DE10200472A1 - Minenschutz für gepanzerte Fahrzeuge gegen Anti-Tank-Minen - Google Patents

Abstract

Wegen der beschränkten Möglichkeiten bei der Verwendung monolithischer Werkstoffe und wegen des differenzierten Wirkungsspektrums von Anti-Tank-Minen soll ein Abwehrmechanismus durch ein neues Verbundsystem leichter und ballistisch wirksamer Werkstoffe in unterschiedlichen Dicken und Anordnungen geschaffen werden. DOLLAR A Der Minenschutz weist nachgiebige Crash-Elemente (Backings) mit einer Wabenstruktur (Honeycombs; 10a, 10b, ...) auf, die mit Metallplatten oder extrem reißfestem Aramidgewebe (8a, 8b, ...), mit dämpfenden Materialien (2, 4a, 4b) und mit keramischen Werkstoffen (12) kombiniert sind. Eine frontal angebrachte Metallplattierung (6b) ist als Kachelmosaik ausgebildet. DOLLAR A Das verwendete Aramidgewebe (8a, 8b, ...) kann aus mehreren Lagen bestehen und/oder beidseitig gummiert sein. DOLLAR A Die Wabenstrukturen (10a, 10b, ...) bestehen vorzugsweise aus Papier, Aluminium oder Kunststoff. Die Schäume können aus Metall sein. DOLLAR A Ein bodenständig angebrachter Minenschutz insbesondere für relativ schwach gepanzerte Landfahrzeuge.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Minenschutzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Militärische gepanzerte Fahrzeuge werden zunehmend durch hochwirksame AT-(= Anti- Tank)-Minen bedroht, insbesondere die relativ schwach gepanzerten Fahrzeuge der Krisenreaktionskräfte und der z. B. im ehemaligen Jugoslawien eingesetzten Kräfte.
• Die modernen AT-Minen besitzen neben ihrer hohen Blastwirkung infolge des großen Sprengstoffanteils noch metallische Einlagen aus Eisen oder Kupfer, die infolge der Sprengstoffdetonation zu massiven Projektilen mit erheblichem Durchdringungspotential umgeformt werden. Die Leistung kann durchaus 40 mm Panzerstahl betragen.
• Ein bodenständig angebrachter Minenschutz für gepanzerte Fahrzeuge muss demnach mehrere Aufgaben bewältigen:
  
• - Der Penetrator solcher Minen muss zuverlässig aufgefangen oder unschädlich gemacht werden;
• - Stoßwellen müssen gedämpft oder vom Fahrzeugboden oder tragenden Elementen weitgehend entkoppelt werden;
• - Die dynamische Ausbeulung des Fahrzeugbodens muss zum Schutz der Besatzung minimiert werden;
• - Sekundärsplitter müssen vermieden werden;
• - Infolge der begrenzten Fahrzeugleistung muss das Gewicht dabei möglichst klein sein.
• Diese Auflistung definiert die allgemeine Aufgabenstellung bei der Entwicklung von wirksamen Minenschutzsystemen. Infolge der hohen Schallgeschwindigkeiten in Metallen und der guten Verformbarkeit sind diese prinzipiell ungeeignet zur Dämpfung von Schockwellen, andererseits können sie durch ihr Verfestigungspotential Verformungen elastisch/elastoplastisch abfangen.
• Ihre begrenzte Widerstandsfähigkeit gegen sprenggeformte Projektile einerseits und ihre hohe Dichte andererseits (hohes Gewicht) lassen den Einsatz für gepanzerte Fahrzeuge nur in begrenztem Umfang als sinnvoll erscheinen.
• Traditionell werden im Bodenbereich zur Bekämpfung der Minenwirkung Stahlplatten eingesetzt, die jedoch aufgrund der hohen Dichte des Werkstoffs eine erhebliche Mehrbelastung des Fahrzeugs nach sich zieht. Zudem weisen Stahlplatten hohe dynamische Beulungen auf und bieten ohne weitere Maßnahmen keine Möglichkeit, die Schockwellen vom Fahrzeug weitgehend abzukoppeln. Darüber hinaus stellen Stahlplatten mit einer noch vertretbaren Dicke und damit einem noch vertretbaren Gewicht kein nennenswertes Hindernis für den Minenpenetrator dar.
• Die Wirkungsweise von AT-Minen erfordert dabei die Beachtung folgender Parameter:
  
