompression sehr sicher, weil die Sprengladung
eine Dichte aufweist, die deutlich unterhalb der so genannten kritischen
Dichte liegt, die die Grenze für die Detonationsfähigkeit
darstellt. Somit können die Bedingungen für die
Safety Tests ohne Probleme erfüllt werde und die Klassifikation
einer solchen Sprengladung ist wesentlich unkritischer.
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In
vorteilhafter Weise erfolgt die Kompression mit Hilfe einer an der
Stirnseite der zylindrischen Ladung anliegenden inerten Platte,
die mittels einer weiteren geeigneten Sprengladung in Richtung Sprengladung
hin beschleunigt wird und letztere damit komprimiert. Die inerte
Platte kann als Einlage einer EFP-Ladung konzipiert sein, welche
nach erfolgter Initiierung mittels Vorwärtsfaltung eine
ebene Platte erzeugt, die ihrerseits die poröse Sprengladung
komprimiert.
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Alternativ
zu einer inerten Platte kann stirnseitig zur Sprengladung eine Vielzahl
von Detonatoren angeordnet sein, die bei gemeinsamer Zündung eine
annähernd ebene Druckwelle ausbilden, die zur Kompression
der porösen Sprengladung genutzt wird.
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In
vorteilhafter Weise kann die Kompression der Sprengladung nicht
nur in Richtung der Hauptachse, sondern gleichzeitig auch radial
erfolgen, wenn hierfür eine eigene im Bereich der Hauptachse angeordnete
Sprengladung genutzt wird. An deren Stelle kann auch eine einzelne
leistungsstark ausgebildete Detonationsschnur treten.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft eine Vielzahl von Detonationsschnüren
in einem Abstand rund um die Hauptachse der Sprengladung für
deren Kompression einzusetzen.
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Eine
vorteilhafte Alternative ergibt sich aus der Verwendung eines Abteils
mit flüssigem Sprengstoff, welches im Sprengladungsgehäuse
zwischen der zu komprimierenden porösen Sprengladung und einer
als Druckübertrager dienenden inerten Platte platziert
ist. Die Platte wird zum geeigneten Zeitpunkt mit Druck beaufschlagt
und presst den flüssigen Sprengstoff in die Poren der porösen
Sprengladung.
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Der
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens wird durch eine Platte gebildet, die beispielsweise
mittels einer weiteren geeigneten Ladung oder einer gleichwirkenden
Vorrichtung auf die Sprengladung beschleunigt wird und diese damit
komprimiert. Die inerte Platte kann als Einlage einer EFP-Ladung
konzipiert sein, welche nach erfolgter Initiierung mittels Vorwärtsfaltung
eine ebene Platte erzeugt, die ihrerseits die poröse Sprengladung
komprimiert.
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Wenn
eine gleichzeitige Kompression der Sprengladung ausgehend von deren
Hauptachse in axialer und radialer Richtung erfolgen soll, hat sich die
Anordnung einer weiteren zylindrischen Sprengladung mit geringem
Durchmesser im Bereich der Hauptachse bewährt. Die Zündung
dieser weiteren Sprengladung erfolgt über eine eigene Zündeinrichtung.
Gegenüber der eigenen Zündeinrichtung ist die Zündeinrichtung
für den komprimierten Teil der Ladung angeordnet, die gegebenenfalls
auch nach Ablauf einer Verzögerungszeit, die mittels eines
Zeitglieds einstellbar ist, gezündet wird. So wird mittels der
Verzögerungszeit die abgebbare Leistung der Ladung eingestellt.
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Anstelle
dieser weiteren Sprengladung kann auch eine Detonationsschnur treten,
die entlang der Hauptachse der Sprengladung verlegt ist. Weitere Detonationsschnüre
können in vorteilhafter Weise hierzu parallel in einem
bestimmten radialen Abstand angeordnet sein. Vorteilhaft ist es,
diese weiteren Detonationsschnüre in einem radialen Abstand
spiralig um die Hauptachse anzuordnen.
