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Die vorliegende Erfindung betrifft einen laserinitiierten Gefechtskopf.
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Um einen Gefechtskopf möglichst vielseitig einsetzen zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn dessen Wirkung ziel- und/oder situationsangepasst kontrollierbar und/oder umschaltbar ist. Beispielsweise kann eine umschaltbare Wirkung eines Gefechtskopfes durch eine sogenannte Multipunktinitiierung umgesetzt werden, indem mehrere unabhängig voneinander auslösbare Zündvorrichtungen in dem Gefechtskopf vorgesehen werden, die als unterschiedliche Detonationsquellen dienen. Naturgemäß ist der Bauraum in typischen Gefechtskopfsystemen jedoch stark begrenzt, sodass üblicherweise wenig Spielraum für die Unterbringung von Zündern samt Zündkreisen, Detonatoren, Boostern usw. besteht.
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Die Druckschrift
EP 2 921 813 B1 beschreibt beispielsweise einen Gefechtskopf mit einer umschaltbaren zylindrischen Wirkladung, wobei der Gefechtskopf unter anderem über mehrere Zündketten initiiert wird.
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Die Druckschrift
US 5 229 542 A beschreibt die Einstellung einer Splitterwirkung eines Gefechtskopfes auf der Basis einer Vielzahl von optischen Fasern, welche durch eine Hauptladung hindurchführen und jeweils über einen lasergetriebenen Slapperzünder fest an eine Fragmentierungsladung angeschlossen sind.
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Die Druckschrift
US 4 862 802 A beschreibt ein pyrotechnisches Zündverfahren, bei dem eine Anzahl unabhängiger Laserarray-Quellen optische Leistung in einer bestimmten Abfolge durch optische Fasern an einen Satz pyrotechnischer Elemente abgeben, um eine Abfolge von pyrotechnischen Ereignissen auszulösen, wie z. B. ein Feuerwerk oder die Sprengung eines Gebäudes.
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Die Druckschrift
US 4 391 195 A beschreibt Sprengladungen für Sprengzwecke, welche durch ein System von Lichtleitfasern ausgelöst werden, die von einem Laser mit Energie versorgt werden.
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Die Druckschrift
DE 195 31 287 B4 beschreibt einen Gefechtskopf mit einer Hohlladung und mit einer ringförmigen Zusatzladung, welche der Hohlladung über einen definierten Mindestabstand nachgeordnet ist. Die Hohlladung weist eine projektilbildende Ladung für wenigstens zwei Projektile auf. Die Zusatzladung ist in mehrere Auslenkungsladungen unterteilt, welche in Umfangsrichtung des Gefechtskopfes voneinander beabstandet angeordnet sind, um einen durch die Hohlladung erzeugten Wirkungsteil nach seiner Erzeugung in seiner Richtung zu beeinflussen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, möglichst flexible und dennoch platzsparende Lösungen für eine Einstellung der Wirkung eines Gefechtskopfes zu finden.
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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 laserinitiierter Gefechtskopf vorgesehen. Der laserinitiierte Gefechtskopf mit einstellbarer Wirkung umfasst eine Wirkladung; eine Laserquelle, welche zur Erzeugung von Initiierungslaserlicht ausgebildet ist; eine Laserablenkeinheit, welcher als elektro-optischer Laserdeflektor dazu ausgebildet ist, das Initiierungslaserlicht von der Laserquelle kontinuierlich über vordefinierte Winkelbereiche auf ausgewählte Initiierungsbereiche der Wirkladung abzulenken, wobei das abgelenkte Initiierungslaserlicht dazu ausgebildet ist, die Wirkladung an den bestrahlten Initiierungsbereichen zu zünden; und eine Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, die Initiierungsbereiche zur Einstellung einer Wirkung der Wirkladung auszuwählen und die Laserablenkeinheit zur Ablenkung des Initiierungslaserlichts auf die ausgewählten Initiierungsbereiche zu steuern. Hierbei sind die Initiierungsbereiche derart beliebig durch Auslenkung und Manipulation des Initiierungslaserlichts von der Steuereinheit auswählbar, dass eine Richtcharakteristik der gezündeten Wirkladung einstellbar ist.
