EP2789965A1 - Skalierbarer Sprengsatz - Google Patents

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EP2789965A1
EP2789965A1 EP14001264.2A EP14001264A EP2789965A1 EP 2789965 A1 EP2789965 A1 EP 2789965A1 EP 14001264 A EP14001264 A EP 14001264A EP 2789965 A1 EP2789965 A1 EP 2789965A1
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EP
European Patent Office
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explosive
active mass
charge
boost charge
pressure wave
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Thomas Falter
Dominik Clement
Arno Hahma
Florian Kaiser
Manfred Klare
Günther Lehrieder
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Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
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Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
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    • 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
    • F42C19/0838—Primers or igniters for the initiation or the explosive charge in a warhead
    • F42C19/0842—Arrangements of a multiplicity of primers or detonators, dispersed within a warhead, for multiple mode selection

Definitions

  • the invention relates to a scalable explosive device for an active body.
  • the active body may be, for example, a warhead.
  • Warrior heads should therefore be so adjustable in their performance that they only destroy the desired target and cause as little collateral damage as possible.
  • a so-called GAP test is often carried out.
  • a generally made of polymethyl methacrylate (PMMA) existing barrier layer is positioned between the explosives to be examined and a to be fired by a detonator boost.
  • the boost charge is then detonated.
  • a pressure wave is coupled into the layer, which is attenuated as it passes through the layer before it hits the explosive.
  • the GAP test is carried out with different layer thicknesses of the barrier layer. In this case, the largest layer thickness at which the explosive is just detonated, and the lowest layer thickness at which just no detonation takes place, determined as a measure of the sensitivity of the explosive.
  • an ignition device for a warhead with an explosive charge with a first detonating chain with detonating charge for detonating initiation and a second detonating chain with an embolization charge for deflagrative initiation is known, wherein the time delay (.DELTA.t) between the triggering times of both ignition chains is adjustable. If the two ignition chains lie opposite each other with respect to the longitudinal axis of the explosive charge, by means of a suitable choice of the two Firing times the arbitrary setting of the deflagrierenden portion of the explosive charge between 0 and 100% achievable.
  • the booster charge of the second ignition chain may be formed as a shaped charge.
  • From the DE 100 15 070 A1 is an explosive charge for a warhead known, in addition to the detonating chain for detonative initiation of the explosive charge has another detonation chain for deflagrativen initiation.
  • the explosive charge is layered in the axial direction such that a first, third, etc. detonatively convertible explosive layer is followed by a second, fourth, etc. deflagratively convertible or inert layer.
  • the object of the present invention is to provide an alternative scalable explosive device which allows a relatively accurate adjustment of the blasting action. Furthermore, a method for scaling the effect of an explosive device should be specified.
  • a scalable explosive device for an active body comprising an explosive active mass, a first ignition chain with a first boost charge for triggering a detonative reaction of the explosive active mass and a second ignition chain with a second boost charge for triggering a deflagrativen implementation of the explosive active mass.
  • the ignition chains are of a known type. Usually, this consists of an electrically ignitable detonator, the ignition then causes the ignition of the first or second boost charge.
  • an explosive active mass is a pressure wave transmission means applied to the explosive active mass for coupling a pressure wave emanating from the second boost charge when it detonates into the explosive active mass and preventing the second boost charge from acting directly on the explosive active mass during the detonation of the second boost charge.
  • the second boost charge, the pressure wave transmission means and the explosive active mass and possibly also a suspension of the explosive active mass are chosen and dimensioned such that the pressure wave triggered by detonation of the boost charge causes the deflagrative conversion of the explosive active mass.
  • the energy to be coupled into the explosive active mass is less than the energy to be coupled into the explosive active mass for triggering a detonation.
  • the concern of the pressure wave transmission means to the explosive active mass may be a direct concern or indirect concern, for example via an intermediate layer of plastic. It is only essential that the pressure wave can be transmitted from the pressure wave transmission means to the explosive active mass.
