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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gefechtskopf.
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Speziell in asymmetrischen Konflikten sind Zivilisten häufig nur schwierig von Kombattanten zu unterscheiden, wodurch der Einsatz von militärischen Waffensystemen in vielen kritischen Situationen deutlich erschwert wird. Bekannte Lösungen, mit Hilfe derer Personen gezielt beeinträchtigt und/oder vorübergehend unschädlich gemacht werden sollen, ohne dass deren Gesundheit dauerhaft gefährdet wird, umfassen unter anderem chemische Reizstoffe wie beispielsweise Tränengas. Allerdings ist es Zielpersonen aufgrund der Verwendung von Gasmasken etc. häufig weiterhin möglich mehr oder weniger frei zu agieren und ihre Ausrüstung/Waffensysteme uneingeschränkt einzusetzen.
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Die Verwendung von Schaummaterialien zur Immobilisierung gewaltbereiter Demonstranten, sogenannter „Sticky-Foam“, wurde bereits 1995 während des Somalia-Konflikts von den US-Marines erprobt. Die hierbei verwendeten schnell aushärtenden Schaummaterialien können prinzipiell ebenso zum Stoppen und/oder Immobilisieren von Fahrzeugen verwendet werden.
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Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
US 5,194,687 A einen Gefechtskopf zur Unbrauchbarmachung von Fahrzeugen. Ein Schaummaterial wird hierzu von einem detonativ betriebenen Kolben axial aus dem Gefechtskopf herausgepresst, um ein Zielobjekt zumindest teilweise mit Schaum zu bedecken. Das Schaummaterial ist in diesem Fall mit Metallpartikeln versetzt, um Fahrzeuge und insbesondere deren Sensorik zu blockieren bzw. deren Nutzbarkeit einschränken.
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Schnell aushärtende Schäume sind darüber hinaus auch in anderen Anwendungsgebieten im Einsatz und im industriellen Maßstab verfügbar, z.B. als Montageschäume und/oder Bauschäume im Bauwesen zur Auffüllung, Abdichtung, Dämmung oder dergleichen. Beispielsweise sind Einkomponenten-Schaumsysteme auf Polyurethan-Basis (sogenannte 1-K PU-Schäume) wasseraushärtend und können auf Basis der natürlichen Luftfeuchtigkeit innerhalb weniger Minuten aushärten. Für eine weitere Verkürzung der Aushärtedauer werden mitunter 2K-Schaumsysteme mit Härter bzw. Vernetzer verwendet. Diese Schäume können chemisch auf eine Aushärtung in der Größenordnung von Sekunden eingestellt werden. Bei einem Aufschäumprozess derartiger Materialen sind Volumenzunahmen um ein Vielfaches des ursprünglichen Materialvolumens möglich.
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Die Druckschrift
US 6 688 032 B1 beschreibt ein mit einer Gewehrmündung abgeschossenes Geschoss mit einem Abschussrohr, das einen inneren Hohlraum definiert und an einem Ende eine Öffnung mit einem Innendurchmesser aufweist, der so bemessen ist, dass er über das Ende einer Gewehrmündung passt; mit einer Geschossfalle, die sich im Hohlraum des Abschussrohrs befindet; und mit einer Nutzlastanordnung, die auf dem Abschussrohr montiert ist. Die Nutzlastbaugruppe umfasst eine Hülle zur Aufnahme einer Aerosolzusammensetzung; ein in der Hülle angeordnetes Treibmittel; ein Zündhütchen zum Zünden des Treibmittels und einen zerbrechlichen Teil der Hülle, der mit der Aerosolzusammensetzung in Kontakt steht.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einfache, robuste und kostengünstige Lösungen zu finden, um Personen und/oder deren Ausrüstung vorübergehend unschädlich zu machen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Gefechtskopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Demgemäß ist ein Gefechtskopf vorgesehen. Der Gefechtskopf umfasst ein Gefechtskopfgehäuse, welches mit radial ausgerichteten Sollbruchstellen ausgebildet ist; ein Wirkmittelreservoir, welches in dem Gefechtskopfgehäuse angeordnet ist und eine schaumbildende Flüssigkeit enthält, die dazu ausgebildet ist, bei Expansion einen aushärtenden Schaumstoff zu bilden; und einen detonativen Gasgenerator, welcher in dem Wirkmittelreservoir dazu ausgebildet ist, mittels Detonation derart ein Hochdruckgas in die schaumbildende Flüssigkeit zu treiben, dass die schaumbildende Flüssigkeit durch die radialen Sollbruchstellen des Gefechtskopfgehäuses gepresst wird und dabei den aushärtenden Schaumstoff bildet. Der detonative Gasgenerator umfasst einen Hochdruckgasbehälter, welcher das Hochdruckgas speichert, und eine Sprengladung, welche in dem Hochdruckgasbehälter dazu ausgebildet ist, den Hochdruckgasbehälter bei Zündung zu sprengen, wobei die Sprengladung axial verläuft und radial von dem Hochdruckgasbehälter umgeben ist.
