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Die
Erfindung betrifft eine keramische Panzerung, umfassend eine erste
Keramiklage, welche eine Mehrzahl von Segmenten aufweist, die durch Rissstopper
funktionell getrennt sind, wobei die Rissstopper der Verhinderung
der Ausbreitung von Rissen von einem Segment auf ein anderes Segment dienen,
mindestens eine zweite Keramiklage, welche eine Mehrzahl von Segmenten
aufweist, die durch Rissstopper funktionell getrennt sind, und mindestens
eine Verbindungsschicht, mittels welcher die erste Keramiklage und
die zweite Keramiklage verbunden sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen
Panzerung.
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Aus
der
WO 2005/114089
A1 ist eine keramische Panzerplatte bekannt, welche einstückig ausgebildet
ist und eine Mehrzahl von zusammenhängenden Segmenten aufweist,
welche durch Rissstopper funktionell getrennt sind, wobei die Rissstopper
der Verhinderung der Ausbreitung von Rissen von einem Segment auf
ein benachbartes Segment dienen.
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Aus
der
GB 2 336 807 A ist
ein Komposit-Sandwichmaterial bekannt, welches Laminatschichten
aus Keramikmaterial umfasst, die eine Dicke zwischen 0,5 mm bis
3,0 mm aufweisen. Zwischen den Keramikschichten ist ein Verbindungsmaterial
angeordnet. Die Keramikschichten dienen als ballistische Schutzbarriere
gegen Projektile.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Panzerung
der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ein verbessertes
Schadensverhalten aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten keramischen Panzerung erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Segmente der ersten Keramiklage versetzt zu den Segmenten
der zweiten Keramiklage sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung wird eine
definierte Eingrenzung der Schadensfläche bzw. des Schadensvolumens
erreicht. Dadurch wird der Schadensbereich begrenzt. Weiterhin ergibt
sich eine verbesserte Multihit-Fähigkeit.
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Der
Schadensbereich an einer Keramiklage ist am größten, wenn ein Objekt auf einen
Kreuzungspunkt trifft, da dann mehrere Segmente beschädigt werden
können.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind
die Segmente in benachbarten Keramiklagen versetzt zueinander, so
dass der "Tiefenschaden" verringert ist.
Wenn ein Objekt auf einen Kreuzungspunkt der zweiten Keramiklage
trifft, dann liegt unterhalb des Kreuzungspunkts ein Segment der
ersten Keramiklage.
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Durch
die Verbindungsschicht zwischen der ersten Keramiklage und der zweiten
Keramiklage kann das Abplatzen von Keramiksplittern verhindert oder
zumindest verringert werden.
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Die
Schadensausbreitung lässt
sich bei der erfindungsgemäßen keramischen
Panzerung auch dadurch verringern, dass die Keramiklagen entsprechend
dick gewählt
werden. Es besteht keine grundsätzliche
Einschränkung
bezüglich
der Dicke. Die Keramiklagen lassen sich beispielsweise mit integrierten
Rissstoppern auf einfache Weise herstellen.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist
es auch möglich,
die einzelnen Keramiklagen funktionell zu optimieren, um abhängig von
dem Anwendungsfall das Schadensvolumen zu minimieren. Beispielsweise
kann es vorgesehen sein, dass unterschiedliche Keramiklagen unterschiedliche
laterale Segmentabmessungen aufweisen. Es ist auch möglich, dass unterschiedliche
Keramiklagen unterschiedliche Dickenabmessungen aufweisen. Die Segmentabmessungen
sind beispielsweise angepasst an die Größe von Objekten, deren Impact
zu befürchten
ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass eine weiter außenliegende
Keramiklage Segmente mit kleineren lateralen Abmessungen aufweist
als eine weitere innenliegende Keramiklage. Die weiter außenliegende Keramiklage
dient zum Schutz bezüglich
kleinerer Projektile während
die weiter innenliegende Keramiklage zum Schutz gegenüber größeren Projektilen dient.
Durch die Versetzung der Segmente untereinander ist es erreichbar,
dass die Schutzwirkung der Keramiklage, welche zum Schutz vor großen Projektilen
dient, durch ein Auftreffen eines kleineren Projektils in einer
weiter außenliegenden
Keramiklage nicht wesentlich eingeschränkt wird.
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Es
können
mehrere (auch mehr als zwei) Keramiklagen vorgesehen sein, die in
ihrer Dicke und in den lateralen Abmessungen der Segmente entsprechend
angepasst sind, um eine optimierte Schutzwirkung bezüglich des
Impacts von Objekten zu erhalten.
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Günstig ist
es, wenn die Segmente der ersten Keramiklage und die Segmente der
zweiten Keramiklage in mindestens einer Querrichtung zu einer Richtung,
in welcher die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage aufeinanderfolgen,
versetzt sind. Dadurch lässt
sich das Schadensvolumen beim Auftreffen eines Objekts gering halten.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig,
wenn Rissstopper der ersten Keramiklage und Rissstopper der zweiten
Keramiklage in mindestens einer Querrichtung zu einer Richtung,
in welcher die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage aufeinanderfolgen,
versetzt sind. Dadurch wird verhindert, dass ein Objekt in einer äußeren Keramiklage
und in der darunterliegenden Keramiklage jeweils auf Kreuzungspunkte
treffen kann.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn alle Rissstopper der ersten Keramiklage
und alle Rissstopper der zweiten Keramiklage versetzt zueinander sind.