  • the damming is important because in a highly dammed explosive active mass whose deflagrative reaction can go uncontrolled into a detonative reaction. However, this should be avoided with the scalable explosive device in order not to achieve a stronger than desired explosive effect.
  • the energy to be transmitted to the explosive active mass can be adjusted very precisely because the intensity of the pressure wave can be set very precisely.
  • the introduction of a deflagrative reaction known from the prior art by means of a shaped charge is less reliable because the energy transmitted through its detonation to the explosive active mass can vary due to fluctuations in the shaped charge power. This can lead to unintentional detonation.
  • the explosive device according to the invention enables a simple yet reliable functioning of a scalable explosive device.
  • the explosive effect can thus be scaled between 0%, for example in the case of a mission abort, and 100% continuously. If 0% explosive effect is desired, only the deflagrative reaction by ignition of the second Reinforced charge, but not the detonative ignition initiated. In contrast, if 100% explosive action is desired, only the detonative conversion by ignition of the first boost charge, but not the deflagrative conversion of the explosive active mass is initiated.
  • the scalable explosive device may include means for enabling simultaneous or staggered ignition of the first and second boosted charges.
  • the second boost charge can be ignited before or after the first boost charge.
  • the first boost charge and the second boost charge may be disposed on opposite sides of the explosive mass with respect to a longitudinal axis through the explosive active mass.
  • the pressure wave transmission medium may be polymethyl methacrylate (PMMA) or another, in particular polymeric, plastic.
  • the explosive active mass is enveloped by an active-substance shell, which either itself forms the pressure-wave transmission means or into which the pressure-wave transmission means is integrated.
  • the invention furthermore relates to a method for scaling the action of a scalable explosive device according to the invention, wherein a deflagrative conversion of the explosive active mass is initiated by introducing a pressure wave into the explosive active mass and the amount of explosive active mass to be detonatively converted by the amount of deflagration not already reacted during detonation of the explosive active mass Explosive material is limited by the first and the second boost charge are ignited simultaneously or with a time delay.
  • the figure shows a scalable explosive device according to the invention.
  • the scalable explosive device comprises an explosive active mass 10 in an active body shell 12 with a first detonating chain 18 comprising a first detonator 14 and a first reinforcing charge 16.
  • the explosive device further comprises a second detonating chain 24 comprising a second detonator 20 and a second reinforcing charge 22 second detonator can each be ignited electrically.
  • the pressure wave transmission means 26 in the form of a thick plate of polymethyl methacrylate, incorporated into the active body shell 12, is arranged.
  • the implementation of the explosive active mass 10 can be carried out in such a way that initially the second boost charge 22 is ignited by means of the second detonator 20.
  • the pressure wave produced by the ignition of the second boost charge 22 is transmitted to the explosive active mass 10 by the pressure wave transmission means 26, the pressure wave being attenuated depending on the dimensions of the pressure wave transmission means 26.
  • the first boost charge 16 is ignited by means of the first detonator 14, thereby triggering a detonatory conversion of the remaining explosive active mass.
  • the greater the time interval between the ignition of the second boost charge 22 and the first boost charge 16 the more explosive active mass is deflagrated and the less explosive active mass is available for detonating the explosive active mass and the lower the blasting effect.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen skalierbaren Sprengsatz für einen Wirkkörper, umfassend eine Sprengstoffwirkmasse (10), eine erste Zündkette (18) mit einer ersten Verstärkungsladung (16) zur Auslösung einer detonativen Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse (10) und einer zweiten Zündkette (24) mit einer zweiten Verstärkungsladung (22) zur Auslösung einer deflagrativen Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse (10), wobei zwischen der zweiten Verstärkungsladung (22) und der Sprengstoffwirkmasse (10) ein an der Sprengstoffwirkmasse (10) anliegendes Druckwellenübertragungsmittel (26) zur Einkopplung einer von der zweiten Verstärkungsladung (22) bei deren Detonation ausgehenden Druckwelle in die Sprengstoffwirkmasse (10) und zur Verhinderung einer direkten Einwirkung der zweiten Verstärkungsladung (22) auf die Sprengstoffwirkmasse (10) bei der Detonation der zweiten Verstärkungsladung (22) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen skalierbaren Sprengsatz für einen Wirkkörper. Bei dem Wirkkörper kann es sich beispielsweise um einen Gefechtskopf handeln. Bei einem Einsatz von Gefechtsköpfen in urbaner Umgebung besteht häufig das Problem, dass sich in unmittelbarer Nähe des Ziels zivile oder andere Einrichtungen befinden, die nicht beschädigt werden sollen. Gefechtsköpfe sollen daher in ihrer Leistung so einstellbar sein, dass sie möglichst nur das gewünschte Ziel zerstören und möglichst wenig Kollateralschäden anrichten.