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Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Gas unter derart hohem Druck in ein Wirkmittelreservoir freizusetzen, dass die Sollbruchstellen des umgebenden Gefechtskopfgehäuses aufgrund des Druckanstiegs aufbrechen und das Wirkmittel, d.h. die schaumbildende Flüssigkeit, mit hoher Geschwindigkeit radial, d.h. senkrecht zu einer axialen Richtung des Gefechtskopfes, aus dem Gefechtskopfgehäuse verdüst wird. Anschließend strömt das Überschüssige Gasvolumen aus dem Gehäuse. Gleichzeitig wird die Detonation des Gasgenerators von dem umgebenden Gehäuse abgeschirmt, d.h. Fragmente des Gasgenerators werden innerhalb des Gefechtskopfgehäuses aufgefangen und können keinen Schaden anrichten. Das hierbei zugrundeliegende Prinzip einer Hochdruckkammer, welche in eine Niedrigdruckkammer wirkt, ist angelehnt an ein „High-Low Pressure System“, welches beispielsweise bei dem Verschuss von Rohrgranaten verwendet wird, um eine Waffe mit reduziertem oder vernachlässigbarem Rückstoß sowie verringertem Gewicht zu ermöglichen.
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Mittels dieses detonativ wirkenden, gasbetriebenen Mechanismus wird ein schnell aushärtendes Schaummaterial mit hoher Volumenzunahme ausgestoßen, welches Personen sowie deren Ausrüstung und ggf. ganze Fahrzeuge benetzen bzw. einbetten kann. Das Schaummaterial härtet nach einem definierten Zeitraum im Rahmen eines Aufschäumprozesses aus, wobei der konkrete Zeitraum chemisch einstellbar ist, z.B. mit einer Größenordnung im Sekundenbereich. Das entsprechende Aushärtefenster kann dabei derart eingestellt werden, dass es Personen ermöglicht wird, ihre Atemwege sowie Augen und Mund von dem Wirkmedium zu befreien. Nach dem Aufschäumen und Aushärten auf Kleidung oder Ausrüstung bildet das Wirkmedium eine Art Kokon, welcher die betroffenen Personen an einer weiteren Bewegung bzw. Fortführung ihrer Tätigkeiten hindert. Ebenso werden beispielsweise Ausrüstung sowie Bewaffnung durch die Einhüllung mit dem hochzähen Wirkmedium unschädlich gemacht bzw. deren Bedienelemente (z. B. Abzüge, Zielfernrohre, Schlitten und Verschlüsse etc.) blockiert. Bei Fahrzeugen kann das Wirkmedium genutzt werden um Scheiben/Optiken, Ansaugtrakte, Kühlsysteme usw. zu benetzen bzw. abzudichten, was die weitere Nutzung des jeweiligen Fahrzeugs deutlich erschwert oder ggf. unterbindet. Die Erfindung kann mit verhältnismäßig geringem Sprengstoffgehalt umgesetzt werden, was wiederum eine splitterfreie Anwendung ermöglicht.
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Der Gefechtskopf kann aufgrund des einfachen und kostengünstig umsetzbaren Aufbaus in Flugkörpern, z.B. Lenkflugkörpern, Raketen, Granaten und Geschossen aller Art, z.B. Rohrgeschossen, verwendet werden, um Personen, Ausrüstung und/oder Fahrzeuge vorübergehend unschädlich zu machen bzw. zu neutralisieren.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der detonative Gasgenerator zylinderförmig ausgebildet und axial innerhalb des Gefechtskopfes ausgerichtet sein. Der Gasgenerator kann somit derart ausgerichtet und dimensioniert werden, dass das Gas und darüber auch das Wirkmittel vornehmlich in seitliche, d.h. radiale, Richtung auf die Sollbruchstellen getrieben und aus dem Gehäuse des Gefechtskopfes ausgestoßen wird.