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Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine steuerbare Laserablenkeinrichtung in einem Gefechtskopf bereitzustellen, über die der Strahl eines Lasers zur gezielten Initiierung einer Wirkladung und somit zur Manipulation der Wirkung des Gefechtskopfes verwendet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ablenkeinheit kann die Wirkladung nicht nur an einer bestimmten konstruktiv festgelegten Stelle bzw. auf einer festgelegten Weise initiiert werden, sondern die Initiierungspunkte und/oder Initiierungsflächen - d.h. die Initiierungsbereiche - können durch Auslenkung und Manipulation des Laserstrahls praktisch beliebig gewählt werden, z.B. indem der ausgehende Laserstrahl aufgeteilt und/oder aufgefächert wird und auf mehrere Initiierungsbereiche der Wirkladung gleichzeitig und/oder in sehr kurzer zeitlicher Abfolge eingestrahlt wird. Die Erfindung erreicht somit eine herausragende Flexibilität und kann dennoch in einfacher und zuverlässiger Weise sowie mit minimalem Bauraum verwirklicht werden. Gemäß der Erfindung dient ein elektro-optischer Laserdeflektor als Laserablenkeinheit, über den ein Laserstrahl kontinuierlich und hochgenau über vordefinierte Winkelbereiche abgelenkt wird, um derart sehr schnell zwischen frei wählbaren Ablenkwinkeln hin und her zu schalten.
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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 können die Initiierungsbereiche derart angeordnet und von der Steuereinheit auswählbar sein, dass die Wirkladung als projektilbildende Ladung wirkt. Beispielsweise kann eine zylindersymmetrische Wirkladung vorgesehen sein, wobei das Initiierungslaserlicht axial auf ein Ende der Wirkladung fokussiert wird, um die Wirkladung zentral zu zünden und derart ein einzelnes Projektil zu generieren.
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Gemäß der Erfindung sind die Initiierungsbereiche derart angeordnet und von der Steuereinheit auswählbar, dass eine Richtcharakteristik der gezündeten Wirkladung einstellbar ist. In dem obigen Beispiel einer zylindersymmetrischen Wirkladung kann das Initiierungslaserlicht an einem Ende der Wirkladung auf einen oder mehrere radial versetzte Punkte oder Bereiche abseits der zentralen Achse der Wirkladung fokussiert bzw. abgelenkt werden. Dies hat zur Folge, dass die Wirkladung gezielt mit einem radialen Versatz gezündet wird und das oder die gebildeten Projektile bzw. Projektil-Fragmente schräg zur Symmetrieachse des Systems austreten.
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Gemäß einer Weiterbildung können die Initiierungsbereiche derart angeordnet und von der Steuereinheit auswählbar sein, dass eine Splitterwirkung der gezündeten Wirkladung einstellbar ist. In dem obigen Beispiel einer zylindersymmetrischen Wirkladung kann das Initiierungslaserlicht auf mehrere Initiierungsbereiche, z.B. Initiierungspunkte, abgelenkt werden. Die Wirkladung kann hierdurch an einer Vielzahl von Punkten gleichzeitig oder in sehr kurzer zeitlicher Abfolge gezündet werden, was wiederum zu einer Splitterwirkung der Wirkladung führt.
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Gemäß einer Weiterbildung kann eine Splittergröße von erzeugten Projektil-Fragmenten der gezündeten Wirkladung durch Auswahl der Initiierungsbereiche einstellbar sein. Über gezielte Auswahl einer großen Anzahl von bestrahlten Punkten und/oder einem großen, gleichzeitig bestrahlten Bereich auf der Wirkladung kann beispielsweise eine Vielzahl von kleinen Splittern erzeugt werden. Wird alternativ hingegen lediglich ein kleiner Bereich der Wirkladung bestrahlt, so kann geringere Anzahl von größeren Fragmenten generiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann ein Richtwinkel der erzeugten Projektil-Fragmente der gezündeten Wirkladung durch Auswahl der Initiierungsbereiche einstellbar sein. Beispielsweise kann die Wirkladung an Stellen oder Bereichen gezündet werden, die versetzt zu einer Symmetrieachse der Wirkladung angeordnet sind. Die anschließende Detonation wird somit die erzeugten Splitter bzw. Projektil-Fragmente unter einem Winkel relativ zu der Symmetrieachse ausstoßen. Durch gezielte Auswahl der Bestrahlungspunkte kann dieser Winkel grundsätzlich beliebig manipuliert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung können die Initiierungsbereiche als Öffnungen und/oder freie Flächen in einem inerten Wirkladungsmantel der Wirkladung ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Wirkmantel ein Metallmaterial oder ein Verbundmaterial in Zylinderform aufweisen, welches eine Sprengladung umgibt. Hierbei können Öffnungen oder Ausnehmungen in einer Oberfläche des Metallmaterials eine direkten Zugang zu der Sprengladung ermöglichen (z.B. einer Stirnfläche an einem axialen Ende). Das Laserlicht kann nun in diese Öffnungen fokussiert werden, um die Wirkladung an diesen Stellen zu zünden. Alternativ oder zusätzlich können größere freie Initiierungsflächen auf einer Oberfläche der Wirkladung vorgesehen sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Laserablenkeinheit dazu ausgebildet sein, das Initiierungslaserlicht in eine Vielzahl von Einzelstrahlen aufzusplitten, welche jeweils in einen Initiierungsbereich abgelenkt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Laserablenkeinheit dazu ausgebildet sein, das Initiierungslaserlicht linienförmig und/oder flächig aufzufächern. Hierbei kann die Wirkung der Wirkladung über eine mit dem Initiierungslaserlicht bestrahlte Linie und/oder Fläche einstellbar sein. Die bestrahlte Linie und/oder Fläche dient somit als Initiierungsbereich, dessen Konfiguration durch Anpassung der Linie bzw. Fläche veränderbar bzw. einstellbar ist.