  • Zur Bestimmung der Empfindlichkeit eines Sprengstoffs wird häufig ein sogenannter GAP-Test durchgeführt. Dabei wird zwischen den zu untersuchenden Sprengstoff und eine durch einen Detonator zu zündende Verstärkungsladung eine im Allgemeinen aus Polymethylmethacrylat (PMMA) bestehende Barriereschicht positioniert. Die Verstärkungsladung wird dann zur Detonation gebracht. Dadurch wird eine Druckwelle in die Schicht eingekoppelt, die beim Durchlaufen der Schicht gedämpft wird, bevor sie auf den Sprengstoff trifft. Der GAP-Test wird mit unterschiedlichen Schichtdicken der Barriereschicht durchgeführt. Dabei werden die größte Schichtdicke, bei der der Sprengstoff gerade noch detoniert, und die geringste Schichtdicke, bei der gerade noch keine Detonation stattfindet, als Maß für die Empfindlichkeit des Sprengstoffs bestimmt.
  • Aus der DE 199 61 204 C2 ist eine Zündeinrichtung für einen Gefechtskopf mit einer Sprengladung mit einer ersten Zündkette mit Verstärkerladung zur detonativen Initiierung und einer zweiten Zündkette mit Verstärkerladung zur deflagrativen Initiierung bekannt, wobei die Zeitverzögerung (Δt) zwischen den Auslösezeitpunkten beider Zündketten einstellbar ist. Liegen sich die beiden Zündketten bezüglich der Längsachse der Sprengladung gegenüber, so ist mittels geeigneter Wahl der beiden Zündzeitpunkte die beliebige Einstellung des deflagrierenden Anteils der Sprengladung zwischen 0 und 100 % erzielbar. Die Verstärkerladung der zweiten Zündkette kann als Hohlladung ausgebildet sein. Diese erzeugt bei Detonation einen in die Sprengladung eindringenden Stachel, der eine Deflagration der Sprengladung auslösen kann. Um die Hohlladung an das zur Auslösung einer Deflagration erforderliche Energieniveau anzupassen, können Metallplatten oder ähnlich wirkende Materialien vorgeschaltet werden, um die Stachelwirkung so zu reduzieren, dass in der Sprengladung nur eine Deflagration ausgelöst wird. Die zweite Verstärkerladung wirkt aber trotz der vorgeschalteten Materialien bei ihrer Detonation direkt auf die Sprengladung ein.
  • Aus der DE 100 15 070 A1 ist eine Sprengladung für einen Gefechtskopf bekannt, der neben der Zündkette zur detonativen Initiierung der Sprengladung eine weitere Zündkette zur deflagrativen Initiierung aufweist. Dabei ist die Sprengladung in axialer Richtung derart geschichtet, dass auf eine erste, dritte, usw. detonativ umsetzbare Sprengstoffschicht jeweils eine zweite, vierte, usw. deflagrativ umsetzbare oder inerte Schicht folgt. Durch die entsprechende Wahl von detonativ oder deflagrativ umsetzbaren Sprengstoffen sowie inerten Materialien für die verschiedenen Schichten läuft die gezielt eingeleitete Deflagration kontrolliert ab und die Wahrscheinlichkeit des Übergangs einer Deflagration in eine Detonation wird weitestgehend unterdrückt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen alternativen skalierbaren Sprengsatz bereitzustellen, der eine verhältnismäßig genaue Einstellung der Sprengwirkung erlaubt. Weiterhin soll ein Verfahren zur Skalierung der Wirkung eines Sprengsatzes angegeben werden.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 5.
