DE102015017011A1

DE102015017011A1 - Ballistisch- und brandschutzseitige Absorptions-Mehrschicht-Anordnung

Info

Publication number: DE102015017011A1
Application number: DE102015017011.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Pfalz; Andreas Wesner
Original assignee: FIBER-TECH PRODUCTS GmbH
Current assignee: FIBER-TECH PRODUCTS GmbH
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine ballistisch- und brandschutzseitige Absorptions-Mehrschicht-Anordnung mit einer Beaufschlagungsvorderseite sowie einer Rückseite, wobei mindestens eine der Schichten aus faserverstärktem Kunststoffmaterial und wenigstens eine der Schichten aus keramischen Materialien besteht. Erfindungsgemäß sind alle Schichtenmaterialien aus frei verformbaren Komponenten zur Schaffung beliebiger Hüllflächen realisiert, wobei eine der Schichten, einen Hüllflächen-Tragkörper bildend, aus einem kohlenstoff- oder glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial erzeugt ist und der Hüllflächen-Tragkörper mit mindestens zwei weiteren Schichten derart versehen ist, dass mindestens eine dieser Schichten Brand- und Feuerschutz- und eine weitere dieser Schichten Schuss- und Splitterschutz-optimiert ausgelegt ist, sowie weiterhin zwischen den Schichten elastische, Relativbewegungen und Schubspannungen zulassende Kupplungsbereiche ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine ballistisch- und brandschutzseitige Absorptions-Mehrschicht-Anordnung mit einer Beaufschlagungsvorderseite sowie einer Rückseite, wobei mindestens eine der Schichten aus faserverstärktem Kunststoffmaterial und wenigstens einer der Schichten aus einem keramischen Material besteht, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2011 053 484 A1 ist eine Mehrschichten-Anordnung vorbekannt, wobei diese durch eine Absorptionsschicht gebildet ist, die ganz oder mehrheitlich aus Blähglas besteht. Die vorbekannte Anordnung weist eine Beaufschlagungsseite und eine Rückseite auf, wobei wenigstens eine der Schichten durch eine solche Absorptionsschicht entsteht, die eine Matrix aufweist und aus einem Kunststoffharzgemisch gebildet und hierdurch schlagzäh ist.
Die Absorptionsschicht soll eindringende Projektile oder Splitter abstoppen und deren Energie aufnehmen. Wenigstens eine der Schichten der vorbekannten Anordnung ist mehrlagig als Faserschicht mit Lagen aus Aramid oder vergleichbaren Elementen realisiert. Weiterhin soll eine der Schichten durch eine Feinstein- oder Naturstein- oder Keramik bzw. Keramikmischung gebildet werden. Eine Kunststoffdeckschicht soll die Struktur der Anordnung erhalten, beispielsweise dann, wenn eine Keramikplattenschicht durch einen Einschlag beschädigt wird.
Aus der US 2011/0203452 A ist eine mehrschichtige panzerartige Platte vorbekannt, welche eine verformbare äußere Schicht, z. B. aus Polyurethan, eine Keramikschicht, eine Bruchschicht sowie eine Splitterschicht aus gewebten ballistischen Fasern aufweist.
Eine Schutzschicht mit mehreren Schichten, wobei in einer ersten Schicht, z. B. aus Kunststoffmaterialien harte, kugelförmige Monolithen eingebracht werden, und eine zweite Schicht, die einen Schaum niedriger Dichte enthält, sowie mit einer dritten Schicht in Form einer metallischen Trägerplatte nebst zusätzlicher Splitterplatte zeigt die US 2013/0228067 A1 .
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte ballistisch- und brandschutzseitige Absorptions-Mehrschicht-Anordnung im Sinne eines Hybridwerkstoffs für hohe ballistische und Brandschutzanforderungen anzugeben, welche einerseits über eine geringe Masse verfügt und die andererseits von ihrer grundsätzlichen geometrischen Gestaltung her keinen Einschränkungen unterliegt.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine ballistisch- und brandschutzseitige Absorptions-Mehrschicht-Anordnung gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen bzw. vorteilhafte Verwendungen angeben.
Bei der erfindungsgemäßen Absorptions-Mehrschicht-Anordnung wird als einem wesentlichen Ansatzpunkt davon ausgegangen, alle Schichtenmaterialien aus frei formbaren Komponenten zur Schaffung beliebiger Hüllflächen zu realisieren, wobei mindestens eine der Schichten einen Hüllflächen-Tragkörper bildet.
Diese Hüllflächen-Tragkörperschicht besteht bevorzugt aus einem glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial. Alternativ kommt auch ein kohlenstofffaserverstärktes Kunststoffmaterial oder eine Kombination Kohlenstofffaser/ Glasfaser zum Einsatz.
Der Hüllflächen-Tragkörper wird dann mit mindestens zwei weiteren Schichten derart versehen, dass mindestens eine dieser Schichten Brand- und Feuerschutz- und eine weitere dieser Schichten Schutz- und Splitterschutz-optimiert ausgelegt sind.
Weiterhin sind zwischen den Schichten elastische, Relativbewegungen und Schubspannungen zulassende bzw. aufnehmende Kupplungsbereiche ausgebildet.
Die Kupplungsbereiche werden durch entsprechende Grenzschichten realisiert, die eine physikalische und mechanische bzw. chemische Verbindung zwischen den übrigen Schichtenmaterialien gewährleisten.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens eine der Schichten eine textile und/oder metallische Armierung auf.
Weiterhin besteht ausgestaltend die Möglichkeit, dass mindestens eine Schicht aus Beton oder Keramik gefertigt ist.
Die Kupplungsbereiche werden z. B. über Schaummaterialien realisiert, welche hohe Querschubeigenschaften besitzen.
Mindestens in die Rückseite der erfindungsgemäßen Anordnung sind Einleger und/oder Verankerungsmittel einbettbar.
Eine erfindungsgemäße Verwendung der geschaffenen Anordnung besteht z. B. beim Einsatz dieser als Schutzvorrichtung für Personen, Gebäude und/oder mobile Objekte, wie z. B. Fahrzeuge, Schiffe oder dergleichen mehr.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Gemäß Ausführungsbeispiel sollen verschiedene Werkstoffeigenschaften unter dem Aspekt der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung kombiniert werden. Das sich ergebende Verbund- oder Hybridmaterial verfügt im Ergebnis über eine eigene Statik und ist durch die Verarbeitungseigenschaften der Materialien frei formbar. Durch die ausgewählten und bei der Mehrschicht-Anordnung kombinierten Einzelmaterialien lässt sich sowohl eine hohe Brandschutzsicherheit als auch ein Bestand gegen Beschuss bis hin zur Beschussklasse 7 erreichen.
Die einzelnen Werkstoffmaterialien werden so miteinander verbunden, dass sich ihre für den jeweiligen Anwendungsfall ausgewählten Eigenschaften ergänzen. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass sich in den Grenzschichten der Verbindungsbereiche physikalische und mechanische bzw. chemische Kupplungsbereiche ausbilden.
Gemäß Ausführungsbeispiel sind wahlweise textilarmierter Beton, textilarmierte Polymerkunststoffe, textilarmiertes Polyurethan und textilarmierte Keramik kombinierbar.
Durch die entsprechenden Kombinationen lassen sich ausreichende Festig- und Steifigkeiten, das gewünschte statische Tragverhalten, eine befriedigende Werkstoffhaptik, eine geringe Masse sowie eine variable Oberflächenstruktur erreichen. Der Hybridwerkstoff ist nichtbrennbar und bietet einen ausreichenden Ballistikschutz, und zwar ungeachtet der vorteilhaften freien Verformbarkeit.
Gemäß Ausführungsbeispiel werden mindestens drei unterschiedliche Werkstoffe flächig miteinander über die erwähnten Kupplungsschichten zu einem Hybridwerkstoff geformt. Jedes einzelne der eingesetzten Werkstoffmaterialien ist frei verformbar. Mindestens ein Material wird für die Tragfähigkeit der geschaffenen Hüllfläche, ein Material für den Brandschutz und Feuerwiderstand und ein weiteres Material für die Schuss- und Splitterschutzoptimierung ausgewählt.
Bei einer erfolgreich umgesetzten Realisierungsform der Erfindung bestehen zunächst die äußeren Schichten der Anordnung aus einem Hartmaterial mit Softüberzug als Splitterschutz. Beispielsweise kann diesbezüglich auf eine PUR-Hartschaumplatte zurückgegriffen werden, die eine elastische Flächenbeschichtung, z. B. aus Polyurea aufweist.
Dieser Anordnung folgt die Ausbildung einer flexiblen Hemmschicht zum Abbau der Energie eindringender Projektile. Diesbezüglich wird elastischer Gießkautschuk genutzt, welchem eine Aramidschicht folgt. Daran schließt sich eine weitere Gießkautschukschicht an, die wiederum als nächste Schicht Aramid aufweist. Diese Aramidschicht ist erneut mit einer elastischen Gießkautschukschicht abgedeckt. Die vorerwähnte Schichtenfolge geht in einen Hohlraum über, wobei sich zur Innenseite der Anordnung eine innere Schutzschicht anschließt. Diese innere Schutzschicht kann ein armierter Beton, aber auch eine armierte Keramikschicht oder in ähnlicher Form aus vergleichbaren Materialien ausgebildet und realisiert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011053484 A1 [0002]
US 2011/0203452 A [0004]
US 2013/0228067 A1 [0005]