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Gemäß der Erfindung umfasst der detonative Gasgenerator weiterhin einen Hochdruckgasbehälter, welcher das Hochdruckgas speichert. Der detonative Gasgenerator umfasst ferner eine Sprengladung, welche in dem Hochdruckgasbehälter dazu ausgebildet ist, den Hochdruckgasbehälter bei Zündung zu sprengen. Bei der Initiierung des Gasgenerators wird durch die Sprengladung eine Schockwelle innerhalb des Hochdruckvolumens des Hochdruckgasbehälters initiiert, welche diesen zum Bersten bringt. Beispielsweise kann der Behälter ein Gas- oder Gasgemisch, z. B. Stickstoff, unter hohem Druck enthalten. Die Sprengladung kann beispielsweise in Form eines gepressten Sprengstoffes (z. B. Nitroguanidin) oder in Form einer fertigen Detonationsschnur (z.B. auf der Basis von Hexanitrostilben) ausgeführt sein. In beiden Fällen kann in der üblichen Art und Weise ein Detonator bzw. Zünder, z.B. ein Folienzünder, Slapperzünder oder dergleichen, zur Initiierung bereitgestellt werden.
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Gemäß der Erfindung verläuft die Sprengladung axial und ist radial von dem Hochdruckgasbehälter umgeben. Der Aufbau des detonativen Gasgenerators ist somit zylindersymmetrisch, was der gewünschten radialen Wirkrichtung des Systems gerecht wird.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die schaumbildende Flüssigkeit polymere Bestandteile aufweisen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die schaumbildende Flüssigkeit Polyurethan enthalten. Polyurethan-Schaummaterialien, auch als PU- oder PUR-Schäume bekannt, sind kostengünstig, einfach in der Handhabung und bieten gleichzeitig ein ausgezeichnetes Klebeverhalten auf vielen Materialien.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die schaumbildende Flüssigkeit dazu ausgebildet sein, einen Einkomponenten-Schaumstoff und/oder einen Mehrkomponenten-Schaumstoff zu bilden. Beispielsweise kann ein Zweikomponenten-Schaumstoff auf Polyurethan-Basis verwendetet werden (2-K PU-Schaum), welcher chemisch auf eine Aushärtung in wenigen Sekunden eingestellt werden kann und dadurch für das vorliegende System besonders vorteilhaft ist.
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Gemäß einer Weiterbildung kann ein Vernetzermaterial vorgesehen sein, welches bei Detonation des Gasgenerators mit der schaumbildenden Flüssigkeit zur beschleunigten Aushärtung des Schaumstoffs vermischt wird. Der Vernetzer kann beispielsweise in dem Hochdruckgasbehälter untergebracht sein, sodass dieser zusammen mit dem Gas in die schaumbildende Flüssigkeit getrieben wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Wirkmittelreservoir beispielsweise um einen Vorratsbehälter für den Vernetzer ergänzt werden, wobei die Detonation des Gasgenerators dafür sorgen kann, dass die schaumbildende Flüssigkeit und der Vernetzer miteinander vermischt werden. Dem Fachmann werden sich je nach verwendetem Schaumsystem unmittelbar geeignete bzw. vorteilhafte Umsetzungen erschließen, mit Hilfe derer eine Vermischung der Schaumbestandteile erreicht wird.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der gebildete Schaumstoff in weniger als zehn Sekunden vollständig aushärten. Der Schaumstoff kann eine Volumenzunahme gegenüber der schaumbildenden Flüssigkeit um mindestens einem Faktor zehn aufweisen. Das Schaummaterial härtet somit in dieser beispielhaften Ausgestaltung derart schnell aus, dass eine umfassende Entfernung des Schaumstoffs vor der Aushärtung praktisch unmöglich gemacht wird, gleichzeitig jedoch genügend Zeit verbleibt, um beispielsweise empfindliche Körperpartien wie das Gesicht einer Person von dem Schaum zu befreien. Je nach Anwendungsfall sind natürlich ebenso längere Aushärtungszeiträume einstellbar. Aufgrund der großen Volumenzunahmen von einem Faktor 10 oder mehr, z.B. 50, kann mit einer relativ geringen Menge Wirkmittel eine große Fläche mit Schaumstoff benetzt bzw. bedeckt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Gefechtskopfgehäuse ein Metallmaterial aufweisen. Die Sollbruchstellen können in das Gefechtskopfgehäuse gestanzt sein.