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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 laserinitiierten Gefechtskopfes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer beispielhaften eingestellten Wirkung;
- 2 schematische perspektivische Schnittansicht des laserinitiierten Gefechtskopfes aus 1 mit einer weiteren beispielhaften eingestellten Wirkung;
- 3 schematische perspektivische Schnittansicht des laserinitiierten Gefechtskopfes aus 1 mit einer weiteren beispielhaften eingestellten Wirkung;
- 4 schematische perspektivische Schnittansicht eines laserinitiierten Gefechtskopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer beispielhaften eingestellten Wirkung;
- 5 schematische perspektivische Schnittansicht des laserinitiierten Gefechtskopfes aus 4 mit einer weiteren beispielhaften eingestellten Wirkung; und
- 6 schematische perspektivische Schnittansicht des laserinitiierten Gefechtskopfes aus 4 mit einer weiteren beispielhaften eingestellten Wirkung.
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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 laserinitiierten Gefechtskopfes 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer beispielhaften eingestellten Wirkung. Weitere Einstellungen des Gefechtskopfes 1 sind in 2 und 3 dargestellt.
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Der Gefechtskopf 1 kann in Flugkörpern, Raketen, Granaten und Geschossen aller Art verwendet werden, beispielsweise als Sprengkopf eines Lenkflugkörpers. Der Gefechtskopf 1 kann sehr kurzfristig zwischen unterschiedlichen Angriffs- bzw. Wirkmodi wechseln bzw. diese einstellen.
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Der Gefechtskopf 1 umfasst eine Wirkladung 5, welche einen Wirkladungsmantel 10 aufweist, der einen Sprengstoff 6 bzw. allgemein eine Sprengladung umschließt. Die Wirkladung 5 weist eine zylindersymmetrische Form auf, wobei an einem axialen Ende eine Vielzahl von Initiierungsbereichen 9 in Form von Öffnungen in den Wirkladungsmantel 10 eingearbeitet sind, an denen der Sprengstoff 6 der Wirkladung 5 gezielt initiiert, d.h. gezündet, werden kann.
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Der Gefechtskopf 1 umfasst hierzu ferner eine Laserquelle 2, welche zur Erzeugung von Initiierungslaserlicht 4 ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Laserquelle 2 einen einzelnen Laserstrahl aussenden.
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Der Gefechtskopf 1 umfasst ferner eine Laserablenkeinheit 3, welcher dazu ausgebildet ist, das Initiierungslaserlicht 4 von der Laserquelle 2 auf ausgewählte Initiierungsbereiche 9 der Wirkladung 5 abzulenken. Das abgelenkte Initiierungslaserlicht 4' wird hierbei derart konfiguriert und auf die Wirkladung 5 ausgerichtet, dass die Wirkladung 5 an den bestrahlten Initiierungsbereichen 9 gezündet wird. Bei der Laserablenkeinheit 3 kann es sich beispielsweise um einen elektro-optischen Laserdeflektor oder eine ähnlich geeignete Vorrichtung handeln, mit der ein oder mehrere Laserstrahlen gezielt ausgerichtet, aufgesplittet und/oder aufgefächert werden können, um derart in möglichst flexibler Weise unterschiedliche Punkte und/oder Bereiche der Wirkladung 5 zu bestrahlen.
