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Die
Erfindung betrifft eine fluidische Panzeranordnung zur Steigerung
des ballistischen Schutzes leichter gepanzerter Fahrzeuge unter
speziellem Augenmerk auf die Lufttransportierbarkeit.
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Leichte
gepanzerte Fahrzeuge werden sowohl im zivilen als auch im militärischen
Bereich zum Schutz der Fahrzeugbesatzung eingesetzt. Im Zuge der
Forderung weltweiter operativer Tätigkeit müssen
Fahrzeuge schnell verlegt werden können. Der Luftransport
von gepanzerten Fahrzeugen spielt dabei eine große Rolle.
Dieser gestaltet sich allerdings aufgrund des hohen Zusatzgewichts
der Panzerung als problematisch.
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Bekannt
ist eine gattungsgemäße Panzerung, die aus mit
Flüssigkeit befüllbaren Tankelementen besteht.
Jeder Behälter besteht aus Kunstoff oder Leichtmetall mit
einer beschichteten Anordnung eigener karbonverstärkter
Fiberglasplatten. Die Schutzwirkung beruht dabei auf einem Abbremsen, bzw.
Ablenken des Projektils in der Flüssigkeit, wodurch die
Durchschlagskraft verringert wird. Der Behälter weist allerdings
aufgrund seines Materials eine geringe ballisitische Schutzwirkung
auf.
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Die
EP 0741856 B1 zeigt
eine gattungsgemäßes Panzerung, die als Splitterungsbeschichtung für
Panzerfahrzeuge dient. Die Splitterungsbeschichtung ist an der Innenseite
eines gepanzerten Fahrzeuges angeordnet und dient zu Absorbierung
von bei Beschuss entstehenden Splittern. Diese Panzerung ist als
ballistische Schutzvorrichtung gegen Projektile ungeeignet.
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Die
DE 2804630 C1 zeigt
ein Panzerungselement, das aus zwei oder mehreren im Abstand von einander
angeordneten Panzerplatten besteht, zwischen denen Kammern vorgesehen
sind. Das Panzerungselement wirkt gegen Hohlladungsgeschosse, ist
aber zur Panzerung für Fahrzeuge für den Lufttranzsport
aufgrund des hohen Eigengewichts ungeeignet.
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Die
DE 102005013660 A1 zeigt
eine Verbundpanzerplatte, die eine Lage aus hochharten Elementen
aufweist, die nach außen hin kegelförmig oder
pyramidenartig ausgebildet sind und daher mit der darauf befindlichen
Platte mehrere Hohlräume bilden. Auch die Verbundpanzerplatte
ist zur Panzerung für Fahrzeuge für den Lufttranzsport
aufgrund des hohen Gewichts ungeeignet.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Panzeranordnung
derart auszubilden, dass diese ausreichenden Schutz für
die Besatzung des Fahrzeuges gewährleistet aber gleichzeitig
ein geringes Transportgewicht aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine fluidische
Panzeranordnung gelöst, die im montierten Zustand mindestens
einen Hohlraum aufweist, der mit einer Flüssigkeit befüllbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidische Panzeranordnung
ein in Beschussrichtung zugewandtes Plattenelement und mindestens
ein von der Beschussrichtung abgewandtes Wannenelement aufweist,
dass das Plattenelement und das Wannenelement aus hochfestem und/oder
hochhartem Material bestehen.
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Ausgehend
von einer gattungsgemäßen Hohlraumpanzerzung,
die mit einer Flüssigkeit befüllbar ist, liegt
der Erfindung die Kenntnis zu Grunde, dass der unmittelbare Kontakt
von hochfesten und/oder hochhartem Material mit einer Flüssigkeit zur
einer erheblichen Steigerung des ballistischen Schutzes führt.
Durch die hohe Dämpfungswirkung der Flüssigkeit
wird das Bruchverhalten und damit der ballisitische Schutz der des
Plattenelemtes und des Wannenlementesdeutlich erheblich verbessert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen das Plattenelement und
das Wannenelement auf der Innenseite eine dehnbare Folie auf. Durch
die dehnbare Folie wird ein Auslaufen der Flüssigkeit nach
Beschuss verhindert. Vorteilhaft besteht die dehnbare Folie aus
Silikon.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen das
Plattenelement und das Wannenelement aus einem keramischen Werkstoff.
Durch den keramischen Werkstoff besitzen die Elemente der Panzeranordnung
große Härte und Druckfestigkeit und sind im Gegensatz
zu Metallen spröde. Diese Eigenschaften führen
zu einem vorteilhaften Einsatz gegen Hohlladungen und Wuchtgeschosse.
