Explosivstofffreies Geschoss zur Erzeugung einer thermischen Signatur

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem explosivstofffreies Geschoss für eine Munition, welches bei Zerlegung im Ziel mindestens Phosphor(V)oxid als hygroskopische Substanz freisetzt und welches durch Reaktion mit der Luftfeuchtigkeit und / oder einer weiteren, in der Munition integrierten Substanz in Form von 1 ,2-Propandiol oder einem 1 ,2-Propandiol- haltigen Substanzgemisch, welches mit Phosphor(V)oxid oder dem Phosphor(V)oxid- haltigen Substanzgemisch unter Freisetzung von Wärme reagiert. Die bei der Zerlegung des explosivstofffreien Geschosses erzeugte Wärmetönung dient dabei der Detektion mittels Wärmebildgeräten. Das vorgeschlagene explosivstofffreie Geschoss kann zusätzlich zu der Komponente oder den Komponenten zur Erzeugung einer thermischen Signatur, weitere, räumlich von diesen getrennte Substanzen oder Substanzgemische zur Erzeugung einer sichtbaren und / oder einer mit Nachtsichtgeräten wahrnehmbaren Signatur enthalten.

Die Verfügbarkeit von kleinen leistungsfähigen Wärmebild-Zielerfassungssystemen führt zunehmend auch zu deren Verwendung im Bereich infanteristischer Waffen wie zum Beispiel Maschinengewehren oder Granatmaschinenwaffen. Für das Training moderner Einsatzkräfte ergibt sich daraus der entsprechende Bedarf an geeigneten Übungsmunitionen.

Pyrotechnische Munitionen auf der Basis von Blitz-Knalleffekten eignen sich für Übungszwecke zur visuell-optischen und akustischen Wahrnehmung ebenso wie zur Detektion mittels Nachtsicht- und Wärmebildgeräten. Ein Nachteil derartiger pyrotechnischer Munitionen ist deren Gefährdungspotential durch den in den Geschossen enthaltenen Explosivstoff selbst, als auch die Räumung von durch Blindgänger mit Explosivstoff kontaminierten Trainingsarealen.

Die visuell-optische Wahrnehmbarkeit wird bei expiosivstofffreien Projektilen unter anderem durch die Freisetzung von Farbstäuben bei der Aufschlagzerlegung erzielt. Zur Detektierbarkeit mit Nachtsichtgeräten zeigt der Stand der Technik entsprechende Munitio- nen, die Chemolumineszenzeffekte nutzen. Die Kombination von Farbstäuben und Markereinheiten mit Chemolumineszenzeffekt ermöglichte letzten Endes die Bereitstellung von einheitlichen Übungsmunitionen mit explosivstofffreien Projektilen für ein Tag- und Nachttraining (DE 10 2012 023 700.6).

Die Verwendung von Wärmebildzielerfassungssystemen auch im infanteristischen Bereich führt zu einem Bedarf an entsprechenden Trainingsmunitionen für Werferanlagen und Granatwaffen, mannportable Mörser und schulterverschiessbare Ladungen. Seitens der Einsatzkräfte sind grundsätzlich solche Munitionen zu bevorzugen, bei denen neben einer optischen Wahmehmbarkeit im sichtbaren Bereich des Lichts auch eine Detektion mittels Nachtsicht- und Wärmebildgeräten in Entfernungen bis ca. 1500 m gegeben ist.

Mit US 2011/0079164 A1 bzw. WO 2011/044126 A2 wird eine 40 mm-Übungs-munition unter anderem zur Verwendung in Granatmaschinenwaffen vorgeschlagen. Diese zeichnet sich durch ein explosivstofffreies Geschoss aus, in das ein beim Aufschlag zerbrechliches Nutzlastmodul im Bereich der Geschosshaube integriert ist. Das Nutzlastmodul kann mit unterschiedlichen Materialien, oder im Falle einer darin integrierten Ampulle auch mit unterschiedlichen Materialkombinationen zur Erzielung unterschiedlicher Effekte befüllt werden. Durch die Materialkombination von Farbstoff und pyrophorem Material kann ein visuell-optischer und ein mindestens mittels Wärmebildgeräten detektierbarer Effekt erzeugt werden.

