DE102008038699A1

DE102008038699A1 - Leichtbaupanzerung

Info

Publication number: DE102008038699A1
Application number: DE200810038699
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Steinwandel; Dietrich Jonke; Martin Englhart; Werner Dürr
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-02-18
Also published as: WO2010017799A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leichtbaupanzerung (1), umfassend eine Panzerschicht (10) aus einem Wabenkörper (15) mit regelmäßigen sechseckigen Waben, in welche keramische oder zusätzlich metallische Pulver (16) mittels eines thermischen Spritzprozesses eingebracht sind.

Description

Leichtbaupanzerungen als Schutz vor direktem Beschuss sind von großer Bedeutung für die Gewichtseinsparung, z. B. bei Einsatzcontainern für den Lufttransport. Derartige voll ausgestattete Container werden von Einsatzkräften in unterschiedlichen Bereichen, z. B. Feldlazaretten, Funkkabinen oder sonstigen mobilen Arbeitsräumen verwendet. Um die Luftverlastbarkeit derartiger Containersysteme zu gewährleisten, ist eine gewichtsreduzierte Bauweise in allen Teilen und Untersystemen unabdingbar.
Der konventionelle Schutz von Einsatzcontainern gegen ballistischen Beschuss besteht in der Anbringung von Metallplatten ausreichender Stärke. Resultierend aus dem hohen spezifischen Gewicht in Frage kommender Materialien (Fe-Basislegierungen mit hohen Ni und Cr-Anteilen, ggf. auch Ni-Basislegierungen, mit einem spezifischen Gewicht von ca. 8–9 g/cm³) sind alternative Materialien von grundsätzlichem Interesse. Dazu sind keramische Werkstoffe, ggf. auch faserverstärkt, bekannt (z. B. DE 101 06 261 A1 ).
Aus der EP 1 521 051 A1 ist eine Panzerung bekannt, die eine Schicht aus einzelnen keramischen Pellets mit sechseckigem Querschnitt umfasst. Die Pellets sind über ein elastisches Material miteinander verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leichtbaupanzerung zu schaffen, die einfach und kostensparend hergestellt werden kann und sich insbesondere zur Serienfertigung eignet.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Ein weiterer Anspruch betrifft ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbaupanzerung.
Die erfindungsgemäße Leichtbaupanzerung umfasst eine Panzerschicht aus einem Wabenkörper mit regelmäßigen sechseckigen Waben, in welche keramische oder zusätzlich auch metallische Pulver mittels eines thermischen Spritzprozesses eingebracht sind.
Umfasst von der Erfindung werden somit rein keramische Füllungen der Waben oder auch eine Kombination aus keramischen und metallischen Füllmaterialien. Im letzteren Fall kann die Schichtdicke aus alternierenden keramischen und metallischen Lagen aufgebaut sein. Als keramische Pulver können z. B. oxidkeramische Materialien, z. B. Al₂O₃, ZrO₂, YSZ (Yttrium-stabilisiertes ZrO2), Lanthan-Hexaaluminat eingesetzt werden. Als metallische Pulver können z. B. Eisen, Kobalt Nickel oder deren Legierungen einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.
Der Wabenkörper kann aus einem Leichtmetall, z. B. Aluminium in Form geeigneter Legierungen (z. B. mit Magnesium, Kupfer oder auch Li-Zuschlägen) bzw. Titan in Form geeigneter Legierungen (z. B. die Luftfahrt-Standardlegierung Ti6Al4V), einem Polymermaterial (z. B. Thermoplaste wie PE, PP u. a. oder Duroplaste wie Polystyrol u. a.), oder aus. einem harzgetränkten organischen Material (z. B. Kartonagen) bestehen.
Auf beiden Flachseiten der Panzerschicht kann eine Kunststoffschicht, z. B. aus Silikon-Kautschuk, angeordnet sein. Diese dienen zur Stabilisierung und zur verbesserten Handhabbarkeit der eigentlichen Panzerschicht.
In typischen Ausführungsbeispielen liegt die Dicke der Panzerschicht im Bereich von einigen cm (entweder bestehend aus einer Lage des Wabenkörpers, oder auch aus mehreren, übereinander liegenden Lagen des Wabenkörpers). Die angrenzenden Kunststoffschichten weisen bevorzugt eine Dicke im Bereich von einigen Millimetern auf.
Als thermische Spritzverfahren können sowohl Plasmaspritzverfahren als auch Flammspritzverfahren (chemisch) eingesetzt werden. Nutzbar sind z. B. die folgenden, dem Fachmann bekannten Standardverfahren:

– atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) Beim APS wird mittels Elektroden ein Plasma-Freistrahl erzeugt. Arbeitsgas ist üblicherweise Argon, mit Zumischungen von Wasserstoff (max. 15%), ggf. auch Stickstoff (max. 10%). Physikalisch definiert ist das Verfahren als Strömungssystem mit einer Gleichstrom-Bogenentladung in einen Plasmakanal (positive Polung) hinein und Austritt der Plasmaströmung unter Ausbildung eines Freistrahls in Atmosphäre. Das zu spritzende Pulver wird unmittelbar hinter der Plasma-Austrittsöffnung in den Freistrahl mittels einer Gasströmung (i. d. R. Argon) eingeblasen. Die Pulverpartikel werden im heißen Plasma oberflächlich aufgeschmolzen, mit der Strömung zum Substrat weitertransportiert und als Schicht dort abgeschieden.
– Lichtbogen-Drahtspritzen (LDS) LDS ist eine ältere Variante des Plasmaspritzens, das für bestimmte Anwendungen auch heute noch zum Einsatz kommt. Wie im Falle des APS ist der Prozess physikalisch definiert als Strömungssystem mit einer Gleichstrom-Bogenentladung. Im Gegensatz zu APS wird das Material über mittels Vorschubeinrichtung aufeinander zulaufende Drähte (i. d. R. Metalle) verspritzt. Üblicherweise liegt ein Draht auf Masse, der zweite auf (negativem) Potential. Zwischen den Drähten entwickelt sich bei geeigneten Prozessbedingungen ein stationärer Lichtbogen. Infolge der hohen Bogentemperatur wird Drahtmaterial aufgeschmolzen und mittels einer Düsenströmung abgerissen, mit der Strömung zum Substrat weiter transportiert und als Schicht dort abgeschieden. Üblicherweis werden so rein metallische Schichten dargestellt. Es ist auch möglich, vorwiegend keramische Schichten abzuscheiden. Dazu werden metallische Hohldrähte verwendet, die mit dem gewünschten keramischen Material verfüllt sind (Pulver oder Pulver-Presslinge).
– Flammspritzen (FS) Beim FS wird mittels eines atmosphärischen Brenners eine Gas- oder Flüssigbrennstoffflamme hoher Enthalpie erzeugt. Unmittelbar hinter der Expansionsseite der Brennerdüse wird entweder pulverförmiges Material (analog APS) eingebracht (Pulver-Flammspritzen – PFS-)oder das abzuscheidende Material wird über einen Draht mit Vorschubeinrichtung (analog LDS) in die Flamme eingebracht (Draht-Flammspritzen – DFS-).
– Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HOVF – High Velocity Oxygen Fuel) Bei der Methode HVOF wird durch spezifische Verbrennungsführung ein Überschall-Freistrahl („Flamme”) hoher Temperatur (ca. 2.500°C im Kernbereich.) erzeugt. Brennstoff ist üblicherweise Kerosin, Oxidator Rein-Sauerstoff. Die Materialzugabe erfolgt üblicherweise über Pulver (analog APS, PFS). Zugabe über Draht ist ebenfalls möglich.

