EP1286127B1 - Patrone - Google Patents

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EP1286127B1
EP1286127B1 EP02012973A EP02012973A EP1286127B1 EP 1286127 B1 EP1286127 B1 EP 1286127B1 EP 02012973 A EP02012973 A EP 02012973A EP 02012973 A EP02012973 A EP 02012973A EP 1286127 B1 EP1286127 B1 EP 1286127B1
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EP
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conductive layer
electrically conductive
cartridge
cartridge according
ignition
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EP02012973A
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Hans-Karl Dr. Haak
Alexei Dr. Voronov
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Rheinmetall W&M GmbH
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Rheinmetall W&M GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B5/00—Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
    • F42B5/02—Cartridges, i.e. cases with charge and missile
    • F42B5/18—Caseless ammunition; Cartridges having combustible cases
    • F42B5/181—Caseless ammunition; Cartridges having combustible cases consisting of a combustible casing wall and a metal base; Connectors therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B5/00—Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
    • F42B5/02—Cartridges, i.e. cases with charge and missile
    • F42B5/08—Cartridges, i.e. cases with charge and missile modified for electric ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/08—Primers; Detonators
    • F42C19/12—Primers; Detonators electric

Definitions

  • the invention relates to a cartridge with a propellant charge sleeve containing a charge and an electrothermal igniter DE 199 36 650 describes one such cartridge.
  • a cartridge is known in which the igniter consists of several in the longitudinal direction the cartridge extends axially symmetrically arranged ignition channels, wherein each ignition channel comprises a powder tube, which on its inner surface with an electrically conductive layer is provided. If the respective conductive layer becomes Ignition of the charge connected to an energy supply system, so it should suddenly evaporate, and inside the corresponding powder tube is an arc plasma channel generated, through which the further flow of electricity takes place. This is energy with high performance emitted to the environment via radiation transport mechanisms, causing it to rapid ignition of the propellant tubes and their fragmentation occurs. The burning fragments of the propellant tubes as well as the released arc radiation then cause the propellant powder to ignite quickly and evenly.
  • the present invention has for its object a cartridge of the aforementioned Specify the type in which a uniform and symmetrical lighting in the Cargo space of the corresponding weapon is possible without the need for additional energy supply systems required are.
  • the invention is essentially based on the idea of decoupling the arcs in that instead of a uniform, electrically conductive layer in each powder tube is made up of lozenges, rectangles, circles or Oval existing, flatly arranged conductive structure in or outside on each powder tube is arranged, which has the function of decoupling resistors electrically.
  • decoupling resistors electrically.
  • the electrically conductive layer can be applied directly to the inner or outer surface of each Powder tube are applied. But it can also be a film pad on the inner or outer surface of the powder tube may be provided, on which the electrical conductive layer is applied.
  • the film can be made from a commercially available Plastic, preferably made of polyester or polyethylene.
  • the evaporated Structure is preferably made of aluminum or copper.
  • the several parallel, preferably three, series connections interconnected decoupling resistors interconnected decoupling resistors.
  • the length of the ignition channels can be 50 to 400 mm, preferably 200 to 300 mm.
  • the electrically conductive layer is arranged on the inner surface of the powder tube, adjoins the inside conductive layer directly on another powder tube or powder rod. This can the loading density in the cartridge can be increased even further.
  • Fig. 1 is a large-caliber cartridge (e.g. for firing from an armored weapon) referred to, which is connected to an energy supply system 2 for ignition.
  • the corresponding Gun in which the cartridge 1 is located has been used for reasons of clarity not shown.
  • the cartridge 1 comprises a sleeve 4 filled with a propellant charge 3 from a combustible Material and a bottom of the propellant charge sleeve 4, made of metal existing sleeve base 5.
  • a high-voltage electrode which is electrically insulated from it 6 arranged with a metal disk 7 acting as a current distributor connected is.
  • each of the ignition channels 9 comprises a powder tube 10, which on its inner surface with an electrical made of copper conductive layer 11 is provided.
  • the layer 11 is on the metal disc 7 facing side with this electrically connected and consists of three parallel Series connections 12-14 diamond-shaped areas 15 (Fig.3).
  • the electrically conductive layers 11 In the area of the sleeve cover 16 of the propellant charge sleeve 4 are the electrically conductive layers 11 with an in 1 only schematically indicated annular contact part 17, which in turn contacts the inner wall of the weapon, not shown, which is at ground potential.