Mit WO 2011/019695 A1 wird eine weitere 40 mm-Übungsmunition unter anderem zur Verwendung in Granatmaschinenwaffen vorgeschlagen. Diese zeichnet sich durch ein explosivstofffreies Geschoss aus, in welches in Analogie zu den existierenden„Tag- und Nachtmar- kierungs"-Munitionen ein Farbstaub zur „Tagmarkierung" sowie ein gekapselter Chemolumineszenzeffekt zur„Nachtmarkierung" integriert ist.

Mit US2010/000839941 bzw. WO 2012/012243 A1 wird eine Munition mit einem explosivstofffreien Geschoss vorgeschlagen, wobei durch eine optimierte Konstruktion ein im Vergleich zu existierenden„Tag und Nachtmarkierungs"-Munitionen kurzfristigerer, aber intensiverer Chemolumineszenzeffekt als Treffersignatur erzeugt werden soll. Der Chemolumineszenzeffekt kann zur Erzeugung von sichtbarem Licht oder von UV- oder IR- Licht genutzt werden und lässt sich wie die Verwendung befindlichen„Tag und Nachtmarkie- rungs"-Munitionen mit einem zusätzlichen visuell-optischen Farbstaubeffekt kombinieren.

Bei Munitionen für Übungszwecke geht es in erster Linie um die Erzeugung einer kurzfristigen Ziel- / Treffersignatur und nicht um eine längerfristige Markierung von etwaigen Zielen. Entsprechend gibt es hier gegebenenfalls nur Überschneidungen mit dem Stand der Technik zum Thema der längerfristigen Markierung von Zielen.

Mit US 7,055,438 B1 sind beispielsweise Munitionen im Kaliber von 20 mm bis 155 mm vorgeschlagen worden, die einen fiammenlosen, Wärme erzeugenden Effekt als„explosivstofffreie Leuchtspur" und / oder längerfristige Zielmarkierung allein oder in Kombination mit einem Chemolumineszenzeffekt nutzen.

Mit WO 2012/012242 A1 wird eine Munition mit einem explosivstofffreien Geschoss zur Markierung und Beleuchtung von Zielen vorgeschlagen. Die Munition zeichnet sich durch zerbrechliche Seitenwände und in der Längsachse parallel angeordnete Ampullen zur Aufnahme von Substanziösungen zur Erzeugung eines Chemolumines-zenzeffektes aus, wobei der Hohlraum zwischen Geschosswandung und Ampullen zusätzlich eine Füllmasse enthält. Der bei der Aufschlagzerlegung in Form einer Lösung generierte Chemolumineszenzeffekt soll durch direkte Vermischung mit der Füllmasse einen zumindest partiell haftfähigen Brei bilden, der konstruktionsbedingt vorzugsweise radial ausgebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein explosivstofffreies Geschoss für eine Munition bereitzustellen, welches bei Zerlegung im Ziel mindestens eine mittels Wärmebiidgeräten detektierbare Wärmetönung erzeugt. Dabei sollte das Geschoss zusätzlich keine an der Luft selbstentzündlichen Substanzen oder Substanzge mische enthalten und im Temperaturband von ca. -54 °C bis +71 °C bei Zerlegung im Ziel eine mittels Wärmebildgeräten detektierbare Wärmetönung erzeugen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein explosivstofffreien Geschoss gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Erfindungsgemäß enthält ein derartiges Geschoss mindestens Phosphor(V)oxid als hygroskopische Substanz, welches durch Reaktion mit Luftfeuchtigkeit und / oder dem gleichfalls in der Munition gekapselt integrierten 1 ,2-Propandio! oder einem 1 ,2-Propandiol-haltigen Gemisch unter Wärmetönung reagiert.

Im Vergleich zur Wärmeerzeugung durch spontanes Vermischen wasserfreier anorganischer Salze mit wässrigen oder wasserhaltigen Lösungen eignet sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erzeugung einer Wärmetönung durch spontanes Vermischen von Phos- phor(V)oxid mit ,2-Propandioi aufgrund der starken Wärmetönung und dem im gesamten Temperaturbereich als Flüssigkeit vorliegenden 1 ,2-Propandiol auch zur Darstellung einer kurzfristigen Aufschlagsignatur bei Einsatztemperaturen bis hinunter zu -54 °C. Aufgrund des Ausfrierens wässriger oder wasserhaltiger Lösungen unterhalb von -25 °C ist deren Verwendung im Temperaturbereich bis hinab zu -54 °C aufgrund verminderter Reaktivität zumindest problematisch.