Die große Harte und Druckfestigkeit führt zum
Aufweiten des Metallstachels bzw. des Metallpfeils und vermindert
somit die effektive Eindringtiefe. Im Gegensatz zu bekanntem Panzerstahl, der
bei den hohen Drücken des Metallstachels einer Hohlladung
ausweicht, reagiert Keramik mit Rissbildung. Entstehende Körner
der Keramik dringen in den Metallstachel ein oder werden vor dem
Stachel der Hohlladung komprimiert und hemmen soweit das Fortkommen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen das
Plattenelement und das Wannenelement aus biomorphen SiSiC Werkstoffen.
SiSiC besitzt praktisch keine Restporosität. SiSiC weist
eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, verbunden
mit guter Temperaturwechselbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit auf.
Biomorphe SiSiC Werkstoffen zeigten daher eine sehr gute Schutzwirkung
bei Beschuss mit Stahlhartkernmunition.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Plattenelement und/oder
das Wannenelement mindestens eine weitere Panzerungsschicht auf.
Dadurch wird die Schutzwirkung bei Mehrfachbeschuss erhöht.
Splitter, die bei Beschuss entstehen, werden abgefangen. Das Eindringen
von Splitter in den Fahrzeugraum wird vermieden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist eine Panzerungsschicht die
Struktur eines Fasergewebes auf. Dadurch wir ein deutlich höherer
Risswiderstand, eine deutlich höhere Energieaufnahme sowie
eine sehr gute dynamische Belastbarkeit erreicht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht eine
Panzerungsschicht aus Metall. Dadurch wird nachhaltig die Schutzwirkung
bei Mehrfachbeschuss erhöht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das Plattenelement und
das Wannenelement in einem Flüssigsilicierverfahren hergestellt.
Dadurch können außer ordentlich große
Bauteile mit einer aufwendigen Geometrie mit präzisen Abmessungen
hergestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das Plattenelement und
das Wannenelement miteinander mittels einer Insitu-Fügetechnik
im Flüssigsilicierverfahren verbunden. Das Flüssigsilicierverfahren
bietet den Vorteil, während der Herstellung einzelne Bauteilkomponenten
dauerhaft und ohne zusätzliche Verbindungsmittel zu fügen.
Das Verfahren führt zudem zu einer gleichförmigen
Zusammensetzung der Matrix des Plattenelements und des Wannenelements
ohne Gradienten über den gesamten Querschnitt. Dadurch wird
die Integrität erhöht, was zu hoher Stabilität führt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können
mehrere Wannenelemente hintereinander angeordnet werden. Dies hat den
Vorteil, dass die Panzerungswirkung verstärkt wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Wannenelement mindestens
eine Verstärkungsrippe auf. Dadurch wird das Wannenelement
verstärkt und die Schutzwirkung gegen Einzel- und Mehrfachbeschuss erhöht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere
Verstärkungsrippen in einem bestimmten Winkel zueinander
angeordnet. Durch Verstärkungsrippen wird das Trägheitsmoment
erhöht und die Festigkeit des Wannenelementes bei nur geringer
Gewichtserhöhung verbessert. Gleichzeitig wird das erfinderische
Lösungsprinzip, nämlich die vorteilhafte Wechselwirkung
zwischen hochfesten und/oder hochhartem Material und der Flüssigkeit,
an jeder Verstärkungsrippe erneut umgesetzt, was zu einer
sehr hohen ballistischen Schutzwirkung führt. Ein weiterer
erfindungsgemäßer Vorteil liegt in der Aufteilung
in mehrere Hohlräume des Wannenelementes, in die sich die
Flüssigkeit verteilen kann. Dadurch wird das Auslaufen
der Flüssigkeit nach Beschuss nur auf den getroffenen Hohlraum
des verrippten Wannenelements beschränkt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Verstärkungsrippen
mindestens einen Durchlass auf. Dadurch wird die Flüssigkeit
gleichmäßig in der gesamten Panzeranordnung verteilt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Wannenelement Seitenwände
auf, in denen eine Öffnung angeordnet ist. Dadurch kann
das Wannenelement nach einem Transport mit der Flüssigkeit
befüllt und anschließend bei Bedarf wieder entleert
werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung
durch einen Deckel verschließbar. Dadurch wird verhindert,
dass die Flüssigkeit nach dem Befüllen auslaufen
kann.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Flüssigkeit
aus einer newtonschen Flüssigkeit. Dies hat den Vorteil, Dies
hat den Vorteil, dass die Scherspannung in der Flüssigkeit
bei hohen Schergeschwindigkeiten zunimmt und damit die Flüssigkeit
bei Beschuss eine versteifende sowie eine dampfende Wirkung hat.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Flüssigkeit
aus einer nicht-newtonschen Flüssigkeit. Dies hat den Vorteil,
dass durch die mechanische Einwirkung abgesplitterter Teilchen die
Flüssigkeit auf das Projektil eine ablenkende bzw. bremsend
Wirkung hat.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die
Flüssigkeit feste Partikel. Durch die festen Partikel wird
das Projektil abgebremst und abgelenkt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum
mit schmelzbaren oder lösbaren Medien befüllt.