  • Erfindungsgemäß ist ein skalierbarer Sprengsatz für einen Wirkkörper, umfassend eine Sprengstoffwirkmasse, eine erste Zündkette mit einer ersten Verstärkungsladung zur Auslösung einer detonativen Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse und eine zweite Zündkette mit einer zweiten Verstärkungsladung zur Auslösung einer deflagrativen Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse vorgesehen. Die Zündketten sind dabei von einer bekannten Bauart. Üblicherweise besteht diese aus einem elektrisch zündbaren Detonator, dessen Zündung dann die Zündung der ersten oder zweiten Verstärkungsladung bewirkt. Zwischen der zweiten Verstärkungsladung und der Sprengstoffwirkmasse ist erfindungsgemäß ein an der Sprengstoffwirkmasse anliegendes Druckwellenübertragungsmittel zur Einkopplung einer von der zweiten Verstärkungsladung bei deren Detonation ausgehenden Druckwelle in die Sprengstoffwirkmasse und zur Verhinderung einer direkten Einwirkung der zweiten Verstärkungsladung auf die Sprengstoffwirkmasse bei der Detonation der zweiten Verstärkungsladung angeordnet. Die zweite Verstärkungsladung, das Druckwellenübertragungsmittel und die Sprengstoffwirkmasse und gegebenenfalls auch eine Verdämmung der Sprengstoffwirkmasse sind dabei so gewählt und dimensioniert, dass die durch Detonation der Verstärkungsladung ausgelöste Druckwelle die deflagrative Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse bewirkt. Die dazu in die Sprengstoffwirkmasse einzukoppelnde Energie ist geringer als die zur Auslösung einer Detonation in die Sprengstoffwirkmasse einzukoppelnde Energie. Das Anliegen des Druckwellenübertragungsmittels an der Sprengstoffwirkmasse kann dabei ein direktes Anliegen oder indirektes Anliegen, beispielsweise über eine Zwischenlage aus Kunststoff, sein. Wesentlich ist dabei lediglich, dass die Druckwelle von dem Druckwellenübertragungsmittel auf die Sprengstoffwirkmasse übertragen werden kann. Die Verdämmung ist von Bedeutung, weil bei einer stark verdämmten Sprengstoffwirkmasse deren deflagrative Umsetzung unkontrolliert in eine detonative Umsetzung übergehen kann. Dies sollte bei dem skalierbaren Sprengsatz jedoch vermieden werden, um nicht eine stärkere als die gewünschte Sprengwirkung zu erreichen.
  • Durch die Verhinderung der direkten Einwirkung der zweiten Verstärkungsladung auf die Sprengstoffwirkmasse und die Einkopplung der Druckwelle über das Druckwellenübertragungsmittel lässt sich die auf die Sprengstoffwirkmasse zu übertragende Energie sehr genau einstellen, weil sich die Intensität der Druckwelle sehr genau einstellen lässt. Die aus dem Stand der Technik bekannte Einleitung einer deflagrativen Umsetzung mittels einer Hohlladung ist dagegen weniger zuverlässig, weil die durch deren Detonation auf die Sprengstoffwirkmasse übertragene Energie auf Grund von Schwankungen in der Hohlladungsleistung variieren kann. Dadurch kann es ungewollt zu einer detonativen Umsetzung kommen.