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Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt,
wobei sich die Merkmale der Erfindung nicht auf die gezeigten Beispiele
beschränken. Es zeigen:
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1:
eine Sprengladung mit porösem Sprengstoff und axialer Kompression,
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2:
eine Sprengladung nach 1 in der Kompressionsphase,
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3:
eine Sprengladung mit porösem Sprengstoff und vorzugsweise
radialer Kompression,
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4:
eine Sprengladung nach 3 in der Kompressionsphase,
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5:
eine Sprengladung nach 3 mit Detonationsschnüren
als Kompressionsmittel,
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6:
eine Sprengladung nach 5 in der Kompressionsphase,
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7:
eine Sprengladung mit offenporigem Sprengstoff und einem Reservoir
mit flüssigem Sprengstoff,
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8:
eine Sprengladung nach 7 in der Kompressionsphase.
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In
den Figuren der Zeichnung sind verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Leistungssteuerung eines
Gefechtskopfes dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
erläutert. Aus der Darstellung in den Figuren ergibt sich
jedoch keine Beschränkung auf genau diese Ausführungsformen.
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Die 1 zeigt
einen Gefechtskopf GK mit einer porösen Sprengladung PHE
und einer splitterbildenden Metallhülle MH. Der Gefechtskopf
ist im Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgeführt,
ohne dass dies eine Einschränkung für andere Bauformen darstellen
würde. Auf der linken Seite wird die Sprengladung PHE der 1 von
einem Stempel beziehungsweise einer fliegenden Platte FP begrenzt. Die
erste Zündkette ZK 1 wirkt auf eine ganzflächig auf
der fliegenden Platte aufliegende Verstärkerladung VL,
welche nach erfolgter Initiierung die fliegende Platte FP in Richtung
der Hauptachse HA auf die Sprengladung PHE drückt. Dadurch
findet eine Kompression der Sprengladung PHE statt. Für
die Sprengladung selbst ist eine weitere Zündkette ZK 2 vorgesehen.
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Nach
Auslösung des Zündsystems ZK 1 beginnt, wie in 2 gezeigt,
der Kompressionsvorgang. In der Sprengladung PHE läuft
eine Stosswelle STW der sich in der 2 nach rechts
bewegenden fliegenden Platte FP voraus. Der Bereich hinter der laufenden
Stosswelle ist bereits zu einer weitgehend porenfreien Sprengladung
HE verdichtet. Letztere lässt sich im Gegensatz zur porenhaltigen
Sprengladung PHE detonativ initiieren, da ihre Dichte in Richtung
auf die theoretisch maximale Dichte TMD hin komprimiert wurde. Je
länger der Vorgang andauert umso weiter erhöht
sich die Dichte dieser Sprengladung in Richtung TMD. Die Detonationsgeschwindigkeit
nimmt linear mit der steigenden Dichte zu. Die Leistung der Sprengladung
wächst ihrerseits im Quadrat der Detonationsgeschwindigkeit.
Dies ermöglicht eine flexiblere Anwendung dieser Sprengladung.
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Die
Zündung kann auf unterschiedliche Art realisiert werden.
In der 1 ist auf der rechten Seite der Sprengladung die
weitere Zündkette ZK 2 eingezeichnet. Diese ist so ausgelegt,
dass sie in der unkomprimierten Sprengladung PHE maximal eine Deflagration,
minimal allenfalls eine Stoßwelle erzeugen kann. Trifft
jedoch diese Stoßwelle bzw. Deflagrationsfront auf den
bereits verdichteten Teil HE der Sprengladung tritt der aus der Sprengstoffphysik
bekannte Schock-Detonations-Übergang (Abkürzung SDT)
bzw. der Deflagrations-Detonations-Übergang (Abkürzung
DDT) auf.