Dadurch lässt
sich die Schadensfläche
bzw. das Schadensvolumen definiert eingrenzen und dabei gering halten.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig,
wenn die Rissstopper der ersten Keramiklage nicht-fluchtend zu den
Rissstoppern der zweiten Keramiklage angeordnet sind.
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Die
erste Keramiklage und die zweite Keramiklage liegen dabei übereinander.
Insbesondere folgen sie einer Dickenrichtung der ersten Keramiklage bzw.
der zweiten Keramiklage aufeinander.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Keramiklage und die
zweite Keramiklage über die
mindestens eine Verbindungsschicht flächig miteinander verbunden
sind. Insbesondere liegt zwischen der mindestens einen Verbindungsschicht
und der ersten Keramiklage und der zweiten Keramiklage ein vollflächiger Kontakt
vor. Dadurch lässt
sich auf effektive Weise das Abplatzen von Keramiksplittern nach
einem Impact verhindern.
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Günstig ist
es, wenn die mindestens eine Verbindungsschicht eine Klebeschicht
ist. Eine solche Verbindungsschicht lässt sich auf einfache Weise
herstellen. Als Klebematerial lässt
sich beispielsweise ein Schmelzkleber wie PVB (Polyvinylbuteral) einsetzen.
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Es
ist dabei günstig,
wenn die mindestens eine Verbindungsschicht adhäsiv mit der ersten Keramiklage
verbunden ist. Dadurch lässt
sich ein Abplatzen von Keramiksplittern auf effektive Weise verhindern.
Insbesondere ist eine flächige
Verbindung vorgesehen, wobei vorzugsweise vollständiger Kontakt zwischen der
Verbindungsschicht und der ersten Keramiklage vorliegt.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig,
wenn die mindestens eine Verbindungsschicht adhäsiv mit der zweiten Keramiklage
verbunden ist.
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Günstigerweise
ist die mindestens eine Verbindungsschicht eine Kunststoffschicht.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn diese eine gewisse Elastizität aufweist,
um das Abplatzen von Keramiksplittern effektiv verhindern zu können.
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Günstigerweise
weist die mindestens eine Verbindungsschicht eine dünnere Dicke
auf als jeweils die erste Keramiklage und die zweite Keramiklage.
Dadurch wird die Dicke der keramischen Panzerung effektiv durch
die Keramiklagen bestimmt.
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Insbesondere
weisen die ersten Keramiklage und/oder die zweite Keramiklage eine
Dicke von mindestens 5 mm auf. Dadurch lässt sich die erste Keramiklage
und/oder die zweite Keramiklage auf einfache Weise großflächig mit
einer oder mehreren Keramikplatten herstellen. Nach einer für monolithische
Keramikplatten gültigen
Faustregel erlauben bekannte Fertigungsverfahren für Keramikplatten Breiten-
und Längenabmessungen,
die nicht größer als
das ca. 30-fache der Dicke sind.
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Insbesondere
ist es möglich,
dass die Dicke der ersten Keramiklage und/oder zweiten Keramiklage
größer gleich
8 mm oder je nach Anwendung größer gleich
15 mm ist. Dadurch kann die erste Keramiklage und/oder die zweite Keramiklage
auf einfache Weise großflächig mit
einer oder mehreren Keramikplatten (abhängig vom Flächenbereich, der durch die
keramische Panzerung abzudecken ist) hergestellt werden.
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Günstigerweise
sind Rissstopper längs
einer Linie angeordnet oder bilden eine Linie. Die Linie kann gerade
oder gekrümmt
sein oder auch unstetig sein. Es lässt sich dadurch die jeweilige
Keramiklage in Segmente aufteilen, wobei Segmente funktionell durch
Rissstopper getrennt sind.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn Kreuzungspunkte von Rissstopper-Linien einer Keramiklage
projiziert auf die andere Keramiklage innerhalb eines Segments der
anderen Keramiklage liegen. Dadurch wird verhindert, dass, wenn
ein Objekt auf einen Kreuzungspunkt einer Keramiklage auftrifft, auch
ein Kreuzungspunkt der anderen Keramiklage getroffen wird. Dadurch
lässt sich
die Schadensfläche
bzw. das Schadensvolumen definiert eingrenzen.
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Es
ist dabei grundsätzlich
möglich,
dass Rissstopper bis zu einem Kreuzungspunkt von Rissstopper-Linien
reichen. Dadurch lässt
sich eine definierte Eingrenzung der Schadensfläche erreichen. Es ist dabei
grundsätzlich
auch möglich,
dass Rissstopper nicht bis zu einem Kreuzungspunkt reichen.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine äußere Decklage
vorgesehen ist. Wenn ein Projektil auf die keramische Panzerung
aufgetroffen ist, dann entstehen Keramiktrümmer. Durch die mindestens
eine Verbindungsschicht wird ein Abplatzen verhindert. Durch die
mindestens eine Decklage werden die Keramiktrümmer "in Position" in der entsprechenden Keramiklage gehalten.