Die einzige Fig. zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Leichtbaupanzerung 1. Sie umfasst eine Panzerschicht 10 aus einem vollständig mit keramischen oder zusätzlich metallischen Pulvern 16 ausgefüllte Wabenkörper 15. Auf beiden Flachseiten der Wabenstruktur 15 ist jeweils eine Kunststoffschicht 20, 30 aus Silikon angeordnet.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbaupanzerung läuft folgendermaßen ab:
Die Basisstruktur aus einem Wabenkörper 15 mit regelmäßigen sechseckigen Waben wird auf einer Platte 20 aus Poymermaterial angeordnet, so dass die Waben von dieser Seite her abgeschlossen sind. In die einseitig offene Wabenstruktur 15 wird das keramische und/oder metallische Material 16 spritztechnologisch eingebracht, bis die Waben der Wabenstruktur 15 vollständig aufgefüllt sind. Nach Abschluss des Spritzprozesses bleibt die Polymerplatte 20 mit der nunmehr aufgefüllten Wabenstruktur 15 verbunden. Zusätzlich kann auf der anderen Flachseite der Wabenstruktur 15 eine weitere Schicht 30 aus Polymermaterial aufgebracht werden.
Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf:

– Es können dreidimensionale gewölbte Strukturen hergestellt werden.
– Mit der Technologie des thermischen Spritzens können unterschiedliche Materialien in beliebiger Kombination in die Wabenstruktur eingebracht werden.
– Die Porosität der herzustellenden Schicht kann gezielt eingestellt werden, auch räumlich variierend innerhalb der Schicht. Dies geschieht durch Variation der Verfahrensparameter des konkret angewandten Spritzverfahrens. Alternativ kann auch gezielt ein thermisches Spritzverfahren gewählt werden, dass aufgrund seiner allgemeinen Eigenschaften die gewünschten Porositätsgrade liefert. Zum Beispiel liefert das HVOF-Verfahren verfahrensbedingt sehr kompakte Schichten.
– Die Verfahrenstechnik ist einfach und zur Ausführung durch Roboter gut geeignet. Das Verfahren ist somit auch zur Serienherstellung geeignet.
– Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können zur Erzielung einer mehrschichtigen Panzerung weitere Panzerschichten aufgespritzt werden, z. B. eine reine Metallplatte, die in diesem Fall keine Wabenstruktur enthält.

Die erfindungsgemäße Leichtbaupanzerung eignet sich insbesondere zum Schutz von Einsatzcontainern (z. B. Funkkabinen, Feuerleitstände, Feldhospitale) sowie leichterer gepanzerter Fahrzeuge (z. B. der Fahrzeugtyp Dingo) vor kleinkalibrigen Geschossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10106261 A1 [0002]
- EP 1521051 A1 [0003]

Claims

Leichtbaupanzerung (1), umfassend eine Panzerschicht (10) aus einem Wabenkörper (15) mit regelmäßigen sechseckigen Waben, in welche keramische oder zusätzlich metallische Pulver (16) mittels eines thermischen Spritzprozesses eingebracht sind.
Leichtbaupanzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wabenkörper (15) der Panzerschicht (10) ausschließlich keramische Pulver eingebracht sind.
Leichtbaupanzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Dickendimension des Wabenkörpers (15) abwechselnd keramische und metallische Lagen eingebracht sind.
Leichtbaupanzerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (15) der Panzerschicht (10) vollständig mit dem keramischen und/oder metallischen Pulvern (16) gefüllt ist.
Leichtbaupanzerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den beiden Flachseiten der Panzerschicht jeweils eine Kunststoffschicht (20, 30) angeordnet ist.
Leichtbaupanzerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Spritzprozess eines der folgenden Verfahren ist: – atmosphärisches Plasmaspritzen, – Lichtbogen-Drahtspritzen, – Flammspritzen, – Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen.
Leichtbaupanzerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerschicht eine Mehrzahl von Wabenkörper-Lagen mit regelmäßigen sechseckigen Waben, in welche keramische oder zusätzlich metallische Pulver (16) mittels eines thermischen Spritzprozesses eingebracht sind, umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Leichtbaupanzerung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit folgenden Arbeitsschritten: – Positionieren eines Wabenkörpers (15) mit regelmäßigen sechseckigen Waben auf einer Kunststoffschicht (20), – Einbringen von keramischen und/oder metallischen Pulvern (16) in den Wabenkörper (15) mit einem thermischen Spritzprozess.