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Eine
Alternative hierzu (in der Zeichnung nicht dargestellt) besteht
darin, dass im Bereich der fliegenden Platte FP oder innerhalb des
zuerst verdichteten Teils HE der Sprengladung eine robuste Zündkette
angeordnet wird. Die erzielte Wirkung ist in beiden Fällen
gleichartig. Der bereits verdichtete Teil HE der Sprengladung erzeugt
die volle Splitterleistung, der noch nicht verdichtete Teil PHE
gibt jedoch nur eine sehr geringfügige Splitterleistung
ab. Somit lässt sich die Splitterleistung in sehr weiten
Grenzen einstellen.
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Für
die technische Auslegung dieser Lösung ist zu beachten,
dass eine symmetrische Detonationsfront auf die fliegende Platte
FP einwirken muss. Die wird beispielsweise durch Anwendung eines
so genannten Plane-Wave-Generators; der eine Planare Stoßwelle
erzeugt, erreicht. Aber auch ein Zündkettensystem, das
beispielsweise aus mehreren ringförmig angeordneten Detonatoren
besteht, kann diese Anforderung erfüllen. Hinsichtlich
der Dimensionierung der die fliegende Platte beschleunigenden scheibenförmigen
Verstärkerladung VL ist anzumerken, dass diese abhängig
von den Eigenschaften der PHE-Ladung und der daraus sich ergebenden
Arbeit zur Schließung der Poren einzustellen ist.
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Eine
weitere, hier nicht dargestellte vorteilhafte Ausgestaltung zu den 1 und 2 macht sich
die Technologie der explosiven Metallumformung bei so genannten
EFP-Ladungen (Explosively Formed Projectiles) zunutze. Die Einlage
wird gemäß 1 an der
Stelle der fliegenden Platte FP positioniert. Mit entsprechender
Dimensionierung der Einlage und der diese umformenden Sprengladung
(anstelle der Verstärkerladung VL) wird eine Vorwärtsfaltung
der Einlage in Richtung der Hauptachse HA angestrebt. Dazu ist der
zentrale Teil der Einlage dicker ausgelegt als die peripheren Teile.
Letztere werden dann axial stärker beschleunigt als der
mittlere Teil. Gleichzeitig wird die Umformenergie für
die Schließung der Poren genutzt. Die Peripherie wird dabei
in vorteilhafter Weise höher verdichtet als der mittlere Bereich
der Sprengladung.
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Die 3 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. In diesem Fall wird die
Verdichtungs-Stoßwelle überwiegend radial in die
PHE-Ladung eingeleitet. Dies kann beispielsweise, wie in 3 dargestellt,
mittels einer axial, also in Richtung der Hauptachse angeordneten
zentralen Sprengladung HEZ erfolgen, die sich über die
ganze Länge der Sprengladung erstreckt und einen Durchmesser im
Bereich von 5–25% des Durchmessers der Sprengladung PHE
aufweist. Die Sprengladung HEZ wird konventionell mittels der auf
der linken Seite erkennbaren ersten Zündkette ZK 1 initiiert.
Die weitere Zündkette ZK 2 auf der rechten Seite in der 3 regt
eine Stoß- bzw. Deflagrationswelle STW in noch nicht verdichteten
Teil PHE der Sprengladung an. Die Kunststoffplatte KS dient als
Dämpfung für die in der axialen Ladung HEZ anlaufenden
Detonationswelle.
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Gemäß 4 erzeugt
die initiierte axiale Ladung HEZ neben der axial innerhalb der Ladung
HEZ laufenden Detonationsfront DW eine sich vorzugsweise in radialer
Richtung ausbreitende Stoßwelle STW, die den porösen
Teil PHE der Sprengladung fortlaufend von links nach rechts komprimiert.