Aufgrund der hohen Viskosität der Medien, wird das Projektil
abgebremst.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum
mit sich verfestigenden Medienbefüllt. Dieser der Verbund
führt zu einer Verbesserung der ballistischen Schutzwirkung,
da das Projektil im Vergleich mit herkömmlichen Panzerungen
mit geringerem Flächengewicht abgebremst wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum
aus einer Mischung aus festen Partikeln und sich verfestigenden, lösbaren
oder schmelzbaren Medien befüllt. Dies hat den Vorteil,
dass sich eine harte Zwischenschicht ergibt und das Projektil wirksamer
abgebremst und auch abgelenkt wird.
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Im
Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
an Hand der Zeichnungen detailliert beschrieben. Dabei zeigen:
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1a eine
Darstellung einer fluidischen Panzeranordnung als Draufsicht,
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1b eine
Schnittdarstellung der fluidischen Panzeranordnung,
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2a eine
Darstellung einer alternativen Ausführungsform der fluidischen
Panzeranordnung als Draufsicht, bei der ein Wannenelement Verstärkungsrippen
aufweist,
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2b eine
Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform der
fluidischen Panzeranordnung, bei der ein Wannenelement Verstärkungsrippen
aufweist,
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3 eine
Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform der
fluidischen Panzeranordnung mit mehreren Wannenelementen,
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4 eine
Schnittdarstellung einer Seitenwand einer alternativen Ausführungsform
der fluidischen Panzeranordnung mit mehreren Panzerschichten.
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Nach
der Ausführungsart gemäß 1a und 1b besteht
die fluidische Panzeranordnung aus einem in Beschussrichtung zugewandtem
Plattenelement 2 und einem von der Beschussrichtung abgewandtem
Wannenelement 3. Das Plattenelement 2 und das
Wannenelement 3 bilden im montierten Zustand einen Hohlraum 1,
der mit einer Flüssigkeit befüllbar ist. Das Plattenelement 2 und
das Wannenelement 3 werden miteinander mittels einer Insitu-Fügetechnik
im Flüssigsilicierverfahren verbunden. In den Seitenwänden
des Wannenelementes 3 befindet sich eine Öffnung 5,
durch diese die Flüssigkeit in den Hohlraum der fluidi schen
Panzeranordnung gefüllt werden kann. Hier ist eine zusätzliche Öffnung
denkbar, die zum Entleeren der fluidischen Panzeranordnung als Auslass
dient. Die zusätzliche Öffnung ist in 1a und 1b nicht
dargestellt. Alle Öffnungen sind durch einen in den 1a und 1b nicht
dargestellten Deckel verschließbar.
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Der
Hohlraum kann mit einer dehnbaren Folie 8, die ein Auslaufen
des Mediums nach Beschuss verhindert, ausgekleidet werden. Diese
kann vor dem Befüllen des Hohlraumes 1 durch ein
Beschichten der Innenseiten des Plattenelements 2 und des
Wannenelements 3 mit Silikon erzeugt werden.
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Die
fluidische Panzeranordnung kann an verschieden Fahrzeugtypen angebracht
werden. Zum Transport eines mit der fluidischen Panzeranordnung
gepanzerten Fahrzeuges kann die fluidische Panzeranordnung entleert
werden. Die fluidische Panzeranordnung wird dadurch sehr leicht
und stellt damit keine zusätzliche signifikante Gewichtskomponente
für einen Lauftransport dar. Nach dem Transport wird die
fluidische Panzeranordnung wieder mit Flüssigkeit befüllt
und erhält somit wieder ihren vollen Panzerschutz.
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Die
Plattenelemente 2 und Wannenelemente 3 der fluidischen
Panzeranordnung können aus keramischen Werkstoffen bestehen.