  • Der erfindungsgemäße Sprengsatz ermöglicht einen einfachen und dennoch zuverlässig funktionierenden Aufbau eines skalierbaren Sprengsatzes. Die Sprengwirkung kann damit zwischen 0 %, beispielsweise für den Fall eines Missionsabbruchs, und 100 % stufenlos skaliert werden. Wenn 0 % Sprengwirkung gewünscht wird, wird nur die deflagrative Umsetzung durch Zündung der zweiten Verstärkungsladung, nicht aber die detonative Zündung eingeleitet. Wenn dagegen 100 % Sprengwirkung gewünscht wird, wird nur die detonative Umsetzung durch Zündung der ersten Verstärkungsladung, nicht aber die deflagrative Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse eingeleitet.
  • Der skalierbare Sprengsatz kann ein Mittel umfassen, welches eine gleichzeitige oder zeitlich versetzte Zündung der ersten und der zweiten Verstärkungsladung ermöglicht. Die zweite Verstärkungsladung kann dabei vor oder nach der ersten Verstärkungsladung gezündet werden. Bei der Bemessung der zeitlichen Verzögerung sind jeweils die Geschwindigkeiten der deflagrativen und der detonativen Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse zu berücksichtigen. Dadurch kann die für die detonative Umsetzung zur Verfügung stehende Menge der Sprengstoffwirkmasse festgelegt und damit die Sprengwirkung des Sprengsatzes skaliert werden.
  • Die erste Verstärkungsladung und die zweite Verstärkungsladung können bezüglich einer Längsachse durch die Sprengstoffwirkmasse auf gegenüberliegenden Seiten der Sprengstoffwirkmasse angeordnet sein. Dadurch kann die Sprengwirkung besonders genau eingestellt werden, weil eine Ausbreitung der deflagrativen Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse längs der Längsachse besonders gut vorherzubestimmen ist.
  • Bei dem Druckwellenübertragungsmittel kann es sich um Polymethylmethacrylat (PMMA) oder einen sonstigen, insbesondere polymeren, Kunststoff handeln.
  • Bei einer Ausgestaltung ist die Sprengstoffwirkmasse von einer Wirkkörperhülle umhüllt, die entweder selbst das Druckwellenübertragungsmittel bildet oder in die das Druckwellenübertragungsmittel eingebunden ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Skalierung der Wirkung eines erfindungsgemäßen skalierbaren Sprengsatzes, wobei eine deflagrative Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse durch Einleiten einer Druckwelle in die Sprengstoffwirkmasse ausgelöst wird und die Menge der detonativ umzusetzenden Sprengstoffwirkmasse durch die Menge der bei einer Detonation der Sprengstoffwirkmasse nicht bereits deflagrativ umgesetzten Sprengstoffwirkmasse begrenzt wird, indem die erste und die zweite Verstärkungsladung gleichzeitig oder zeitlich versetzt gezündet werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen skalierbaren Sprengsatz.
  • Der skalierbare Sprengsatz umfasst eine Sprengstoffwirkmasse 10 in einer Wirkkörperhülle 12 mit einer einen ersten Detonator 14 und eine erste Verstärkungsladung 16 umfassenden ersten Zündkette 18. Weiterhin umfasst der Sprengsatz eine einen zweiten Detonator 20 und eine zweite Verstärkungsladung 22 umfassende zweite Zündkette 24. Der erste und der zweite Detonator können jeweils elektrisch gezündet werden. Zwischen der zweiten Verstärkungsladung 22 und der Sprengstoffwirkmasse 10 ist das Druckwellenübertragungsmittel 26 in Form einer dicken Platte aus Polymethylmethacrylat, eingebunden in die Wirkkörperhülle 12, angeordnet.