Bei dem Auftreffen eines weiteren Objekts kann durch diese in Position
gehaltenen Keramiktrümmer
die kinetische Energie des Objekts verringert werden, um so den
Schaden, welcher durch dieses Objekt verursacht wird, geringer zu
halten.
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Insbesondere überdeckt
die mindestens eine Decklage Rissstopper. Dadurch lässt sich
auf effektive Weise ein Halten von Trümmern an der keramischen Panzerung
erreichen.
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Beispielsweise
ist die mindestens eine Decklage durch eine (zusammenhängende)
Folie gebildet, um effektiv Trümmer
an der entsprechenden Keramiklage in Position halten zu können.
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Beispielsweise
ist die mindestens eine Decklage aufgeklebt. Die Aufklebung ist
insbesondere flächig
mit im Wesentlichen vollständigem
Kontakt zwischen der Decklage und der äußeren Keramiklage.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rissstopper in die erste
Keramiklage und/oder zweite Keramiklage integriert sind. Dadurch
lassen sich die Keramiklagen mit integrierten Rissstoppern auf einfache
Weise herstellen. Die Rissstopper werden beispielsweise durch mechanische
Bearbeitung an einem kohlenstoffhaltigen Vorkörper im Grünkörperzustand oder nach einer
Pyrolyse hergestellt.
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Insbesondere
sind die Rissstopper bei der Herstellung der ersten Keramiklage
und/oder zweiten Keramiklage hergestellt. Dadurch müssen die
Rissstopper nicht nachträglich
beispielsweise durch mechanische Bearbeitung an einem – harten
und spröden – keramischen
Material hergestellt werden.
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Bei
einer einfachen Ausführungsform
sind die Rissstopper durch Ausnehmungen und/oder über Ausnehmungen
gebildet. Solche Ausnehmungen lassen sich auf einfache Weise durch
Bearbeitung von der Oberfläche
her herstellen. Entsprechende Rissstopper sind in der
WO 2005/114089 A1 beschrieben,
auf die ausdrücklich
Bezug genommen wird.
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Die
Ausnehmungen können
dabei in einer Dickenrichtung der ersten Keramiklage und/oder Keramiklage
durchgehend oder nicht-durchgehend sein. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass
die einzelnen Segmente durch die Rissstopper nicht nur funktionell
getrennt sind, sondern auch geometrisch getrennt sind, d. h. dass
die einzelnen Segmente einzelne Komponenten sind. Es kann auch vorgesehen sein,
dass die einzelnen Segmente zusammenhängen und beispielsweise einstückig an
einer Keramikplatte gebildet sind. Eine entsprechende Keramiklage
lässt sich
auf einfache und kostengünstige
Weise herstellen, da nicht einzelne Keramikfliesen ineinander gefügt werden
müssen,
sondern ein großer
Flächenbereich
mit minimiertem Herstellungsaufwand überdeckbar ist.
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Bei
einer Ausführungsform
sind die erste Keramiklage und/oder zweite Keramiklage durch eine oder
mehrere einstückige
Keramikplatten gebildet. Ob eine oder mehrere Keramikplatten verwendet werden,
hängt davon
ab, welcher Flächenbereich durch
die keramische Panzerung zu schützen
ist. Für die
Herstellung ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Keramikplatten
minimiert wird. Insbesondere weist eine Keramikplatte eine Mehrzahl
von zusammenhängenden
Segmenten auf.
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Es
ist dann insbesondere günstig,
wenn an der mindestens einen Keramikplatte benachbarte Segmente
einstückig
verbunden sind. Dadurch lässt sich
die entsprechende Keramiklage auf einfache und kostengünstige Weise
herstellen. Es ist beispielsweise auch auf einfache Weise möglich, gekrümmte Keramiklagen
herzustellen, welche einen großen
Flächenbereich
abdecken, wobei die Keramiklagen auch eine größere Dicke (insbesondere größer 5 mm)
aufweisen können.
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Es
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die mindestens eine Keramikplatte
eine Länge und
Breite von mindestens 150 mm und vorzugsweise von mindestens 800
mm aufweist. Dadurch lässt sich
mit minimiertem Herstellungsaufwand ein großer Flächenbereich für eine Panzerung
abdecken.
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Günstigerweise
liegt der Abstand zwischen Rissstoppern im Bereich zwischen 5 mm
und 100 mm. Dadurch lässt
sich bei minimiertem Herstellungsaufwand eine definierte Eingrenzung
der Schadensfläche
mit deren Minimierung erreichen. Dadurch wiederum lässt sich
das Schadensvolumen definiert eingrenzen. Der Abstand (welcher die
Größe der Segmente
definiert) ist an den Anwendungsfall angepasst. Beispielsweise ist
es vorteilhaft, wenn Segmente größer ausgebildet
werden, wenn der Impact großer
Projektile zu befürchten
ist, im Vergleich zu Segmenten, wenn der Aufprall kleinerer Projektile zu
befürchten
ist.