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Die Wirkladung 5 umfasst ferner einer Steuereinheit 8, welche dazu ausgebildet ist, die Laserquelle 2 und die Laserablenkeinheit 3 zu steuern. Die Steuereinheit 8 kann insbesondere die zu bestrahlenden Initiierungsbereiche 9 auswählen und die Laserablenkeinheit 3 entsprechend steuern, um das Initiierungslaserlicht 4 auf die ausgewählten Initiierungsbereiche 9 zu lenken.
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Die 1 bis 3 zeigen drei beispielhafte Zündungsvarianten der Wirkladung 5. In 1 wird das Initiierungslaserlicht 4 zentral auf einen axial angeordneten Initiierungsbereich fokussiert. Die Wirkladung 5 wird somit axial zentral gezündet, wodurch ein einzelnes Projektil 7 gebildet wird. Die Wirkladung 5 wirkt in diesem Beispiel damit als projektilbildende Ladung.
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In 2 wird das Initiierungslaserlicht 4 alternativ in eine Vielzahl von Einzelstrahlen 4' aufgespalten, welche dann auf verteilt angeordnete Initiierungsbereiche 9 eingestrahlt werden. Die Wirkladung 5 wird in diesem Fall an einer Vielzahl von Einzelstellen an dem axialen Ende gezündet. Die Wirkladung 5 entfaltet hierdurch eine Splitterwirkung, wobei eine Vielzahl von Projektil-Fragmenten 7' abgestoßen werden. Je nach der gewählten Verteilung der Initiierungsbereiche 9 an dem axialen Ende der Wirkladung 5 kann eine Richtcharakteristik dieser Splitter eingestellt werden. 3 zeigt ein Beispiel, in welchem lediglich bestimmte radial versetzte Initiierungsbereiche 9 auf einer oberen Seite der Wirkladung 5 bestrahlt werden. Die Projektil-Fragmente 7' treten dadurch unter einem Richtwinkel 11 gegenüber der Symmetrieachse der Wirkladung 5 aus. Über die spezifische Auswahl der bestrahlten Initiierungsbereiche 9 kann dieser Winkel verändert werden. In 2 sind die ausgewählten Initiierungsbereiche 9 beispielsweise axialsymmetrisch verteilt angeordnet, sodass die Projektil-Fragmente 7' in axialer Richtung wirken, d.h. mit einem Richtwinkel von 0°.
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4 bis 6 zeigen schematische perspektivische Schnittansichten eines laserinitiierten Gefechtskopfes 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Anders als bei den Ausführungen in 1 bis 3 ist der Wirkladungsmantel 10 zu einem axialen Ende der Wirkladung 5 hin frei bzw. offen, sodass die gesamte Kopffläche der Wirkladung 5 als Initiierungsbereich 9 dienen kann. Das Initiierungslaserlicht 4 kann nun von der Laserablenkeinheit 3 aufgefächert werden und in unterschiedlichen Projektionen auf die Wirkladung 5 eingestrahlt werden. Die Größe der bestrahlten Fläche definiert in diesem Fall somit die Größe des Bereichs, in dem die Wirkladung 5 tatsächlich gezündet wird. Wir beispielsweise wie in 4 lediglich ein zentraler Bereich gezündet, so ergibt sich ähnlich wie in 1 ein einzelnes Projektil 7. Durch Auffächerung des Initiierungsbereichs 9 in radialer Richtung kann erreicht werden, dass das Projektil 7 in einzelne Projektil-Fragmente 7' aufbricht. Hierbei kann die Splittergrößer der Projektil-Fragmente 7' durch die Konfiguration der konkret bestrahlten Fläche eingestellt werden.
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Im Ergebnis wird ein Gefechtskopf bereitgestellt, dessen Wirkung in besonders flexibler Weise sehr kurzfristig umstellbar ist, indem Laserlicht gezielt auf bestimmte Initiierungsbereiche eingestrahlt wird. Insbesondere können hiermit sowohl die Splitterwirkung als auch die Richtung der Wirkung beeinflusst werden.
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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
- Laserinitiierter Gefechtskopf
- 2
- Laserquelle
- 3
- Laserablenkeinheit
- 4, 4'
- Initiierungslaserlicht
- 5
- Wirkladung
- 6
- Sprengstoff
- 7
- Projektil
- 7'
- Projektil-Fragmente
- 8
- Steuereinheit
- 9
- Initiierungsbereich
- 10
- Wirkladungsmantel
- 11
- Richtwinkel