• - Harte Werkstoffe zur Reduzierung der Wirkung des Penetrators;
• - Crash-Elemente zur Auskopplung von Wellen und zum Abfangen der Verformung;
• - Stabilisierende Elemente (Metalle, verstärkte Kunststoffe, Aramidgewebe) zur Stärkung des Zusammenhalts und zur Dissipation der Verformungsenergie der Blastwelle;
• - Dämpfende Materialien zur Reduktion von Lagerkräften (Abkopplung des Minenschutzsystems von Bodenstruktur und Tragstruktur des Fahrzeugs).
• Aufgrund der beschränkten Möglichkeiten bei der Verwendung monolithischer Werkstoffe sowie das differenzierte Wirkungsspektrum von AT-Minen ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Kombination von Abwehrmechanismen und den Einsatz leichter und ballistisch wirksamer Werkstoffe als Verbundsystem zu schaffen.
• Mittels eines solchen Verbundes aus unterschiedlichen Werkstoffen in unterschiedlichen Dicken und Anordnungen sollen Schäden durch Splitter- oder Blastwirkung weitgehend vermieden werden.
• Diese Aufgabe wird im wesentlichen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Infolge der Gewichtsbeschränkung werden zur Bekämpfung des Penetrators keramische Werkstoffe mit Dichten um 3,8 bis 4,0 dm³ verwendet. Sie reduzieren die Eindringleistung des Penetrators nicht durch Staudruckwiderstand wie Metalle sondern durch die wesentlich langsamer fortschreitende und stark dissipativ wirkende Rissausbreitung. Eine rückwärtige Abstützung durch die stabilisierenden Elemente und eine frontal beschussseitig angebrachte dünne Metallplatte erhöht die Wirksamkeit, und die Ausführung als Kachelmosaik erhöht die Multi-Hit-Fähigkeit und steigert den Rissausbildungswiderstand durch Rissstopp an den Trennfugen.
• Als Crash-Elemente mit geringer Dichte werden eingesetzt:
  
• - Wabenstrukturen (Honeycombs) aus unterschiedlichen Werkstoffen (Papier, Aluminium, Kunststoff) wie sie auch aus dem Flugzeugbau bekannt sind;
• - Schäume (auch aus Metallen).
• Dies Strukturen besitzen hohe Druckstabilität und bieten bei Versagen durch Überlastung noch den Vorteil einer Knautschzone. Des weiteren sind sie sehr wirksam bei der Auskopplung von Wellen, da die Kontaktzonen mit anderen Bauteilen von der Fläche her sehr klein sind.
• In Kombination mit den stabilisierenden Elementen fangen sie auch in großem Maße makroskopische Verformungen und Ausbeulungen auf. Nach Überschreiten ihrer - bezogen auf das Gewicht - enorm hohen Knickstabilitätsgrenze und nach Dissipierung erheblicher Energien reagieren sie auf weitere Verformung durch Fließen und Verfestigung. Letzteres gilt in besonderem Maße für metallische Schäume.
• Die Kombination dieser Werkstoffe mit Metallplatten bzw. extrem reißfesten Aramidgeweben verhindert ein seitliches Ausweichen der zerstörten Platten und die damit verbundene Reduzierung der Wirkung beim Projektilauffangen.
• Die verwendeten Aramidgewebe sind beidseitig gummiert und in mehreren Lagen aufeinander vulkanisiert. Dadurch wird die Wirksamkeit sowohl gegen Überdehnung (Beulung) und gegen Splitterwirkung erhöht.
• Von entscheidender Bedeutung ist neben der Auswahl der Werkstoffe die Anordnung von der Bedrohungsseite aus gesehen sowie die Abstufung der eingesetzten Dicken. Diese sind abhängig von den fahrzeugseitig vorgegebenen Basispanzerungen und der aktuellen Bedrohungssituation (erwartete Minenart, Dicke und Werkstoff der Bodenpanzerung, Randbefestigung der Bodenpanzerung) und sind gegebenenfalls entsprechend anzupassen.
• Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine Verbundplatte mit gegenüber Stahl geringem Flächengewicht dar und ist durch folgende Punkte charakterisiert:
  