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Das
Keramikmaterial der ersten Keramiklage und/oder zweiten Keramiklage
ist ein oxidisches Material oder nicht-oxidisches Material.
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Insbesondere
ist das Keramikmaterial ein carbidkeramisches Material wie beispielsweise
Siliciumcarbid.
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Es
kann je nach Anwendung günstig
sein, wenn die erste Keramiklage und/oder zweite Keramiklage aus
einem monolithischen Keramikmaterial oder aus einem faserverstärkten Keramikmaterial hergestellt
ist. Die Faserverstärkung
kann über
Kurzfasern, Langfasern oder Endlosfasern erfolgen. Es kann auch
eine Faserverstärkung
durch Verwendung eines zellulosehaltigen Ausgangsstoffs erfolgen.
Faserverstärkte
Keramikplatten lassen sich unter Umständen mit größeren lateralen Abmessungen
herstellen als eine monolithische Keramikplatte gleicher Dicke.
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Günstig ist
es, wenn die Segmente unterschiedlicher Keramiklagen unterschiedliche
Abmessungen aufweisen. Die Abmessungen können dabei lateral unterschiedlich
sein und/oder die Dickenabmessungen können unterschiedlich sein.
Es lässt sich
dadurch eine gezielte Anpassung an eine spezielle Anwendung erreichen.
Beispielsweise können eine
oder mehrere Keramiklagen vorgesehen sein, die so ausgebildet sind,
dass sie eine besondere Panzerwirkung gegenüber größeren Projektilen aufweisen.
Dies ist erreichbar, indem die Segmente einer solchen Keramiklage
eine an die zu erwartenden Projektile angepasste Segmentgröße und gegebenenfalls
Segmentdicke aufweisen; bei größeren Projektilen
sind die Segmentabmessungen üblicherweise
größer zu wählen als
bei kleineren Projektilen.
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Es
ist dann besonders günstig,
wenn die Segmente einer weiter außenliegenden Keramiklage kleinere
Abmessungen aufweisen als die Segmente einer weiter innenliegenden
Keramiklage. Die äußere Keramiklage
kann beispielsweise als Splitterschutz und insbesondere als Schutzlage
gegenüber
kleineren Projektilen dienen. Durch die Versetzung der Segmente
relativ zueinander lässt
es sich weitgehend verhindern, dass auftreffende Projektile eine weiter
innenliegende Keramiklage (welche insbesondere zum Schutz gegen
größere Projektile
dient) wesentlich beschädigen.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer keramischen Panzerung bereitzustellen, welches auf einfache
Weise durchführbar
ist und bei dem man eine keramische Panzerung mit effektiver Schadenstoleranz erreicht.
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Dies
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass eine erste Keramiklage mit Rissstoppern und eine zweite Keramiklage
mit Rissstoppern hergestellt wird, und die erste Keramiklage mit der
zweiten Keramiklage über
eine Verbindungsschicht so verklebt wird, dass die Rissstopper der ersten
Keramiklage und die Rissstopper der zweiten Keramiklage in mindestens
einer Querrichtung zu einer Richtung, in welcher die erste Keramiklage
und die zweite Keramiklage aufeinanderfolgen, versetzt sind.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich
auf einfache und kostengünstige
Weise eine keramische Panzerung herstellen, welche eine verbesserte
Multihit-Fähigkeit
bei definierter Eingrenzung der Schadensfläche bzw. des Schadensvolumens
aufweist.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen keramischen
Panzerung erläutert.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang
mit der erfindungsgemäßen keramischen
Panzerung erläutert.
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Insbesondere
werden die erste Keramiklage und/oder zweite Keramiklage über mindestens
eine einstückige
Keramikplatte hergestellt. Die einstückige Keramikplatte wiederum
weist eine Mehrzahl von Segmenten auf, welche insbesondere einstückig zusammenhängen. Dadurch
lässt sich
auf einfache Weise ein hoher Flächenbereich
abdecken. Ferner lassen sich auf einfache Weise auch gekrümmte Keramiklagen
herstellen.
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Insbesondere
werden Rissstopper in einem oder mehreren Vorkörpern auf der ersten Keramiklage
und/oder zweiten Keramiklage vor der Keramisierung hergestellt.
Beispielsweise werden Rissstopper in einem Grünkörper vor der Pyrolyse hergestellt und/oder
in einem Kohlenstoffvorkörper
nach der Pyrolyse des Grünkörpers hergestellt.
Solche Rissstopper lassen sich auf einfache Weise durch mechanische
Bearbeitung beispielsweise über
das Fräsen von
Schlitzen bzw. Ausnehmungen herstellen.
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Günstig ist
es, wenn Rissstopper als Ausnehmungen und/oder Risse in einem kohlenstoffhaltigen
Vorkörper
hergestellt werden. Solche Rissstopper lassen sich mit relativ geringem
Aufwand realisieren.