  • a switch 18 of the energy supply system 2 is closed (Fig.1) and a series of charged capacitors 19 of the power supply system 2 e.g. discharge suddenly at a voltage of up to 40 kV.
  • the one that occurs Discharge current leads to an electrical explosion of the connecting bridges 20 (FIG. 3) between the individual diamonds 15.
  • Arcs 21 form at these points (Fig.4) by the decoupling resistors 15, which through the diamond-shaped areas are formed, are decoupled from each other. If the current continues to flow erode more and more parts of the diamond-shaped areas 15 so that the arcs 21st become longer and longer (Fig. 5).
  • the powder tubes 10 are ignited by the arcs 21 and suddenly torn apart.
  • the flying fragments of the powder tubes 10 and The released arc radiation then causes a quick and even ignition the propellant charge 3 located in the propellant charge sleeve 4, which together then implemented with the combustible propellant charge sleeve 4.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the 22nd designated ignition channel in addition to the first powder tube 10 with arranged on the inside electrically conductive layer 11 (e.g. with a diamond-shaped structure) on the inside Layer 11 comprises directly adjacent powder rod 23.
  • the 22nd designated ignition channel in addition to the first powder tube 10 with arranged on the inside electrically conductive layer 11 (e.g. with a diamond-shaped structure) on the inside Layer 11 comprises directly adjacent powder rod 23.
  • the powder rod can be replaced by another powder tube. It also has to six ignition channels are not necessarily used. With small calibers e.g. three ignition channels arranged symmetrically in the cargo space are sufficient.
  • the electrically conductive areas which the decoupling resistors define, not necessarily be diamond-shaped. Others are also conceivable Shapes of a polygon or a round geometry (circle, oval etc.), if between these areas are conductive bridges, which with a corresponding current flow break up explosively.
  • the decoupling resistors are of this type shaped that there are different layer thicknesses in the different areas of the respective rhombus, rectangle, circle or oval.
  • the different Metal thicknesses also define the properties of the decoupling resistors and can also be used to determine certain resistance values of the network structure adjust.
  • Corresponding exemplary embodiments can be found in FIGS. 7-9.
  • there 24 are a substrate (plastic carrier film), 11 the electrically conductive layer, with 15 the area defining the respective resistance (e.g. diamond-shaped) and with 20 denotes the respective connecting bridge.

Description

Die Erfindung betrifft eine Patrone mit einer eine Ladung enthaltenden Treibladungshülse und einer elektrothermischen Anzündvorrichtung DE 199 36 650 beschreibt eine solche Patrone.
Bei bekannten Patronen mit elektrothermischer Zündvorrichtung wird zur Zündung des Treibladungspulvers im bodenseitigen Bereich der entsprechenden Patrone ein drahtförmiger Leiter von einem derart hohen Strom durchflossen, daß er explosionsartig verdampft und einen energiereichen Lichtbogen erzeugt. Der Lichtbogen zündet dann das entsprechende Treibladungspulver an.
Als nachteilig hat es sich erwiesen, daß bei diesen bekannten Patronen durch die Erzeugung des bodenseitigen Lichtbogens zunächst nur ein relativ geringer Prozentsatz an Treibladungspulver gezündet wird und sich insbesondere bei schwer anzündbaren Treibladungspulvem (LOVA) häufig kein reproduzierbares Abbrennverhalten der Treibladung ergibt.
Es ist eine Patrone bekannt, bei der die Anzündvorrichtung aus mehreren sich in Längsrichtung der Patrone erstreckenden, axial-symmetrisch angeordneten Zündkanälen besteht, wobei jeder Zündkanal ein Pulverrohr umfaßt, welches auf seiner inneren Oberfläche mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist. Wird die jeweilige leitende Schicht zum Zünden der Ladung mit einer Energieversorgungsanlage verbunden, so soll sie schlagartig verdampfen, und im Inneren des entsprechenden Pulverrohres wird ein Lichtbogenplasmakanal erzeugt, über den der weitere Stromfluß erfolgt. Dabei wird Energie mit hoher Leistung über Strahlungstransportmechanismen an die Umgebung abgegeben, wodurch es zu einer raschen Anzündung der Treibladungsröhren und zu deren Fragmentierung kommt. Die brennenden Fragmente der Treibladungsröhren sowie die freigegebene Lichtbogenstrahlung verursachen dann ein schnelles und gleichmäßiges Anzünden des Treibladungspulvers.