Eine durch eine Aufschlagzerlegung ausgebrachte pyrophore Wirkmasse kann eine mittels Wärmebildgeräten detektierbare Wärmetönung erzeugen, wobei die Detektierbarkeit in größeren Entfernungen (ab 1.000 m) primär von Effektsatzeinwaage und der Reaktivität des pyrophoren Materials, zum Beispiel pyrophores Eisen, abhängt.

In aller Regel bzw. nach dem Stand der Technik werden zur Erzeugung einer detektierbaren Wärmetönung pyrophore Materialien hoher Reaktivität benötigt. Beispielsweise werden bei der spontanen Umsetzung von hoch reaktiven Qualitäten pyrophoren Eisenpulvers in Mengen von einem Gramm mit Luft unter Umgebungsbedingungen Temperaturen von über 400 °C erzeugt. Diese Temperaturen reichen aus, um trockene Papierstreifen (als Modellkomponente für trockenen Schiessp!atzbewuchs) sicher zu entzünden. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass bei der gleichzeitigen Ausbringung von pyrophorem Material und einem organischen Farbstaub (als visuell-optische Komponente) dieser durch das pyrophore Material gleichfalls entzündet wird. Hierdurch erhöht sich die ohnehin schon gegebene potenzielle Brandgefahr.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erzeugung einer Wärmetönung durch das spontanes Vermischen von Phosphor(V)oxid mit 1 ,2-Propandiol reicht (mit den im Modellkaliber 40 mm erreichbaren Effektsatzeinwaagen) einerseits aus, in Entfernungen oberhalb 1.000 m eine mittels portablen Wärmebildgeräten deutlich detektierbare Treffersignatur zu erzeugen und andererseits sicherzustellen, dass eine entsprechende Effektsatzeinwaage trockene Papierstreifen (als Modellkomponente für trockenen Schiessplatzbewuchs) nicht entzündet. Mit ca. 200 °C liegt die kurzfristig erzeugte Wärmetönung durch spontanes Vermischen von Phos- phor(V)oxid mit 1 ,2-Propandiol deutlich unter den und Entzündungstemperaturen von Holz, Papier oder Kohle.

Tabelle 1 : Anhaltswerte für Zünd- und Giimmtemperaturen Das erfindungsgemäß vorgeschlagene explosivstofffreie Geschoss hat den Vorteil, dass die detektierbare Wärmetönung direkt bei der Aufschlagzerlegung im Ziel erzeugt wird und damit weitestgehend unabhängig von der Temperatur der Munition und der Schussentfernung ist. Zudem vereinfacht sich die Produktion eines entsprechenden Geschosses, wobei zusätzlich eine vergleichsweise höhere Lagerstabilität und Funktionslebensdauer erreicht werden kann, da dieses nur wasserdampfdicht gekapselt werden muss, hingegen pyrophore Wirkmassen in der Regel gasdicht sein müssen.

Der hier erstmals vorgeschlagene Zusatz eines Salzes oder Salzgemisches zur Effektmasse zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts trägt zur chemischen Neutralisation oder zumindest der partiellen chemischen Neutralisation beziehungsweise der pH-Wertpufferung der durch Vermischung des Phosphor(V)oxids mit dem 1 ,2-Propandioi oder dem 1 ,2-Propandiol- haltigen Gemisch entstehenden sauren Reaktionsprodukte bei. Hierdurch können äußerst vorteilhaft negative Umwelteinflüsse in Form einer Übersäuerung von Schießplatzarealen verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden. Als Salzzuschiag in der Effektmasse zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts eignen sich Carbonate oder Hydrogencarbo- nate der Alkali- oder Erdalkalimetalle, oder Phosphate oder Hydrogenphosphate oder Dihydrogenphosphate des Ammoniums oder der Alkali- oder Erdalkalimetalle, oder Hydrogensulfate oder Sulfate des Ammoniums oder der Alkali- oder Erdalkalimetalle, oder ein Gemisch von zwei oder mehr der aufgeführten Substanzen, ohne die erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungen des explosivstofffreien Geschosses auf diese Beispiele zu beschränken.