Der Anteil der detonativ und splitterbildend umsetzbaren Ladungsteile
HE wird durch die verzögerte Zündung der weiteren
Zündkette ZK 2 bestimmt. Je länger dieser Zündzeitpunkt
verzögert wird, um so größer ist der
Anteil der komprimierten Ladung HE. Erreicht die Stoßwelle
STW die Metallhülle MH wird hier bereits die volle Splitterleistung
erreicht. Über die unterschiedlichen Geschwindigkeiten
der Detonationswelle DW in der zentralen Sprengladung HEZ einerseits und
der Stoßwelle STW in der diese umgebenden zu komprimierenden
Sprengladung PHE andererseits lässt sich die Steigung der
Front der Stoßwelle STW steuern. Indirekt beeinflusst dies
das Verhältnis von umkomprimierter Ladung PHE zu komprimierter
Ladung HE und damit die Dosierbarkeit der Ladung. Die Detonationsgeschwindigkeit
innerhalb der zentralen Sprengladung HE lässt sich durch
den Einbau von Verzögerungselementen, wie beispielsweise
von Dämpfungsscheiben, beeinflussen. Beispiele für
derartige Elemente waren Kunststoffe oder Metallschäume.
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Das
Verfahren nach den 3 und 4 ist besonders
gut für lange Ladungen geeignet, da bei einem Verdichtungsprozess
nach den 1 und 2 die zu
komprimierende PHE-Säule zu lang wäre und eine
vollständige Kompression nicht mehr gewährleistet
wäre.
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Eine
Variante hierzu liegt vor, wenn anstelle der Kunststoffplatte KS
aus den 3 und 4 ein Dämpfungsmaterial
zusammen mit einem außerhalb der Kunststoffplatte angeordneten,
mechanischen und/oder elektronischen Zeitglied eingebaut wird. Wenn
die Detonationswelle DW das Dämpfungsmaterial erreicht
wird in diesem eine gedämpfte Stoßwelle erzeugt.
Beim Erreichen des Zeitgliedes ist sie noch stark genug, um ein
mechanisches oder elektronisches Zeitglied zu triggern. Sie ist
aber auch schwach genug, um die weitere Zündkette ZK 2
unversehrt zu lassen. Nach Ablauf der Verzögerungszeit
wird die weitere Zündkette ZK 2 initiiert. Mittels Variation
der Verzögerungszeiten erreicht man die einstellbare Dosierbarkeit
der Ladung.
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Der
Durchmesser der axial angeordneten Sprengladung HEZ aus den 3 und 4 hängt natürlich
von den Designparametern wie beispielsweise Dichte und Größe
der noch nicht komprimierten PHE-Ladung ab. In der Regel wird dieser
Durchmesser bei einem Gefechtskopf in der Größenordnung
von einigen wenigen Zentimetern liegen.
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In
der 5 ist in Längs- und Querschnitt eine
alternative Lösung mit mehreren Detonationsschnüren
DET anstelle der in 3 dargestellten stangenförmigen
Sprengladung HEZ dargestellt. Auch deren Auslegung hängt
wiederum von der Dichte und der Größe der zu komprimierenden
Ladung PHE ab. Davon abhängig ergibt sich die notwendige Anzahl
und die Verteilung der Detonationsschnüre DET in der Ladung
PHE.
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Derartige
Detonationsschnüre sind in unterschiedlichen Konfigurationen
wie beispielsweise unterschiedlichen Sprengstoffen oder unterschiedlichen
Außenhüllen erhältlich. Daraus ergeben
sich mithin unterschiedliche Detonationsgeschwindigkeiten, die ihrerseits
eine breite Auswahl an Gestaltungsmöglichkeiten zulassen.
Hieraus lässt sich dann die optimale Dosierbarkeit jeder
einzelnen Ladung bestimmen.
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In 5 ist
eine Anzahl von Detonationsschnüren DET radial um eine
zentrale Detonationsschnur herum so angeordnet, dass sie etwa parallel zur
Hautachse HA der Ladung verlaufen. Ebenso gut ist es denkbar, die
Detonationsschnüre in einer spiraligen Anordnung innerhalb
der Ladung PHE zu verlegen. Damit lässt sich eine lokal
hohe Verdichtung der zu komprimierenden Ladung erzielen. Weitere
vorteilhafte Varianten sind unter Zuhilfenahme derartiger Detonationsschnüre
möglich.