Bei praktischen Versuchen hat sich indessen gezeigt, daß bei dieser bekannten Patrone, trotz elektrisch parallel geschalteter axial-symmetrischer Zündkanäle, häufig nicht mehrere parallele Lichtbögen erzeugt werden können. Vielmehr erfolgt nach der Drahtexplosion zunächst lediglich nur die Zündung eines Lichtbogens, der dann durch seine fallende Strom-Spannungscharakteristik die Zündung der weiteren parallelen Lichtbögen verhindert. Als Folge entstehen asymmetrische radiale Druckwellen, welche z.B. das Leitwerk des Geschosses und die Waffe beschädigen oder zerstören können. Zwar wäre denkbar, die Zündkanäle und damit auch die Lichtbögen elektrisch voneinander zu entkoppeln und jedem Zündkanal eine eigene Energieversorgungsanlage zuzuordnen, doch würde dieses zu einer extrem kosten- und platzaufwendigen Waffenanlage führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Patrone der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei welcher ein gleichmäßiges und symmetrisches Anzünden im Ladungsraum der entsprechenden Waffe möglich ist, ohne daß hierzu zusätzliche Energieversorgungsanlagen erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, eine Entkopplung der Lichtbögen dadurch vorzunehmen, daß statt einer einheitlichen, elektrisch leitenden Schicht in jedem Pulverrohr eine aus hintereinander geschalteten Rauten, Rechtecken, Kreisen oder Ovalen bestehende, flächig angeordnete leitende Struktur in oder außen auf jedem Pulverrohr angeordnet wird, die elektrisch die Funktion von Entkopplungswiderständen besitzt. Beim Stromfluß durch eine derartige Struktur werden aufgrund der ohmschen Überhitzung zuerst die in Stromrichtung eingerichteten Verbindungsbrücken zwischen den einzelnen Rauten etc. explodieren. An diesen Stellen bilden sich dann Lichtbögen, die durch die leitenden Strukturen mit den resistiven Widerständen voneinander entkoppelt sind. Bei weiterem Fließen des Stromes erodiert immer ein weiterer Teil der Entkopplungselemente, so daß die Lichtbögen immer länger werden.
Die genaue Geometrie der Rauten etc, wie Breite, Länge, Dicke und Materialauswahl, richtet sich nach den gewünschten Widerstandswerten der Entkopplungswiderstände.
Die elektrisch leitende Schicht kann direkt auf die innere oder äußere Oberfläche des jeweiligen Pulverrohres aufgebracht werden. Es kann aber auch eine Folienauflage an der inneren oder äußeren Oberfläche des Pulverrohres vorgesehen sein, auf der dann die elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird. Dabei kann die Folie aus einem handelsüblichen Kunststoff, vorzugsweise aus Polyester oder Polyethylen, bestehen. Die aufgedampfte Struktur besteht vorzugsweise aus Aluminium oder aus Kupfer.
Um eine sichere und gleichmäßige Zündung in jedem der Zündkanäle sicherzustellen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine elektrisch leitende Schicht auf die innere oder äußere Oberfläche des jeweiligen Pulverrohres aufzudampfen, die mehrere parallele, vorzugsweise drei, Reihenschaltungen miteinander verbundener Entkopplungswiderstände umfaßt.
Die Länge der Zündkanäle kann 50 bis 400 mm, vorzugsweise 200 bis 300 mm, betragen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der die elektrisch leitende Schicht an der inneren Oberfläche des Pulverrohres angeordnet ist, schließt sich innenseitig an die leitende Schicht ein weiteres Pulverrohr oder eine Pulverstange direkt an. Dadurch kann die Ladedichte in der Patrone noch weiter erhöht werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
  • Fig.1 den Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Patrone mit sechs Anzündkanälen, welche mit einer Energieversorgungsanlage verbunden sind;
  • Fig.2 einen vergrößerten Querschnitt durch die in Fig. dargestellte Patrone entlang der dort mit II-II bezeichneten Linie;
  • Fig.3-5 schematische Darstellungen einer in die Ebene geklappten elektrisch leitenden Struktur, die aus drei Reihen rautenförmiger Bereiche besteht, wie sie in einem Zündkanal der erfindungsgemäßen Patrone anordbar ist, vor dem Zündvorgang (Fig.3) und zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten nach Beginn des Zündvorganges;
  • Fig.6 den Querschnitt durch einen Anzündkanal mit einer zwischen einem Pulverrohr und einer Pulverstange angeordneten elektrisch leitenden Schicht und
  • Fig.7-9 Längsschnitte jeweils einer auf einem Substrat angeordneten leitenden Struktur mit unterschiedlich geformten, miteinander verbundenen Bereichen, wobei jeder Bereich unterschiedliche Metalldicken aufweist.