Claims

Ballistisch- und brandschutzseitige Absorptions-Mehrschicht-Anordnung mit einer Beaufschlagungsvorderseite sowie einer Rückseite, wobei mindestens eine der Schichten aus faserverstärktem Kunststoffmaterial und wenigstens eine der Schichten aus einem keramischen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schichtenmaterialien aus frei verformbaren Komponenten zur Schaffung beliebiger Hüllflächen bestehen, wobei eine der Schichten, einen Hüllflächen-Tragkörper bildend, aus einem kohlenstoff- oder glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial realisiert ist und der Hüllflächen-Tragkörper mit mindestens zwei weiteren Schichten derart versehen ist, dass mindestens eine dieser Schichten Brand- und Feuerschutz- und eine weitere dieser Schichten Schuss- und Splitterschutz-optimiert ausgelegt ist, sowie weiterhin zwischen den Schichten elastische, Relativbewegungen und Schubspannungen zulassende Kupplungsbereiche ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten eine textile Armierung besitzt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten aus Beton und/oder Keramik besteht.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbereiche aus Schaummaterialien auf Basis von Elastomeren mit hohen Querschubeigenschaften gebildet sind.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in die Rückseite Einlege- und/oder Verankerungsmittel eingebettet sind.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten eine metallische, flächige Armierung, bestehend aus metallischen Fäden oder Seilen aufweist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch deren Verwendung als Schutzvorrichtung für Personen, Gebäude und/oder mobile Objekte.