Sie bieten eine gute Schutzwirkung bei Beschuss mit Hartkernmunition bei
deutlich reduziertem Flächengewicht gegenüber Panzerungen
aus Stahl oder Aluminium. Untersuchungen mit biomorphen SiSiC-Keramiken
auf der Basis von kommerziellen mitteldichte Faserplatten zeigten
eine sehr gute Schutzwirkung bei Beschuss mit Stahlhartkernmunition.
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Die
Schutzwirkung der fluidischen Panzeranordnung beruht auf dem erfinderischen
Lösungsansatz, dass der unmittelbare Kontakt von hochfestem und/oder
hochhartem Material mit einer Flüssigkeit zur einer erheblichen
Steigerung des ballistischen Schutzes führt. Bei Beschuss
wird zunächst der Impuls des Projektils durch das Plattenelement 2 auf
die im Hohlraum der fluidischen Panzeranordnung befindlichen Flüssigkeit übertragen.
Durch den starken Druckanstieg nimmt die Viskosität der
Flüssigkeit zu. Die Flüssigkeit wirkt daher zunächst
dämpfend auf das Plattenelement 2. Die Bruchfestigkeit
der Plattenelemente 2 und der Wannenelemenete 3 wird deutlich
verbessert. Dadurch können die Wandstärken der
Plattenelemente 2 und der Wannenelemenete 3 gegenüber
herkömmlichen Panzerplatten verringert werden.
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Bei
Eintreten des bereits durch das Plattenelement 2 abgebremsten
Projektils in den Hohlraum 1 der fluidischen Panzeranordnung
wird das Projektil durch die Flüssigkeit weiterhin abgebremst
und abgelenkt. Entsprechend der Erfindung wird über die bekannten
Wirkmechanismen der Rheologie die noch vohandene kinetische Energie
des Projektils durch die Flüssigkeit in thermische Energie
umgewandelt. Dazu sind verschiende alternative Füllmedien
mit unterschiedlichen Eigenschaften möglich.
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So
kann beispielsweise der Einsatz von nicht-newtonschen Flüssigkeiten
auf das Projektil ablenkend bzw. abbremsend wirken. Besteht die
Flüssigkeit aus einer nicht-newtonschen Flüssigkeit,
die dilatant ist, nimmt durch die mechanische Einwirkung der abgesplitterten
Teilchen die Viskosität der Flüssigkeit zu. Sie
wirkt dann verstärkend bzw. versteifend und ablenkend bzw.
bremsend auf das Projektil. Ist die nicht-newtonschen Flüssigkeit
strukturviskos, nimmt durch die mechanische Einwirkung der abgesplitterten
Teilchen die Viskosität der Flüssigkeit ab und
diese wirkt damit auf das Projektil dampfend und ablenkend bzw.
bremsend.
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Es
ist auch denkbar, dass der Hohlraum mit sich verfestigenden Medien,
wie zum Beispiel Silikon oder Kunstharzen, befüllt ist.
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Durch
die mögliche Verwendung von festen Partikeln als Füllmedium,
wie z. B. SiC, B4C, Al2O3 oder ähnliche, entsteht innerhalb
der Flüssigkeit ein Mehrschichtaufbau aus harter Keramik
und dampfenden sowie zähen Materialien. Die festen Partikel reduzieren
ebenfalls die Geschwindigkeit des Projektils und lenken es gleichzeitig
ab.
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Der
ebenfalls mögliche Einsatz von schmelzbaren oder lösbaren
Medien, wie z. B. Leichtmetalle, Wachse oder Salze erhöhen
die Viskosität. Sich verfestigende Medien, wie z. B. Kunststoffe
(Epoxidharz, Phenolharze, Silikon) bremsen die Geschwindigkeit des
Projektils. Denkbar ist auch eine Mischung aus festen Partikeln
insbesondere Nanopartikeln oder Kohlenstoffnanoröhrchen
(carbon nanotubes, CNT) und sich verfestigende, lösbare
oder schmelzbare Medien.
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Die 2a und 2b zeigen
eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform der
fluidischen Panzeranordnung mit Verstärkungsrippen 4. Die
Verstärkungsrippen 4 sind hier in einem Winkel von
90° zu einander angeordnet. Eine Anordnung in einem anderen
Winkel, vergleichbar einer Wabenstruktur, ist ebenfalls möglich.
Die Gestaltung und der Querschnitt der Hohlräume, die sich
aus der Anordnung der Verstärkungsrippen 4 ergeben,
ist variabel.