    • In Fig.1 ist mit 1 eine großkalibrige Patrone (z.B. zum Verschießen aus einer Panzerwaffe) bezeichnet, die zur Zündung mit einer Energieversorgungsanlage 2 verbunden ist. Die entsprechende Waffe, in der sich die Patrone 1 befindet, wurde aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
    Die Patrone 1 umfaßt eine mit einer Treibladung 3 gefüllte Hülse 4 aus einem verbrennbaren Material und einem die Treibladungshülse 4 bodenseitig abschließenden, aus Metall bestehenden Hülsenboden 5.
    In dem Hülsenboden 5 ist mittig eine gegenüber diesem elektrisch isolierte Hochspannungselektrode 6 angeordnet, die mit einer als Stromverteiler wirkenden Metallscheibe 7 verbunden ist.
    An dem Stromverteiler 7 sind sechs sich jeweils in Richtung der Längsachse 8 der Patrone 1 erstreckende Zündkanäle 9 (Fig.2) angeordnet. Jeder der Zündkanäle 9 umfaßt ein Pulverrohr 10, welches auf seiner inneren Oberfläche mit einer aus Kupfer bestehenden elektrisch leitenden Schicht 11 versehen ist. Die Schicht 11 ist auf ihrer der Metallscheibe 7 zugewandten Seite mit dieser elektrisch leitend verbunden und besteht aus drei parallelen Reihenschaltungen 12-14 rautenförmiger Bereiche 15 (Fig.3). Im Bereich des Hülsendekkels 16 der Treibladungshülse 4 sind die elektrisch leitenden Schichten 11 mit einem in Fig.1 nur schematisch angedeuteten ringförmigen Kontaktteil 17 verbunden, welches seinerseits die auf Erdpotential liegende Innenwand der nicht dargestellten Waffe kontaktiert.
    Zum Verschießen der Patrone 1 wird ein Schalter 18 der Energieversorgungsanlage 2 geschlossen (Fig.1) und eine Reihe von aufgeladenen Kondensatoren 19 der Energieversorgungsanlage 2 z.B. bei einer Spannung bis zu 40 kV schlagartig entladen. Der dabei auftretende Entladestrom führt zur elektrischen Explosion der Verbindungsbrücken 20 (Fig.3) zwischen den einzelnen Rauten 15. An diesen Stellen bilden sich Lichtbögen 21 aus (Fig.4), die durch die Entkopplungswiderstände 15, welche durch die rautenförmigen Bereiche gebildet werden, voneinander entkoppelt sind. Bei weiterem Fließen des Stromes erodieren immer weitere Teile der rautenförmigen Bereiche 15, so daß die Lichtbögen 21 immer länger werden (Fig.5).
    Die Pulverrohre 10 werden durch die Lichtbögen 21 angezündet und schlagartig auseinandergerissen. Die auseinanderfliegenden brennenden Fragmente der Pulverrohre 10 sowie die freigegebene Lichtbogenstrahlung bewirken dann eine schnelle und gleichmäßige Anzündung der in der Treibladungshülse 4 befindlichen Treibladung 3, welche sich zusammen mit der verbrennbaren Treibladungshülse 4 daraufhin umsetzt.
    In Fig.6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der mit 22 bezeichnete Zündkanal zusätzlich zu dem ersten Pulverrohr 10 mit innenseitig angeordneter elektrisch leitender Schicht 11 (z.B. mit rautenförmiger Struktur) eine innenseitig an der Schicht 11 direkt anschließende Pulverstange 23 umfaßt.
    Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise in dem in Fig.6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Pulverstange durch ein weiteres Pulverrohr ersetzt werden. Es müssen auch nicht unbedingt sechs Anzündkanäle zum Einsatz kommen. Bei kleinen Kalibern sind z.B. auch drei symmetrisch im Ladungsraum angeordnete Zündkanäle ausreichend.
    Ferner müssen die elektrisch leitenden Bereiche, welche die Entkopplungswiderstände definieren, nicht zwangsläufig rautenförmig ausgebildet sein. Denkbar sind auch andere Formen eines Vieleckes oder einer runden Geometrie (Kreis, Oval etc.), sofern zwischen diesen Bereichen leitende Brücken bestehen, welche bei einem entsprechenden Stromfluß explosionsartig aufbrechen.
    Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Entkopplungswiderstände derart geformt, daß sich unterschiedliche Schichtdicken in den unterschiedlichen Bereichen der jeweiligen Raute, des Rechtecks, des Kreises oder des Ovales ergeben. Die unterschiedlichen Metalldicken definieren ebenfalls die Eigenschaften der Entkopplungswiderstände und lassen sich zusätzlich nutzen, um bestimmte Widerstandswerte der Netzstruktur einzustellen. Entsprechende Ausführungsbeispiele lassen sich den Fig.7-9 entnehmen. Dabei sind mit 24 ein Substrat (Kunststoffträgerfolie), mit 11 die elektrisch leitende Schicht, mit 15 der den jeweiligen Widerstand definierende (z.B. rautenförmige) Bereich und mit 20 die jeweilige Verbindungsbrücke bezeichnet.
    Bezugszeichenliste
    1
    Patrone
    2
    Energieversorgungsanlage
    3
    Treibladung, Ladung
    4
    Hülse, Treibladungshülse
    5
    Hülsenboden
    6
    Hochspannungselektrode
    7
    Stromverteiler, Metallscheibe
    8
    Längsachse
    9
    Zündkanal
    10
    (erstes) Pulverrohr
    11
    elektrisch leitende Schicht, Struktur
    12-14
    Reihenschaltungen
    15
    rautenförmiger Bereich, Raute, Widerstand, Entkopplungswiderstand
    16
    Hülsendeckel
    17
    Kontaktteil
    18
    Schalter
    19
    Kondensator
    20
    Verbindungsbrücke
    21
    Lichtbogen
    22
    Zündkanal
    23
    Pulverstange
    24
    Kunststoffträgerfolie

    Claims (9)

    1. Patrone mit einer eine Ladung (3) enthaltenden Treibladungshülse (4) und einer elektrothermischen Anzündvorrichtung mit den Merkmalen:
      a) in der Ladung (3) sind mehrere sich in Richtung der Längsachse (8) der Patrone (1) erstreckende, axial-symmetrisch angeordnete Zündkanäle (9) vorgesehen, die mit einer Energieversorgungsanlage (2) verbindbar sind;
      b) jeder Zündkanal (9) umfaßt mindestens ein erstes Pulverrohr (10), welches auf seiner inneren oder äußeren Oberfläche mit einer sich in Richtung der Längsachse (8) der Patrone (1) erstreckenden elektrisch leitenden Schicht (11) versehen ist;
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die elektrisch leitende Schicht (11) eine Struktur (11) aufweist, die mindestens eine Reihenschaltung (12-14) elektrisch miteinander verbundener Entkopplungswiderstände (15) bildet, so daß nach Aktivierung der Energieversorgungsanlage (2) durch den Strom, der durch die Struktur (11) fließt, sich mehrere Lichtbögen (21) aufgrund der lokalen Überhitzung zwischen benachbarter Entkopplungswiderständen (15) ausbilden.
    2. Patrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungswiderstände (15) durch rauten-, kreis- oder ovalförmige Bereiche der elektrisch leitenden Schicht (11) gebildet sind.
    3. Patrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (11) aus Aluminium oder aus Kupfer besteht.
    4. Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der inneren oder äußeren Oberfläche des ersten Pulverrohres (10) eine Kunststoffolie angeordnet ist, auf welcher die elektrisch leitende Schicht (11) aufgedampft ist.
    5. Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zündkanal (9) mindestens drei Reihenschaltungen (12-14) miteinander verbundener Entkopplungswiderstände (15) aufweist.
    6. Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ladung (3) mindestens drei axialsymmetrische Zündkanäle (9) angeordnet sind.
    7. Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Zündkanäle (9) 50 bis 400 mm, vorzugsweise 200 bis 300 mm, beträgt.
    8. Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der inneren Oberfläche des ersten Pulverrohres (10) mindestens eine sich in Richtung der Längsachse (8) erstreckende elektrisch leitende Schicht (11) angeordnet ist und daß sich an diese Schicht (11) innenseitig ein zweites Pulverrohr oder eine Pulverstange (23) direkt anschließt.
    9. Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rauten-, rechteck-, kreis- oder ovalförmig ausgebildeten Bereiche (15) der elektrisch leitenden Schicht (11) jeweils eine unterschiedliche Dicke und/oder Formgebung aufweisen.
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