  • Die Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse 10 kann dabei so erfolgen, dass zunächst die zweite Verstärkungsladung 22 mittels des zweiten Detonators 20 gezündet wird. Die durch die Zündung der zweiten Verstärkungsladung 22 entstehende Druckwelle wird durch das Druckwellenübertragungsmittel 26 auf die Sprengstoffwirkmasse 10 übertragen, wobei die Druckwelle in Abhängigkeit von den Maßen des Druckwellenübertragungsmittels 26 abgeschwächt wird. Dadurch wird - ausgehend vom Druckwellenübertragungsmittel 26 - eine sich durch die Sprengstoffwirkmasse 10 ausbreitende deflagrative Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse 10 eingeleitet. Bevor jedoch die gesamte Sprengstoffwirkmasse 10 deflagrativ umgesetzt ist, wird die erste Verstärkungsladung 16 mittels des ersten Detonators 14 gezündet und dadurch eine detonative Umsetzung der verbleibenden Sprengstoffwirkmasse ausgelöst. Je größer der zeitliche Abstand zwischen der Zündung der zweiten Verstärkungsladung 22 und der ersten Verstärkungsladung 16 ist, desto mehr Sprengstoffwirkmasse wird deflagrativ umgesetzt und desto weniger Sprengstoffwirkmasse steht für die detonative Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse zur Verfügung und desto geringer ist die Sprengwirkung.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Sprengstoffwirkmasse
    12
    Wirkkörperhülle
    14
    erster Detonator
    16
    erste Verstärkungsladung
    18
    erste Zündkette
    20
    zweiter Detonator
    22
    zweite Verstärkungsladung
    24
    zweite Zündkette
    26
    Druckwellenübertragungsmittel

Claims (6)

  1. Skalierbarer Sprengsatz für einen Wirkkörper,
    umfassend eine Sprengstoffwirkmasse (10), eine erste Zündkette (18) mit einer ersten Verstärkungsladung (16) zur Auslösung einer detonativen Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse (10) und einer zweiten Zündkette (24) mit einer zweiten Verstärkungsladung (22) zur Auslösung einer deflagrativen Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse (10),
    wobei zwischen der zweiten Verstärkungsladung (22) und der Sprengstoffwirkmasse (10) ein an der Sprengstoffwirkmasse (10) anliegendes Druckwellenübertragungsmittel (26) zur Einkopplung einer von der zweiten Verstärkungsladung (22) bei deren Detonation ausgehenden Druckwelle in die Sprengstoffwirkmasse (10) und zur Verhinderung einer direkten Einwirkung der zweiten Verstärkungsladung (22) auf die Sprengstoffwirkmasse (10) bei der Detonation der zweiten Verstärkungsladung (22) angeordnet ist.
  2. Skalierbarer Sprengsatz nach Anspruch 1,
    wobei der Sprengsatz ein Mittel umfasst, welches eine gleichzeitige oder zeitlich versetzte Zündung der ersten (16) und der zweiten Verstärkungsladung (22) ermöglicht.
  3. Skalierbarer Sprengsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die erste Verstärkungsladung (16) und die zweite Verstärkungsladung (22) bezüglich einer Längsachse durch die Sprengstoffwirkmasse (10) auf gegenüberliegenden Seiten der Sprengstoffwirkmasse (10) angeordnet sind.
  4. Skalierbarer Sprengsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Druckwellenübertragungsmittel (26) Polymethylmethacrylat (PMMA) oder ein sonstiger Kunststoff ist.
  5. Skalierbarer Sprengsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Sprengstoffwirkmasse (10) von einer Wirkkörperhülle (12) umhüllt ist, die entweder selbst das Druckwellenübertragungsmittel (26) bildet oder in die das Druckwellenübertragungsmittel (26) eingebunden ist.
  6. Verfahren zur Skalierung der Wirkung eines skalierbaren Sprengsatzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei eine deflagrative Umsetzung der Sprengstoffwirkmasse (10) durch Einleiten einer Druckwelle in die Sprengstoffwirkmasse (10) ausgelöst wird und die Menge der detonativ umzusetzenden Sprengstoffwirkmasse (10) durch die Menge der bei einer Detonation der Sprengstoffwirkmasse (10) nicht bereits deflagrativ umgesetzten Sprengstoffwirkmasse (10) begrenzt wird, indem die erste (16) und die zweite Verstärkungsladung (22) gleichzeitig oder zeitlich versetzt gezündet werden.
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