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 schematische perspektivische Schnittansicht eines Gefechtskopfes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Schnittansicht eines Gefechtskopfes 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Gefechtskopf 1 kann in Flugkörpern, Raketen, Granaten und Geschossen aller Art verwendet werden, um Personen, Ausrüstung, Gerätschaften und/oder Fahrzeuge vorübergehend zu neutralisieren, indem diese mit einem schnell aushärtenden Schaummaterial zumindest bereichsweise benetzt bzw. bedeckt werden. Das Schaummaterial bildet nach der erfolgten Aushärtung gewissermaßen eine immobilisierende Hülle um das Zielobjekt bzw. die Zielperson und macht deren Ausrüstung zumindest temporär unbrauchbar, ohne dass bleibende Schäden an Mensch und Material entstehen.
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Der Gefechtskopf 1 umfasst ein Gefechtskopfgehäuse 2 aus einem Leichtmetall, welches zylindersymmetrisch um eine axiale Richtung 12 herum ausgebildet ist. In das Gefechtskopfgehäuse 2 sind radial ausgerichtete Sollbruchstellen 3 eingebracht, z.B. als Stanzungen beispielsweise Kreuz-Stanzungen oder ähnlich. Die Sollbruchstellen 3 dienen nach Öffnung als Austrittsstellen für eine schaumbildende Flüssigkeit 5, die als Wirkmittel des Gefechtskopfes 1 fungiert und bei Expansion einen schnell aushärtenden Schaumstoff bildet. Die schaumbildende Flüssigkeit 5 ist in einem Wirkmittelreservoir 4 des Gefechtskopfes 1 gespeichert, welches innerhalb des Gefechtskopfes 1 angeordnet ist.
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Bei dem Schaumstoff kann es sich beispielsweise um einen 1-K oder 2-K PU-Schaum handeln, d.h. einen Schaumstoff auf Polyurethan-Basis. Insbesondere 2-K PU-Schäume sind mit Aushärtezeiträumen von wenigen Sekunden einstellbar, indem die chemischen Komponenten entsprechend gewählt werden. Hierzu kann eine Vernetzer- bzw. Härter-Flüssigkeit in dem Gefechtskopf 1 vorgesehen sein, die mit der schaumbildenden Flüssigkeit 5 beispielsweise beim Austritt vermischt wird oder mit dieser vorgemischt ist, um eine Aushärtung des entstehenden Schaumstoffs zu beschleunigen.
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Um den Austritt der schaumbildenden Flüssigkeit zu ermöglichen, umfasst der Gefechtskopf 1 weiterhin einen detonativen Gasgenerator 6, welcher in dem Wirkmittelreservoir 4 dazu ausgebildet ist, mittels Detonation derart ein Hochdruckgas 7 in die schaumbildende Flüssigkeit 5 zu treiben, dass die schaumbildende Flüssigkeit 5 durch die radialen Sollbruchstellen 3 des Gefechtskopfgehäuses 2 gepresst wird und dabei den aushärtenden Schaumstoff bildet. Der Gasgenerator 6 umfasst hierzu einen Hochdruckgasbehälter 8, welcher das Hochdruckgas 7, z.B. ein Gas- oder Gasgemisch wie beispielsweise Stickstoff oder dergleichen, speichert. Ferner umfasst der Gasgenerator 6 eine Sprengladung 9, welche in dem Hochdruckgasbehälter 8 dazu ausgebildet ist, den Hochdruckgasbehälter 8 bei Zündung zu sprengen. Die Sprengladung 9 kann z. B. in Form eines gepressten Sprengstoffes 10 (z. B. Nitroguanidin) oder in Form einer fertigen Detonationsschnur ausgeführt sein. In beiden Fällen ist ein Detonator oder EFI (englisch: „Exploding Foil Initiator“) oder dergleichen notwendig, um eine Initiierung zu bewirken. Der detonative Gasgenerator 6 ist ebenfalls zylinderförmig ausgebildet und axial innerhalb des Gefechtskopfes 1 ausgerichtet, wobei die Sprengladung 9 axial verläuft und radial von dem Hochdruckgasbehälter 8 umgeben ist. Die Initiierung des Gefechtskopfes 1 kann hierbei von einer Steuerungseinrichtung 11 verwaltet werden, welche beispielsweise in einem rückseitigen Ende des Gefechtskopfes 1 angeordnet sein kann.
