Experiments on the penetration power of various bullets into skin and muscle tissue

Summary

The literature cites values between approx. 50 to as critical velocities for spherical or ogival projectiles. This test was designed to determine the general validity of these values. “Critical velocity” is defined as that velocity, below which no penetration of the skin occurs.

A series of 212 test shots was fired after the powder storage chambers of caliber 9 mm and caliber .45 cartridge cases were altered. With the appropriate charges, velocities varying between 50 and 100 m per sec were achieved. The shots were fired orthogonally into the muscle tissue of the upper thigh of corpses and into a combination of human skin + Mipoplast®. The skin was tightened in a wooden frame and a block of Mipoplast® was directly attached. (Preliminary tests showed that projectiles nearly had the same penetration power in Mipoplast® as in muscle tissue.) The projectile velocities were determined by a „shoot-velociter Re-Tronik“ with a resolving power of 10⁻⁶ sec. Projectiles were considered as having penetrated the skin, when they entered the epidermis for a distance equal to the caliber diameter. In order to determine a ballistic coefficient and a conversion factor, the depth of penetration into muscle tissue of the upper thigh or into Mipoplast® respectively was measured.

The following bullets were used in the tests:

9 mm :lead ball 5.3 g lead, round nose projectile with a short cylindrical portion, 6.2 g lead, round nose projectile with a long cylindrical portion, 10.6 g conical, flat nose projectile 7.9 g conical, pointed nose projectile 7.9 g caliber. 45 : lead ball 9 g lead, round nose with a cylindrical portion, 14.7 g and finally a 4 nun lead ball. 47 g.

The projectiles were fired from a Walther pistol P 38, caliber 9 mm Parabellum, a colt pistol, Government 1911 A1, caliber .45 ACP and from a revolver Röhm RG caliber 4 mm Rdz.

The tests results permit three functional evaluations per series:

(1) optimum parabola of second order,

(2) optimum line (linear regression),

(3) logarithmic function (log. nat.)

The following results were obtained: The penetration power of a projectile does not depend primarily on its velocity, shape or cross-sectional load, but is determined by its mass. The following conclusions could be drawn, concerning lead projectiles fired by us: The greater the mass of a projectile, the lower the „critical velocity“ (v_cr = 162.1 • e^{−629 m}) The conversion factor for the penetration power of the examined projectiles comparing skin/Mipoplast® and skin/muscle tissue was determined to be 1.2, i. e. the depth of penetration into skin and muscle tissue is 1.2 times greater than into skin + Mipoplast ®.

An evaluation of these results shows a “loop-hole” in the Gun Control Act, since the legal requirements for the unrestricted acquisition of firearms only considers the kinetic energy of the projectile (less than 7.5 J). However, all lead ball ammunition with diameters of less than 6.2 mm definitely does penetrate the skin at that energy level. Another conclusion is that projectiles fired from unlicensed weapons such as BB guns operated by air pressure, spring or CO₂-cartridge (caliber approx. 4.5 mm) can achieve penetration with as little energy as 4 J. Even if one wants to maintain the present differentiation between exempted weapons and weapons covered by the Gun Control Act, based on the energy level of 7.5 J, the legislature would have to establish a minimum mass for the projectiles. Considering the results obtained, the present limitation of the kinetic energy of the projectiles of 7.5 J alone does not guarantee the level of harmlessness the present law supposes. A projectile mass of less than 1.4 g and a kinetic energy of 7.5 J can reach a level of danger that up now has not been recognized by the legislature. Those findings ought to be considered when licensing weapons according to Para 21 and 25 WaffG (Gun Control Act of the Federal Republic of Germany) as well when prohibiting weapons according to Para 37 WaffG and Para 8, Section 1, Number 1, of the first WaffV (Weapon Regulations).

Zusammenfassung

Die in der Literatur angegebenen Werte für Grenzgeschwindigkeiten (ca. 50–70 m/sec.) kugeliger bzw. ogivaler Geschosse wurden auf ihre Allgemeingültigkeit hin überprüft, wobei als Grenzgeschwindigkeit die Geschwindigkeit eines Geschosses bezeichnet wird, unter der gerade noch kein Eindringen in die Haut erfolgt.