Die hier vorgeschlagene Lösung zur Vermeidung negativer Umwelteinflüsse durch pH- Wertverschiebungen auf Schießplatzarealen ist auch in entsprechenden explosivstofffreien Geschossen, welche andere Substanzkombinationen zur Erzeugung einer thermischen Signatur nutzen, realisierbar. Beispielsweise ließen sich so die sauer reagierenden Stoffe aus einer Wärme erzeugenden Vermischung von wasserfreiem Calciumchlorid mit Wasser oder einem wässrigen Lösemittelgemisch abpuffern.

Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen schematisch verschiedene erfindungsgemäße Ausführungen für ein explosivstofffreies Geschoss zur Erzeugung einer thermischen Signatur,

Das explosivstofffreie Geschoss 100 besteht aus einer Geschosshülle, mindestens bestehend aus einem Geschosskörper 1 und einer Geschosshaube 2, in welche eine Tragstruktur 3 zur Aufnahme der Einsätze 5 und 7 integriert ist. Die Tragstruktur 3 zur Aufnahme der Einsätze 5 und 7 kann im Geschoss köpf- (Fig. 1b) oder bodenseitig (Fig. 1a) angeordnet sein. Der Einsatz 5 dient zur Aufnahme von Phosphor(V)oxid beziehungsweise eines Phos- phor(V)oxid-haltigen Substanzgemisches 6. Der Einsatz 7 dient zur Aufnahme von 1 ,2- Propandiol beziehungsweise eines 1 ,2-Propandiol-haltigen Gemisches 8. Der durch Ge- schosskörperl , Geschosshaube 2, Tragstruktur 3 und Einsatz 5 gebildete Hohlraum dient zur Aufnahme einer Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines zusätzlichen visuell-optischen Effekts.

Beim Auftreffen des Geschosses auf ein etwaiges Ziel zerlegt sich dieses mindestens unter Fragmentierung der Geschosshaube 2 sowie der Einsätze 5 und 7, wobei durch Vermengung von 6 und 8 miteinander als auch mit der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft eine thermische Signatur erzeugt wird. Gleichzeitig mit der Aufschlagzerlegung wird eine Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts in Form einer Farbstaubwolke ausgebracht. Die Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts besteht aus mindestens einem organischen Farbstoff und einem Salz oder Salzgemisch. In einer Sekundärreaktion reagiert das in der Wirkmasse4 zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts enthaltene Salz oder Salzgemisch mit den durch Reaktion von 6 mit 8 entstandenen sauren Reaktionsprodukten unter zumindest partieller chemischer Neutralisation beziehungsweise pH-Wertpufferung.

Figur 2 zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäß bevorzugte Ausführung für ein explosivstofffreies Geschoss 100' zur Erzeugung einer thermischen Signatur. Das explosivstofffreie Geschoss 100' besteht aus einer Geschosshülle, mindestens bestehend aus einem Geschosskörper 1 und einer Geschosshaube 2, in welche eine Tragstruktur 3 zur Aufnahme der Einsätze 5 und 7 integriert ist. Der Einsatz 5 dient zur Aufnahme von Phosphor(V)oxid bzw. eines Phosphor(V)oxid-haltigen Substanzgemisches 6. Der Einsatz 7 dient zur Aufnahme von 1 ,2-Propandiol beziehungsweise eines 1,2-Propandiol-haitigen Gemisches8. Der durch Geschosskörper 1 , Geschosshaube 2, Tragstruktur 3 und Einsatz 5 gebildete Hohlraum dient zur Aufnahme einer Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines zusätzlichen visuelloptischen Effekts. Beim Auftreffen des Geschosses auf ein etwaiges Ziel zerlegt sich dieses mindestens unter Fragmentierung der Geschosshaube 2 sowie der Einsätze 5 und 7, wobei durch Vermengung von 6 und 8 miteinander als auch mit der Luftfeuchtigkeit der Umge- bungsluft eine thermische Signatur erzeugt wird. Gleichzeitig mit der Aufschlagzerlegung wird eine Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts in Form einer Farbstaubwolke ausgebracht. Die Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts besteht aus mindestens einem organischen Farbstoff und einem Salz oder Salzgemisch. In einer Sekundärreaktion reagiert das in der Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines visuell- optischen Effekts enthaltene Salz oder Salzgemisch mit den durch Reaktion von 6 mit 8 ent ^¬ standenen sauren Reaktionsprodukten unter zumindest partieller chemischer Neutralisation beziehungsweise pH-Wertpufferung. Im Geschosskörper 1 und der Tragstruktur 3 befindet sich bodenseitig eine zentral angeordnete Ausnehmung zur Aufnahme eines verformbaren und lichtdurchlässigen Kunststoffeinsatzes mit einer ersten Chemolumineszenzkomponente 9. In diesem Kunststoffeinsatz mit einer ersten Chemolumineszenzkomponente 9 ist eine Ampulle aus sprödem, durchsichtigem Material, vorzugsweise Glas, mit einer zweiten Chemolumineszenzkomponente 10 integriert. Der beim Abschuss des Geschosses bodenseitig anstehende Druck verformt den lichtdurchlässigen Kunststoffeinsatz mit der ersten Chemolumineszenzkomponente 9 derart, dass die darin befindliche Ampulle aus sprödem, durchsichtigem Material, mit der zweiten Chemolumineszenzkomponente 10 zerbricht und beide Chemoiumineszenzkomponenten 9, 10 miteinander durch die Geschossrotation vermengt werden.