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Günstig ist
es, wenn auf der äußeren Keramiklage
eine Folie angeordnet wird. Durch diese Folie lassen sich Trümmer an
der entsprechenden Keramiklage halten, um die Multihit-Fähigkeit
zu verbessern.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische (Teil-)Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen keramischen
Panzerung;
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2 eine
Schnittansicht der keramischen Panzerung gemäß 1;
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3 eine
Draufsicht auf die keramische Panzerung gemäß 1; und
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4 eine
perspektivische Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Panzerungssystems.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Panzerung,
welches in den 1 bis 3 gezeigt
und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine erste Keramiklage 12 und
eine zweite Keramiklage 14. Die erste Keramiklage 12 und
die zweite Keramiklage 14 sind über eine Verbindungsschicht 16 adhäsiv miteinander
verbunden. Die Verbindungsschicht 16 ist eine Kleberschicht,
wobei die erste Keramiklage 12 adhäsiv mit der Verbindungsschicht 16 verbunden
ist und die zweite Keramiklage 14 adhäsiv mit der Verbindungsschicht 16 verbunden
ist.
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Die
Verbindungsschicht 16 ist aus einem Kunststoffmaterial
hergestellt. Das Material weist eine gewisse Elastizität auf. Insbesondere
sind die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 flächig und
insbesondere im Wesentlichen über
ihre gesamte jeweilige Oberfläche
mit der Verbindungsschicht 16 verbunden.
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Ein
mögliches
Material für
die Verbindungsschicht 16 ist ein Schmelzklebermaterial
wie PVB (Polyvinylbuteral).
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Die
erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 folgen
in einer Richtung 18 aufeinander. Diese Richtung 18 ist
auch eine Dickenrichtung der ersten Keramiklage 12 und
der zweiten Keramiklage 14. Die erste Keramiklage weist
eine Dicke d1 und die zweite Keramiklage
weist eine Dicke d2 auf. Die Verbindungsschicht 16 weist
eine Dicke d3 auf.
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Die
Dicken d1, d2, d3 können über die
jeweilige Fläche
einheitlich sein oder auch variieren.
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Die
erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 können mit
parallel beabstandeten ebenen Oberflächen oder parallel beabstandeten
gekrümmten
Oberflächen
ausgebildet sein. Es ist auch möglich,
dass die erste Keramiklage 12 und/oder die zweite Keramiklage 14 beabstandete
Oberflächen aufweisen,
welche nicht parallel zueinander sind.
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Die
Dicke d3 der Verbindungsschicht 16 ist kleiner
und insbesondere erheblich kleiner als jeweils die Dicke d1 der ersten Keramiklage 12 und
d2 der zweiten Keramiklage 14.
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Vorzugsweise
sind die Dicken d1 und d2 größer gleich
5 mm und insbesondere größer 10 mm.
Es kann auch vorgesehen, dass die Dicken d1 und/oder d2 größer gleich
30 mm sind.
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Für monolithische
Keramiken existiert eine Faustregel für die Herstellbarkeit mit bekannten
Fertigungsverfahren, gemäß der das
keramische Element mit einer Breite und Länge herstellbar ist, die nicht
größer ist
als das ca. 30-fache der Dicke des keramischen Elements. Je größer also
die Dicke d1 der ersten Keramiklage 12 und
d2 der zweiten Keramiklage 14 gewählt wird,
desto größer in ihren
Längen- und
Breitenabmessungen können
Keramikelemente, mittels welchen die erste Keramiklage 12 und
die zweite Keramiklage 14 hergestellt werden, eingesetzt
werden.
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Bei
den Keramikelementen, mittels welchen die erste Keramiklage 12 und
die zweite Keramiklage 14 hergestellt werden, handelt es
sich insbesondere um Keramikplatten. Die erste Keramiklage 12 kann durch
eine oder mehrere Keramikplatten 20 gebildet sein. Die
zweite Keramiklage 14 kann ebenfalls durch eine oder mehrere
Keramikplatten 22 gebildet sein. Die Keramikplatten 20, 22 können dabei
je nach Anwendung eben ausgebildet sein oder gekrümmte Oberflächen aufweisen.
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Die
erste Keramiklage 12 ist mit Rissstoppern 24 versehen.
Die Rissstopper unterteilen die erste Keramiklage 12 in
Segmente 26, wobei benachbarte Segmente 26 funktionell
durch Rissstopper 24 getrennt sind. Die Rissstopper dienen
dazu, die Ausbreitung von Rissen von einem Segment 26 auf
ein benachbartes Segment 26 zu verhindern. Die Rissstopper 24 stellen
eine Art von Sollbruchstellen dar. Wenn ein bestimmtes Segment 26 von
einem Objekt getroffen und zerstört
wird, dann verhindern die Rissstopper 24, dass die benachbarten
Segmente ebenfalls zerstört
werden.
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Die
Rissstopper 24 liegen auf Rissstopper-Linien 28a, 28b oder
bilden solche Rissstopper-Linien. Die Rissstopper-Linien 28a, 28b kreuzen sich
in Kreuzungspunkten 30. Es ist dabei möglich, dass die Rissstopper 24 bis
zu den Kreuzungspunkten 30 verlaufen oder beabstandet zu
solchen Kreuzungspunkten 30 sind.