Nach Veränderung von Patronenhülsen der Kaliber 9 mm und Kaliber .45 unter Umgestaltung des Pulverbrennraumes und bei entsprechender Ladung gelangen Schußserien (insgesamt 212 Schüsse), mit Geschoßgeschwindigkeiten zwischen 50–100/m/sec. Die Schüsse erfolgten orthogonal auf die Oberschenkelmuskulatur von Leichen sowie auf die Medienkombination menschliche Haut/Mipoplast®. Die Haut wurde hierbei in einem Holzrahmen gehalten und ein Mipoplastblock direkt angelegt. (In Vorversuchen zeigten Geschosse in Mipoplast® etwa das gleiche Eindringvermögen, wie in Muskulatur.) Die Geschoßgeschwindigkeiten wurden jeweils mit einer Meßanlage (Shoot-Velociter Re-Tronik mit einem Auflösungsvermögen von 10⁻⁶ sec.) gemessen. Als in die Haut eingedrungen wurden Geschosse dann gewertet, wenn sie mit einem kalibergroßen Teil die Epidermis durchdrungen hatten. Die Eindringtiefe in die Oberschenkelmuskulatur bzw. in Mipoplast® zur Errechnung des ballistischen Koeffizienten bzw. eines Umrechnungsfaktors wurde gemessen.

Folgende Geschosse wurden bei den Versuchen verwendet:

Kaliber 9 mm: Bleikugel 5,3 g; Bleirundkopf mit kurzem zylindrischem Teil, 6,2 g; Bleirundkopf mit langem zylindrischem Teil, 10,6 g; Kegelstumpfkopf 7,9 g; Kegelspitzkopf 7,9 g; Kaliber .45: Bleikugel 9 g; Bleirundkopf mit zylindrischem Teil 14,7 g und schließlich eine Bleikugel Kaliber 4 mm 0,47 g. Die Geschosse wurden aus einer Walther-Pistole P 38, Kaliber 9 mm Parabellum, einer Colt-Pistole, Government 1911 A1, Kaliber .45 ACP und einem Revolver Röhm RG, Kaliber 4 mm Rdz. verfeuert.

Aus den Ergebnissen wurden pro Versuchsserie drei Funktionsansätze aufgestellt: Bestparabel 2. Ordnung, Bestgerade (lineare Regression), logarithmische Funktion (log. nat.). Als Ergebnis konnte festgestellt werden: Entscheidend für das Eindringvermögen eines Geschosses in menschliche Haut und Muskulatur ist in erster Linie nicht etwa seine Geschwindigkeit, seine Form oder die Querschnittsbelastung, sondern seine Masse. Dies bedeutet für die von uns untersuchten Bleigeschosse: Je größer die Masse des Geschosses ist, umso kleiner ist die Grenzgeschwindigkeit (v_gr = 162,1 • e^{−0,629 m}). Als Umrechnungsfaktor für das an der Kombination Haut/Mipoplast® ermittelte Eindringvermögen der Geschosse gegenüber Haut + Muskulatur wurde der Faktor 1,2 ermittelt, d. h., daß die Eindringtiefe in Haut + Muskulatur das 1,2fache der Eindringtiefe in Haut + Mipoplast® beträgt.

Die Würdigung dieser Ergebnisse zeigt eine „Lücke“ im Waffengesetz auf, da die gesetzlichen Voraussetzungen für einen erlaubnisfreien Erwerb von Waffen ausschließlich auf die Bewegungsenergie der Geschosse (unter 7,5 J) abstellen. Alle Bleikugeln mit kleinerem Durchmesser als 6,2 mm dringen jedoch bei dieser Energie mit Sicherheit bereits in den Körper ein. Daraus ergibt sich auch, daß Geschosse, wie sie beispielsweise aus zulassungsfreien Luftdruck-, Federdruck- und CO₂-Waffen (Kaliber ca. 4,5 mm) verschossen werden können, zum Eindringen lediglich eine Energie von 4 J benötigen. Selbst wenn man aber an der Energie-schwelle von 7,5 J für die Abgrenzung zwischen privilegierten und voll dem Waffengesetz unterliegenden Waffen festhalten will, müßte der Gesetzgeber auch noch eine Minimalmasse für Geschosse festlegen. Denn nach den hier vorliegenden Ergebnissen reicht die Begrenzung der Bewegungsenergie der Geschosse auf 7,5 J nicht aus, um denjenigen Grad von Ungefährlichkeit zu gewährleisten, von dem das Gesetz derzeit ausgeht. Bei Geschoßmassen von weniger als 1,4 g und einer Bewegungsenergie von 7,5 J kann durchaus ein Grad von Gefährlichkeit erreicht werden, den der Gesetzgeber bisher nicht zu berücksichtigen vermochte. Diesem Umstand sollte sowohl im Zulassungsverfahren nach §§ 21 und 25 WaffG, wie auch bei den Verboten nach § 37 WaffG und § 8, Abs. 1, Nr. 1 der 1. WaffV entsprechend Rechnung getragen werden.