Figur 3a, b zeigen schematisch weitere erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungen für ein explosivstofffreies Geschoss 100" zur Erzeugung einer thermischen Signatur. Das explosivstofffreie Geschoss 100" besteht aus einer Geschosshülle, mindestens bestehend aus einem Geschosskörper 1 und einer Geschosshaube 2, in welche eine Tragstruktur 3 integriert ist. Der durch Geschosskörper 1 , Geschosshaube 2 und Tragstruktur 3 gebildete Hohlraum dient zur Aufnahme einer Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines zusätzlichen visuell-optischen Effekts. In der Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines zusätzlichen visuell-optischen Effekts befinden sich übereinander die jeweils paarweise angeordneten Einsätze 5 und 7 in Form von Ampullen, wobei die Einsätze 5 und 7 vorzugsweise um ca. 90° gedreht zueinander angeordnet sind. Die Einsätze 5 dienen zur Aufnahme von Phosphor(V)oxid bzw. eines Phos- phor(V)oxid-haltigen Substanzgemisches 6. Die Einsätze 7 dienen zur Aufnahme von 1 ,2- Propandiol beziehungsweise eines 1 ,2-Propandiol-ha!tigen Gemisches 8. Beim Auftreffen des Geschosses auf ein etwaiges Ziel zerlegt sich dieses mindestens unter Fragmentierung der Geschosshaube 2 sowie der Einsätze 5 und 7, wobei durch Vermengung von 6 und 8 miteinander als auch mit der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft eine thermische Signatur erzeugt wird. Gleichzeitig mit der Aufschlagzerlegung wird eine Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts in Form einer Farbstaubwolke ausgebracht. Die Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts besteht aus mindestens einem organischen Farbstoff und einem Salz oder Salzgemisch, in einer Sekundärreaktion reagiert das in der Wirkmasse 4 zur Erzeugung eines visuell-optischen Effekts enthaltene Salz oder Salzgemisch mit den durch Reaktion von 6 mit 8 entstandenen sauren Reaktionsprodukten unter zumindest partieller chemischer Neutralisation beziehungsweise pH-Wertpufferung. Figur 3b zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäß bevorzugte Ausführung nach der in Figur 3a dargestellten Variante. Zusätzlich befindet sich im Geschosskörper 1 und der Tragstruktur 3 bodenseitig eine zentral angeordnete Ausnehmung zur Aufnahme eines verformbaren und lichtdurchlässigen Kunststoffeinsatzes mit einer ersten Chemolumineszenz- komponente 9. In diesem Kunststoffeinsatz mit einer ersten Chemolumineszenzkomponente 9 ist auch hier eine Ampulle aus sprödem, durchsichtigem Material, vorzugsweise Glas, mit einer zweiten Chemolumineszenkomponente 10 integriert. Der beim Abschuss des Geschosses bodenseitig anstehende Druck verformt den lichtdurchlässigen Kunststoffeinsatz mit der ersten Chemolumineszenzkomponente 9 derart, dass die darin befindliche Ampulle aus sprödem, durchsichtigem Material, mit der zweiten Chemolumineszenzkomponente 10 zerbricht und beide Chemolumineszenzkomponenten 9, 10 miteinander durch die Geschossrotation vermengt werden.