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Es
gibt verschiedene Möglichkeiten,
Rissstopper auszubilden. In der
WO 2005/114089 A1 sind Möglichkeiten der Rissstopperausbildung
beschrieben. Auf diese Druckschrift wird ausdrücklich Bezug genommen.
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Beispielsweise
sind Rissstopper über
Risse gebildet oder über
Fehlstellen gebildet.
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Es
ist insbesondere vorgesehen, dass die Rissstopper 24 über Ausnehmungen 32 gebildet sind.
Diese Ausnehmungen 32 sind vorzugsweise in die jeweiligen
Keramikplatten 20 integriert. Sie können dabei in der Dickenrichtung 18 vollständig durchgehend
sein oder nicht durchgehend sein. Vorteilhafterweise sind dabei
die Keramikplatten 20, 22, welche eine Mehrzahl
von Segmenten 26 aufweisen, einstückig ausgebildet, d. h. benachbarte
Segmente 26 einer Keramikplatte 20, 22 hängen einstückig aneinander.
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Beispielsweise
sind die Ausnehmungen in der Dickenrichtung 18 der jeweiligen
Keramikplatte 20, 22 hergestellt. Die Ausnehmungen
können
dabei in einem Winkel von mindestens näherungsweise 0° oder auch
in einem Winkel zwischen 15° und
45° bezogen
auf die Richtung 18 verlaufen. Beispielsweise sind die
Rissstopper 24 durch Nuten und/oder über Nuten oder durch Perforationen
und/oder über
Schlitze gebildet.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
liegt die Tiefe der Nuten bzw. Schlitze im Bereich zwischen 0,05
bis 0,9 der Dicke d1 der ersten Keramiklage 12 in
der Richtung 18.
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Ein
typischer Abstand zwischen Rissstoppern 24 liegt im Bereich
zwischen 5 mm und 100 mm. Dieser Abstandsbereich zwischen 5 mm und
100 mm gibt dann auch die typische Größe (Länge und Breite) für die Segmente 26 vor.
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Günstig ist
es, wenn die Ausnehmungen
32 in die Keramikplatte
20 integriert
und insbesondere in dem Vollmaterial der Keramikplatte
20 gebildet
sind. Solche Rissstopper
24 lassen sich bei der Herstellung
der Keramikplatte
20 herstellen. Dies ist in der
WO 2005/114089 A1 beschrieben.
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Das
Material der ersten Keramiklage 12 kann ein oxidisches
Keramikmaterial oder nicht-oxidisches Keramikmaterial sein. Beispielsweise
ist das Material der ersten Keramiklage 12 ein carbidkeramisches Material
wie SiC. Die Rissstopper 24 werden dabei insbesondere vor
der Keramisierung in einen kohlenstoffhaltigen Vorkörper eingebracht.
Es ist dabei eine Einbringung in einen Kohlenstoffkörper nach
einer Pyrolyse möglich
und/oder eine Einbringung in einen noch zu pyrolysierenden kohlenstoffhaltigen
Vorkörper.
Es ist dabei auch möglich,
dass der kohlenstoffhaltige Körper
mittels eines biomorphen Materials hergestellt wird, welches insbesondere
Zellulose enthält.
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Die
zweite Keramiklage 14 ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie
die erste Keramiklage 12. Die zweite Keramiklage 14 umfasst
ebenfalls ein Rissstoppersystem 34, mittels welchem durch
Rissstopper 36 funktionell getrennte Segmente 38 gebildet sind.
Das Rissstoppersystem 34 der zweiten Keramiklage 14 weist
ebenfalls Rissstopper-Linien 40 auf (die nicht notwendigerweise
gerade sein müssen), welche
sich in Kreuzungspunkten 42 schneiden.
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Das
Rissstoppersystem 34 der zweiten Keramiklage 14 ist
gegenüber
einem Rissstoppersystem 44 der ersten Keramiklage 12 versetzt.
Dies bedeutet, dass die Rissstopper 36 der zweiten Keramiklage 14 zu
den Rissstoppern 24 der ersten Keramiklage 12 in
einer ersten Querrichtung 46 und/oder einer zweiten Querrichtung 48 zueinander
versetzt sind. Die erste Querrichtung 46 steht senkrecht
auf die zweite Querrichtung 48. Sowohl die erste Querrichtung 46 als
auch die zweite Querrichtung 48 stehen wiederum senkrecht
auf die Richtung 18. Die erste Querrichtung 46 und
die zweite Querrichtung 48 sind Flächenerstreckungsrichtungen
der ersten Keramiklage 12 und der zweiten Keramiklage 14.
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Durch
die Versetzung des Rissstoppersystems 44 bezüglich des
Rissstoppersystems 34 sind auch die Segmente 38 der
zweiten Keramiklage 14 zu den Segmenten 26 der
ersten Keramiklage 12 versetzt.
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Projektionen
der Kreuzungspunkte 42 der Rissstopper-Linien 40 des
Rissstoppersystems 34 der zweiten Keramiklage 14 auf
die ersten Keramiklage 12 liegen innerhalb von Segmenten 26 der
ersten Keramiklage 12. Entsprechend liegen Projektionen (in
der Richtung 18) von Kreuzungspunkten 30 der ersten
Keramiklage 12 auf die zweite Keramiklage 14 innerhalb
von Segmenten 38 der zweiten Keramiklage 14.