• - Es werden ballistisch wirksame harte Materialien, Keramiken, im Verbund mit Metallplatten und nachgiebigen Elementen (Backings) aus Wabenstrukturen, Schäumen und verstärkten Kunststoffen verwendet;
• - Die Keramik wird in Form von Kacheln im Kreuzverbund ein- oder mehrschichtig eingesetzt;
• - Zur Schockreduzierung werden Crash-Elemente aus porösen Strukturen wie Waben oder Schäume eingesetzt;
• - Zur Stabilisierung und zur Reduzierung der Beulung werden Crash-Elemente zusammen mit Verbundplatten aus gummiertem Aramid-Gewebe eingesetzt;
• - Zusätzlich werden zur Reduzierung von Lagerkräften, d. h. zur Entkopplung des Minenschutzsystems vom Fahrzeugboden und der Tragstruktur, hochdämpfende Werkstoffe in Form von Gummimatten aus Gummigranulat eingesetzt.
• Die Werkstoffauswahl, die Dicken und die Anordnung bzw. die Reihenfolge der Komponenten hängt von der Fahrzeugart und dem Bedrohungsszenario ab und ist an diese Gegebenheiten anpassbar.
• Die so aufgebauten Schutzsysteme haben gegenüber einer Lösung in Stahl ein deutlich niedrigeres Flächengewicht. Das Einsparpotential beträgt zwischen 70% und 50%.
• Zwei bevorzugte Minenschutz-Vorrichtungen sind beispielhaft in den beigefügten Schnitt- Zeichnungen (Fig. 1 und Fig. 2) dargestellt.
• Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Minenschutzes ist ein Verbundsystem aus unterschiedlichen Materialien und weist von der Fahrzeugseite her betrachtet folgenden Aufbau auf: Ein Panzerblech 6a, ein Gummi/Aramid- Verbund 8a und eine Lage mit Wabenstruktur (Honeycomb) 10a. An diese Kombination aus Gummi/Aramid-Verbund 8a und Honeycomb 10a schließen sich noch zwei gleichartige Kombinationen aus Gummi/Aramid 8b bzw. 8c und Honeycomb 10b bzw. 10c an. Diese Lagen 8a, 10a; 8b, 10b und 8c, 10c können aus identischen Materialien bestehen und gleichen Aufbau und gleiche Stärke aufweisen oder sich in einem oder mehreren Parametern voneinander unterscheiden.
• An der Bedrohungsseite (Beschussseite) wird dieses Sandwich-System durch eine weitere Lage aus Gummi/Aramid-Verbund 8d und ein Panzerblech 6b abgeschlossen.
• Die Fahrzeugseite kann zusätzlich zu dem Panzerblech 6 noch eine Lage aus Gummigranulat 2 und/oder Gummiblöcken 4a aufweisen.
• Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Minenschutz- Verbundsystems.
• Fahrzeugseitig gibt es auch hier ein Panzerblech 6a, das mit Gummiblöcken 4a unterlegt ist. An das Panzerblech 6a schließt sich eine Gummilage 4b und ein weiteres Panzerblech 6c an. Dieses Panzerblech 6c wird gefolgt von einer Wabenstruktur 10a und einem Gummi/Aramid-Verbund 8a. Eine solche Kombination aus Wabenstruktur 10a und Gummi/Aramid-Verbund 8a wird noch zweimal wiederholt 10b/8b und 10c/8c. Beschussseitig 16 folgt eine Lage aus Keramik 12 und ein Abdeckblech 14.
• Die dargestellten Ausführungsbeispiele wurden im Sprengversuch erprobt, ihre Wirksamkeit ist experimentell nachgewiesen. Bezugszeichenliste 2 Gummigranulat
  4a Gummiblöcke
  4b Gummilage
  6a, 6b, 6c Pz-Blech (Panzerblech)
  8a, 8b, 8c, 8d Gummi/Aramid-Verbund
  10a, 10b, 10c Wabe
  12 Keramik, keramischer Werkstoff
  14 Blech, dünne Metallplatte
  16 Beschussseite
  

Claims (8)

1. Minenschutzvorrichtung gegen Anti-Tank-Minen mit folgenden Merkmalen:

1. Der Minenschutz ist für gepanzerte Fahrzeuge vorgesehen;

1. 1.1 Die gepanzerten Fahrzeuge sind vorzugsweise Landfahrzeuge;

2. Der Minenschutz ist eine Kombination von Abwehrmechanismen;

3. Der Minenschutz besteht aus leichten und ballistisch wirksamen Werkstoffen;

1. 3.1 Die Werkstoffe bilden ein Verbundsystem;