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Bei der Initiierung des Gasgenerators 6 wird eine Schockwelle innerhalb des Hochdruckvolumens des Hochdruckgasbehälters 8 erzeugt, welche den Hochdruckgasbehälter 8 zum Bersten bringt. Dadurch wird wiederum ein hohes Gasvolumen unter hohem Druck innerhalb des Wirkmittelreservoirs 4 freigesetzt. Durch diesen Druckanstieg brechen die radialen Sollbruchstellen 3 des Gefechtskopfgehäuses 2 auf und die schaumbildende Flüssigkeit 5 wird mit hoher Geschwindigkeit aus dem Gefechtskopfgehäuse 2 verdüst. Anschließend strömt das überschüssige Gasvolumen aus dem Gefechtskopfgehäuse 2, während Fragmente des Hochdruckgasbehälters 8 innerhalb des Gefechtskopfgehäuses 2 verbleiben.
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Sobald die schaumbildende Flüssigkeit 5 in die umliegende Atmosphäre expandiert, wird die Bildung des schnell aushärtenden Schaumstoffs initiiert. Die schaumbildende Flüssigkeit 5 wird aus dem Gefechtskopf 1 beispielsweise auf eine Zielperson und/oder ein Fahrzeug herausgeschleudert und bildet im Anschluss auf diesen innerhalb weniger Sekunden eine umhüllende Schaumstoffschicht, die zumindest vorübergehend eine immobilisierende Wirkung entfaltet und Ausrüstung bzw. Gerätschaften temporär unbrauchbar macht. Hierbei kann das Wirkmedium eine Volumenzunahme von beispielsweise 1 zu 50 oder mehr erfahren, d.h. 1 L Wirkmedium im Gefechtskopf 1 schäumt zu ca. 50 L Hartschaum auf. Gleichzeitig wird eine Splitterwirkung des Gefechtskopfes 1 vermieden, da Bruchstücke des gesprengten Gasgenerators 6 von dem Gefechtskopfgehäuse 2 abgefangen werden. Die Sprengwirkung des Gasgenerators 6 kann hierzu derart bemessen werden, dass ausschließlich die Sollbruchstellen 3 aufgrund der Druckbeaufschlagung mit dem Hochdruckgas 7 bzw. der schaumbildenden Flüssigkeit 5 aufgebrochen werden, das Gefechtskopfgehäuse 2 darüber hinausgehend jedoch intakt bleibt.
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Es wird somit im Ergebnis ein nahezu uneingeschränkt nutzbares System mit nichtletaler Wirkung bereitgestellt, welches erhebliche Vorteile unter anderem in asymmetrischen und/oder urbanen Konfliktsituationen bietet. Beispielsweise können Zielpersonen vorrübergehend neutralisiert werden, ohne dass dauerhafte gesundheitliche Schäden zu befürchten sind. Anschließend können diese inhaftiert bzw. verhört werden. Das System ist zudem mit verhältnismäßig geringen Kosten umsetzbar in Flugkörpern, Raketen, Granaten und Geschossen aller Art.
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In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.
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Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe „beinhaltend“ und „aufweisend“ als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe „umfassend“ verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein“, „einer“ und „eine“ eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gefechtskopf
- 2
- Gefechtskopfgehäuse
- 3
- Sollbruchstelle
- 4
- Wirkmittelreservoir
- 5
- schaumbildende Flüssigkeit
- 6
- detonativer Gasgenerator
- 7
- Hochdruckgas
- 8
- Hochdruckgasbehälter
- 9
- Sprengladung
- 10
- Sprengstoff
- 11
- Steuerungseinrichtung
- 12
- axiale Richtung