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Die
Rissstopper 36 der zweiten Keramiklage 14 sind
bezogen auf die Richtung 18 nicht-fluchtend zueinander
ausgerichtet.
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Die
geometrische Ausgestaltung der Segmente 26 und 38 kann
dabei quaderförmig
sein. Es sind aber auch andere Gestaltungen je nach Anwendung möglich.
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Es
ist auch möglich,
dass eine weitere Keramiklage (dritte Keramiklage) mit der zweiten
Keramiklage 14 über
eine entsprechende Verbindungsschicht adhäsiv verbunden ist (in der Zeichnung
nicht gezeigt). Diese dritte Keramiklage weist ebenfalls ein Rissstoppersystem
auf, welches dann zu dem Rissstoppersystem 34 der zweiten
Keramiklage 14 versetzt ist. Es können dann auch noch weitere
entsprechende Keramiklagen vorgesehen sein.
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Die
keramische Panzerung 10 weist einen Schichtaufbau auf,
bei welchem die erste Keramiklage 12 und mindestens eine
weitere Keramiklage, nämlich
die zweite Keramiklage 14, aufeinanderfolgen, wobei die
Verbindungsschicht 16 die erste Keramiklage 12 und
die zweite Keramiklage 14 verbindet.
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Es
kann noch eine Decklage 50 vorgesehen sein, welche auf
der äußeren Keramiklage
sitzt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 bis 3 ist
die äußere Keramiklage
die zweite Keramiklage 14. Die Decklage 50 ist
insbesondere aus einem Folienmaterial gebildet, welches auf die zweite
Keramiklage 14 aufgeklebt ist. Die Decklage 50 ist
dabei vorzugsweise durchgehend ausgebildet und überdeckt beispielsweise das
Rissstoppersystem 34. Die Decklage 50 dient dazu,
bei dem Auftreffen eines Objekts auf die keramische Panzerung 10 entstandene
Splitter an der keramischen Panzerung 10 zu halten. Vorzugsweise
weist die Decklage 50 eine gewisse Elastizität auf.
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Die
keramische Panzerung 10 kann ein Panzersystem bilden oder
Teil eines Panzersystems sein.
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Beispielsweise
lässt sich
die keramische Panzerung
10 in ein Panzerungssystem integrieren, wie
es in der Figur schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit
52 bezeichnet
ist. Ein solches Panzerungssystem ist in der
DE 697 07 560 T2 (
EP 0 810 415 B1 )
beschrieben. Auf dieses Dokument wird ausdrücklich Bezug genommen.
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Bei
dem Panzerungssystem 52 ist auf einer Strukturträgerschicht 54 (Backing)
die keramische Panzerung 10 angeordnet. Die Strukturträgerschicht 54 kann
beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein oder aus Verbundwerkstoffen
wie Kohle-Kevlar.
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Die
keramische Panzerung 10 ist beispielsweise über eine
Klebstoffschicht 56 mit der Strukturträgerschicht 54 verbunden.
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Es
kann auch noch eine Zertrümmerungsschicht 58 vorgesehen
sein, auf welcher die Strukturträgerschicht 54 angeordnet
ist. Die Zertrümmerungsschicht 58 dient
dazu, die Zertrümmerung
der Strukturträgerschicht 54 zu
minimieren.
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Die
keramische Panzerung
10 kann durch mehrere Abdeckschichten
60,
62,
64 abgedeckt
sein. Nach oben ist das Panzerungssystem
52 durch eine Stahlplatte
66 begrenzt.
Bezüglich
des Aufbaus wird auf die
EP
0 810 415 B1 verwiesen. Es lässt sich der gleiche Aufbau
wie dort beschrieben verwenden, wobei anstatt einer Mehrzahl von
Fliesen die erfindungsgemäße keramische
Panzerung
10 eingesetzt wird.
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Die
keramische Panzerung 10 wird wie folgt hergestellt:
Es
werden eine oder mehrere Keramikplatten 20, 22 hergestellt,
um die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 zu
bilden. Es werden dabei die jeweiligen Rissstoppersysteme 34 bzw. 44 integral
mit hergestellt.
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Beispielsweise
wird zunächst
ein kohlenstoffhaltiger Vorkörper
jeweils für
die Keramikplatten 20, 22 hergestellt. Dazu wird
beispielsweise ein zellulosehaltiger Werkstoff verwendet und es
wird ein poröser
Vorkörper
hergestellt. Dieser kohlenstoffhaltige poröse Vorkörper wird mittels Pyrolyse
in einen offenporösen
Kohlenstoffkörper
umgewandelt. In den porösen
Vorkörper
oder in den Kohlenstoffkörper nach
der Pyrolyse werden vor der Keramisierung die Ausnehmungen 32 eingebracht.
Beispielsweise wird ein rechteckförmiges Gitter an Ausnehmungen 32 hergestellt.
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Wie
oben erwähnt
ist es auch möglich,
dass die Ausnehmungen 32 vor der Pyrolyse in den kohlenstoffhaltigen
Körper
(Grünkörper) eingebracht werden.