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6 zeigt
den fortschreitenden Kompressionsvorgang nach Zündung der
ersten Zündkette ZK 1. Die Detonationswellen DW laufen
entlang der Detonationsschnüre DET und ziehen, ähnlich
wie in 4 dargestellt und beschrieben, jeweils eine Stoßwelle
STW nach sich. Wie aus der 6 ersichtlich, findet
bereits nach einer kurzen Laufstrecke der Detonationswellen eine
in radialer Richtung annähernd vollständige Kompression
des porösen Ladungsteils PHE statt. Die Zündung
des verdichteten Ladungsteils HE findet dann wieder auf konventionellem
Weg mit Hilfe der weiteren Zündkette ZK 2 statt.
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Die 7 zeigt
ein weiteres Lösungskonzept für die gewünschte
Verdichtung einer porösen Ladung PHE. Es wird hierbei vorausgesetzt,
dass der poröse Sprengstoff PHE offenporig ist. Im Ausgangszustand
der Ladung ist ein Reservoir mit flüssigen Sprengstoff
LHE von der porösen Ladung PHE durch eine undurchlässige
zerreißbare Membran M getrennt. Auf der der Membran gegenüberliegenden Seite
des Reservoirs ist ein Druckstempel P, der in der Metallhülle
MH der Ladung verschiebbar gelagert ist, angeordnet. Gemäß 8 wird
der Druckstempel mit Druck D beaufschlagt, wodurch die Membran zerstört
wird. Gleichzeitig wird der flüssige Sprengstoff LHE durch
die offenen Poren in das freie Volumen der porösen Ladung
gedrückt. Der Bereich der Ladung, dessen Poren gefüllt
sind, ist dann die detonationsfähige Sprengladung HE. Die
Initiierung dieser Sprengladung erfolgt mittels einer dem ursprünglichen
Reservoir gegenüber angeordneten Zündkette ZK
2 oder mit Hilfe einer innerhalb der Ladung HE angeordneten, hier
nicht dargestellten eigenen Zündkette.
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Flüssige
Sprengstoffe LHE sind seit langem bekannt und können deshalb
anhand ihrer für diese Anwendung besonders geeigneten Parameter
ausgewählt werden.
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Die
Beaufschlagung des Druckstempels P mit Druck D in der gezeichneten
Pfeilrichtung kann im Rahmen des fachmännischen Handelns
auf vielfältige Weise erfolgen. Falls eine hohe Geschwindigkeit erforderlich
ist, können pyrotechnische Hilfsmittel, wie beispielsweise
Treibladungen, eingesetzt werden. Auch der Triebwerksdruck eines
Flugkörpers kann entsprechend geführt und eingesetzt
werden. Bei geringeren Anforderungen hinsichtlich der Geschwindigkeit
können auch mechanische oder elektrische Antriebe eingesetzt
werden.
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Für
alle hier beschriebenen Beispiele beziehungsweise die gleichartig
wirkenden Ausführungsformen gilt die Bedingung, dass nicht
die vollständige Verdichtung des porösen Ladungsteils
PHE abgewartet werden muss, bis über die weitere Zündkette ZK
2 die Initiierung erfolgen kann. Vielmehr kann auch von dieser Zündkette
beispielsweise über eine weitere Zünd- oder Detonationsschnur
ein zentrales Detonationssignal an den bereits verdichteten Teil der
Ladung HE herangeführt und zum gewünschten Zeitpunkt
gezündet werden. Damit wird eine weitere Flexibilität
der Dosierbarkeit der Ladung erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10008914
C2 [0002]
- - DE 10227002 B4 [0002]
- - DE 19821150 C1 [0003]