2. 3.1.1 Das Verbundsystem (die Verbundplatte) weist ein - gegenüber Stahl - geringes Flächengewicht auf;

3. 3.2 Die unterschiedlichen Werkstoffe weisen unterschiedliche Dicken auf;

4. 3.3 Die unterschiedlichen Werkstoffe sind unterschiedlich angeordnet;

5. 3.4 Die Auswahl der Werkstoffe und deren Anordnung von der Bedrohungsseite aus gesehen sowie die Abstufung der eingesetzten Dicken sind abhängig von den fahrzeugseitigen Basispanzerungen und der aktuellen Bedrohungssituation (erwartete Minenart, Dicke und Werkstoff der Bodenpanzerung, Radbefestigung der Bodenpanzerung) und ist an diese Gegebenheiten anpassbar;

4. Der Minenschutz weist ballistisch wirksame harte Werkstoffe auf;

5. Der Minenschutz weist Crash-Elemente auf;

1. 5.1 Die Crash-Elemente (Backings) sind nachgiebig und weisen geringe Dichte auf;

2. 5.2 Als Crash-Elemente kommen Wabenstrukturen (Honeycombs, 10a, 10b,. . .) und/oder Schäume zum Einsatz;

3. 5.2.2 Die Wabenstrukturen (10a, 10b,. . .) besitzen hohe Druckstabilität;

4. 5.3 Die Crash-Elemente sind kombiniert mit stabilisierenden Elementen;

5. 5.4 Die Crash-Elemente sind kombiniert mit Metallplatten oder extrem reißfestem Aramidgewebe (8a, 8b,. . .);

6. Der Minenschutz weist stabilisierende Elemente (zur Stärkung des Zusammenhalts auf;

7. Der Minenschutz weist dämpfende Materialien (2, 4a, 4b) auf (Zur Reduktion von Lagerkräften);

8. Der Minenschutz weist keramische Werkstoffe (12) auf;

1. 8.1 Die Dichte der keramischen Werkstoffe (12) beträgt 3, 8 bis 4,0 t/m³;

9. Der Minenschutz ist rückwärtig abgestützt;

1. 9.1 Die rückwärtige Abstützung erfolgt durch stabilisierende Elemente;

10. Der Minenschutz weist frontal (beschussseitig) eine dünne Metallplatte (14) auf;

1. 10.1 Die frontal angebrachte Metallplatte (6b) ist als Kachelmosaik ausgeführt und/oder die Keramik (12) wird in Form von Kacheln im Kreuzverbund ein- und mehrschichtig eingesetzt;

wobei die Merkmale 1 bis 10 den Oberbegriff und das Merkmal 10.1 den kennzeichnenden Teil bilden.

2. Minenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Aramidgewebe (8a, 8b,. . .) beidseitig gummiert sind.

3. Minenschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aramidgewebe (8a, 8b,. . .) in mehreren Lagen aufeinander vulkanisiert sind.

4. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstrukturen (10a, 10b. . .) aus Papier, Aluminium oder Kunststoff bestehen.

5. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäume aus Metall sind.

6. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Reduzierung von Lagerkräften, d. h. zur Entkopplung des Minenschutzes vom Fahrzeugboden und der Tragstruktur, hochdämpfende Werkstoffe in Form von Gummimatten aus Gummigranulat (2) eingesetzt werden.

7. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine - von der Fahrzeugseite her betrachtet - Kombination (einen Verbund) folgender Abwehrmechanismen in Sandwichbauweise:
ein Panzerblech (6a), das mit einer Lage aus Gummigranulat (2) und/oder mit Gummiblöcken (4a) unterlegt ist, eine oder mehrere Kombinationen (a, b, c) aus Gummi/Aramid-Verbund (8a) nebst einer Wabenstruktur (10a), eine weitere Lage aus Gummi/Aramid-Verbund (8d) und ein Panzerblech (6b).

8. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine - von der Fahrzeugseite her betrachtet - Kombination (einen Verbund) folgender Abwehrmechanismen in Sandwichbauweise:
ein Panzerblech (6a), das mit Gummiblöcken (4a) unterlegt ist, eine Gummilage (4b) und ein weiteres Panzerblech (6c), eine oder mehrere Kombinationen (a, b, c) aus Wabenstruktur (10a) und Gummi/Aramid-Verbund (8a) und beschussseitig eine Lage aus Keramik (12) und ein Abdeckblech (14).