An diesem Grünkörper ist
die mechanische Bearbeitung erleichtert. Durch Schrumpfung während der
Pyrolyse wird der Spalt zwischen benachbarten Segmenten verkleinert.
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Der
Kohlenstoffkörper
nach der Pyrolyse wird keramisiert. Dies kann beispielsweise über Carbidbildnerinfiltration
erfolgen. Beispielsweise wird eine Siliciumcarbidkeramik hergestellt,
indem eine Siliciuminfiltration erfolgt.
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Es
ist dabei möglich,
dass die Ausnehmungen 32 vor der Keramisierung mit einem
Trennmittel wie Bornitrid befüllt
werden.
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Nach
der Herstellung der Keramikplatten 20, 22 werden
die erste Keramiklage 12 und die zweite Keramiklage 14 gebildet,
indem die Keramikplatten 20, 22 über die
Verbindungsschicht 16 miteinander verklebt werden. Die
Keramikplatten 20, 22 werden dabei so relativ
zueinander positioniert, dass die Rissstoppersysteme 34, 44 versetzt
zueinander sind.
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Anschließend wird
die Decklage 50 auf der zweiten Keramiklage 14 angeordnet.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung wird das
Schadensverhalten der keramischen Panzerung insbesondere auch bei
mehrfachem Impact verbessert, d. h. die Multihit-Fähigkeit
der keramischen Panzerung 10 ist verbessert. Durch die
versetzte Anordnung der Rissstoppersystem 34 und 44 lässt sich
die Schadensfläche
bzw. das Schadensvolumen definiert eingrenzen.
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Wenn
ein Objekt auf die keramische Panzerung 10 auftrifft, dann
werden ein oder mehrere Segmente 26 zerstört. Dabei
wird auch das Objekt (Projektil) zerstört. Durch das Rissstoppersystem 34 der zweiten
Keramiklage 14 wird eine Ausbreitung der Zerstörung auf
weitere Segmente 26 verhindert.
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Maximaler
Schaden kann angerichtet werden, wenn ein Objekt auf einen Kreuzungspunkt 30 des
Rissstoppersystems 34 auftrifft.
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Durch
den Verbund der ersten Keramiklage 12 und der zweiten Keramiklage 14 mit
versetzten Kreuzungspunkten wird der "Tiefenschaden" verringert, da beim Auftreffen eines
Objekts auf einen Kreuzungspunkt 30 der zweiten Keramiklage 14 dem Kreuzungspunkt 30 in
der ersten Keramiklage 12 kein Kreuzungspunkt aufeinanderfolgt.
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Durch
die Verbindungsschicht 16, welche insbesondere eine Kleberschicht
ist, lässt
sich auch das Abplatzen von Keramiksplittern nach dem Auftreffen
eines Objekts zumindest verringern.
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Es
ist auch möglich,
die Keramiklagen 12, 14 mit höherer Dicke herzustellen, um
auch so die Tiefenschadensausbreitung zu minimieren.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, dass die ersten Keramiklagen 12, 14 aus
einem faserverstärkten
Vorkörper
hergestellt werden. Es ist eine großflächige Herstellung möglich, wobei
entsprechende Vorkörper
(Grünling)
auch mehrfach gekrümmt
herstellbar sind.
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Die
Decklage 50 dient ebenfalls dazu, Keramiksplitter an der
keramischen Panzerung zu halten. Durch das Auftreffen eines Objekts
entstehen Keramiktrümmer.
Durch die Decklage 50 können
diese Keramiktrümmer
an der keramischen Panzerung 10 und insbesondere an der
entsprechenden Keramiklage 14 gehalten werden. Dadurch
ergibt sich eine verbesserte Multihit-Fähigkeit, da beim weiteren Auftreffen
eines Objekts dieses nicht auf eine "Leerstelle" trifft, sondern auf die Trümmer und
dadurch entsprechend kinetische Energie verliert. Der Effekt ist
vergleichbar mit dem Auftreffen eines Objekts auf einen Sandsack.
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Die
keramische Panzerung 10 lässt sich angepasst an eine
Anwendung aufbauen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass
eine tiefer innenliegende Keramiklage Segmente aufweist, welche größere laterale
Abmessungen und/oder größere Dickenabmessungen
aufweisen, als eine weiter außenliegende
Keramiklage wie die Keramiklage 14. Die weiter innenliegende
Keramiklage 12 dient dann beispielsweise als Schutzpanzerlage
bezüglich
größerer Projektile,
während
die weiter außenliegende
Keramiklage als Schutzpanzerlage für Splitterschutz und gegenüber kleineren
Projektilen dient. Durch die Versetzung der Segmente der ersten
Keramiklage 12 relativ zu der zweiten Keramiklage 14 und
insbesondere durch die versetzte Anordnung der Rissstopper 24 und 36 lässt sich
erreichen, dass eine Beschädigung
der weiter außenliegenden
Keramiklage 14 beispielsweise durch ein kleineres Projektil
die weiter innenliegende erste Keramiklage 12 nicht wesentlich beschädigt.