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Die
einzelnen Hohlräume sind durch Durchlässe 6 in
den Verstärkungsrippen 4 miteinander verbunden,
so dass sich die Flüssigkeit gleichmäßig
in der fluidischen Panzeranordnung verteilen kann.
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3 zeigt
eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform
der fluidischen Panzeranordnung mit mehreren Wannenelementen 3.
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Das
Panzerelement 2 und das Wannenelement 3 der fluidischen
Panzeranordnung werden durch ein nicht dargestelltes Flüssigsilicierverfahren hergestellt.
Bei diesem Verfahren werden das Panzerelement 2 und das
Wannenelement 3 zunächst aus einer Holzfaserplatte
mit einer definierten Dichte und Zusammensetzung aus Holzfasern
und Bindemittel wie z. B. Phenolharz über ein Warmpressverfahren
hergestellt. Alternativ können pulverförmige Additive
wie z. B. SiC, Borcarbid oder ähnliche und/oder Kurzfaser
wie z. B. C, SiC, SiBNC oder ähnliche zu der Pressmasse
hinzugegeben werden. Die Holzfaserplatte kann als einfache, ebene
Platte oder als endkonturnaher Formkörper hergestellt werden. Anschließend
wird die Holzfaserplatte mechanisch bearbeitet. Eine Fügung
einzelner Holzfaserplatten zueinander geschieht durch Klebung. Die
Holzfaserstruktur wird zu einer porösen C-Platte pyrolisiert. Eine
anschließende mechanische Bearbeitung wie auch Fügung
der pyrolisierten Holzfaserplatte ist möglich. Bei der
darauf folgenden Flüssigsilicierung der gefügten
C-Hohlstruktur wird schmelzflüssiges Silicium infiltriert.
Dieses reagiert mit dem Kohlenstoff der Matrix zu Siliziumkarbid.
Das Wannenelement 3 wird anschließend mit dem
Plattenelement 2 durch Insitu-Fügetechnik 7 im
Flüssigsilicierverfahren wie beschrieben miteinander verbunden.
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Es
ist weiterhin möglich die fluidische Panzeranordnung direkt
als Bestandteil einer Fahrzeugkarosserie in ein Fahrzeug zu integrieren.
Durch das beschriebene Flüssigsilicierverfahren als Herstellungsverfahren
kann die fluidische Panzeranordnung in jeder Form gestaltet werden.
So ist beispielsweise auch die Form eines Kotflügels denkbar.
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4 zeigt
eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform
der fluidischen Panzeranordnung, bei der das Plattenelement 2 und/oder
das Wannenelement 3 mindestens eine weitere Panzerungsschicht
aufweisen.
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Wie
in 4 dargestellt befindet sich hinter dem Plattenelement 2 aus
hochfestem und/oder hochhartem Material mindestens eine weitere
Panzerungsschicht. Mehrere Panzerungsschichten können aus
einer Metallschicht 10 und aus einer Schicht mit einem
Fasergewebe 9 sowie der Slilkonschicht 8 bestehen.
Bei dem Wannenelement 3, das in 4 nicht
dargestellt ist, ist der Aufbau ähnlich. Im Hohlraum des
Wannenelements 3 befindet sich die Silikonschicht 8.
Darauf folgt das hochfeste und/oder hochharte Material des Wannenelementes 3 und
dahinter die möglichen Schichten aus Metall 10 und dem
Fasergewebe 9.
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Durch
den mehrschichtigen Aufbau wird die Schutzwirkung bei Mehrfachbeschuss
erhöht. Es wird verhindert, dass Splitter und Bruchstücke
des Projektils und der keramischen Platten die Panzerung durchbrechen
und in das Fahrzeug eindringen können.
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Die
Panzerungsschicht mit der Struktur eines Fasergewebes 9 erhöht
deutlich den Risswiderstand. Somit wird eine sehr gute dynamische
Belastbarkeit erreicht.
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Die
Panzerungsschicht aus Metall 10 erhöht nachhaltig
die Schutzwirkung bei Mehrfachbeschuss.
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- 1
- Hohlraum
- 2
- Plattenelement
- 3
- Wannenelement
- 4
- Verstärkungsrippen
- 5
- Öffnung
- 6
- Durchlass
- 7
- Fügestelle
(Insitu-Fügetechnik im Flüssigsilicierverfahren)
- 8
- dehnbare
Folie
- 9
- Panzerungsschicht
mit einer Struktur eines Fasergewebes
- 10
- Panzerungsschicht
aus Metall
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0741856
B1 [0004]
- - DE 2804630 C1 [0005]
- - DE 102005013660 A1 [0006]