DE102015116879A1

DE102015116879A1 - Fahrzeug-Panzerungsbauteil

Info

Publication number: DE102015116879A1
Application number: DE102015116879.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Borchert; Martin Holzweissig; Udo Klasfauseweh; Christian Rüsing
Original assignee: Benteler Defense GmbH and Co KG
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-10-06
Also published as: EP3153810A1; US20170299344A1; DE102015116879B4; EP3153810B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Panzerungsbauteil umfassend ein Stahlblech aus Panzerstahl. Das Stahlblech weist zumindest einseitig eine mit dem Stahlblech verbundene Beschichtung auf, wobei die Beschichtung aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff, vorzugsweise Aluminium oder Zink, besteht und insbesondere die thermisch aufgespritzte Schicht oder eine galvanisch aufgebrachte Schicht ist. Auch PVD- oder CVD-Verfahren zum Aufbringen der Beschichtung sind möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Panzerungsbauteil, umfassend ein Stahlblech aus Panzerstahl.
Sondergeschützte Fahrzeuge sollen Personen sowie Sachwerte vor Geschossen aus Kurz- und Langwaffen (ballistischer Schutz) schützen. Bei solchen Fahrzeugen soll das Eindringen von Geschossen aus allen Richtungen verhindert werden. Aus diesem Grund werden in den Fahrzeugen Panzerungsbauteile verbaut. Hierzu zählen Seitenteile einschließlich Schweller mit A-, B-, C-, (D-) Säulen und Türen, Front- und Heckbauteile, Dachbereich und Bodengruppe.
Durch die DE 10 2007 005 301 A1 zählt eine Schutzpanzerung für Fahrzeuge zum Stand der Technik. Die Schutzpanzerung weist geschossfeste Stahlplatten auf, welche zur Anpassung an die äußere Karosserieform eines Fahrzeugs einen Winkel einschließen und/oder gekrümmt sind. Zumindest eine Stahlplatte und/oder ein Abschnitt einer Stahlplatte weist gegenüber angrenzenden Stahlplatten eine durch Auftragsschweißung erzeugte höhere Dicke auf.
Im Umfang der WO 02/070982 A1 wird ein gepanzerter Formkörper aus einem mehrschichtigen Verbundblech beschrieben. Das Verbundblech weist eine erste Schicht aus hochfestem Stahl und mindestens eine mit dieser verbundene zweite Schicht aus Titan oder einer Titanlegierung auf. Die zweite Schicht trägt auf ihrer Außenseite eine Hartstoffschicht hoher Härte. Das Verbundblech ist durch Walzplattieren hergestellt.
Die Beschussfestigkeit der Panzerungsbauteile wird durch die Verwendung von Panzerstählen mit hoher Zähigkeit und Härte sowie deren geometrische Auslegung, insbesondere eine entsprechende Dicke der Bauteile, erreicht. Die Panzerungsbauteile haben daher eine relativ große Dicke mit einem entsprechend hohen Gewicht. Eine Reduktion der Dicke und eine Verringerung des Gewichts der bekannten Panzerungsbauteile ist folglich erstrebenswert und zwar unter Sicherstellung der geforderten Beschussfestigkeit, insbesondere auch hinsichtlich einer Mehrfachbeschussfähigkeit (Multihit).
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug-Panzerungsbauteil zu schaffen mit guter Beschussfähigkeit bei reduzierter Bauteildicke und verringertem Gewicht.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Fahrzeug-Panzerungsbauteil gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Panzerungsbauteils sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 14.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Panzerungsbauteil umfasst ein Stahlblech aus Panzerstahl. Das Stahlblech weist zumindest einseitig eine mit dem Stahlblech verbundene Beschichtung auf. Diese Beschichtung besteht aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Panzerungsbauteil weist ausgezeichnete ballistische Eigenschaften auf. Diese resultieren aus der Kombination des Stahlblechs aus Panzerstahl mit hoher Härte und Festigkeit in Verbindung mit der Beschichtung aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff. Die sehr guten ballistischen Eigenschaften konnten sowohl bei Beschussprüfungen mit Hartkerngeschossen als auch mit Weichkerngeschossen nachgewiesen werden.
Die Beschichtung ist insbesondere auf der in einem Fahrzeug außenliegenden bzw. nach außen gerichteten Seite des Panzerungsbauteils auf dem Stahlblech vorgesehen.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug-Panzerungsbauteil mindestens die gleichen Widerstands- bzw. Beschussklassen erreicht werden wie bei einem herkömmlichen Panzerungsbauteil gleicher Art ohne Beschichtung, jedoch die Wanddicke des Stahlblechs aus Panzerstahl bei einem erfindungsgemäßen Panzerungsbauteil zwischen 10 % und 35 %, insbesondere um circa 20 %, reduziert werden kann. Mit der Wanddickenreduktion geht eine entsprechende Gewichtsersparnis einher. Dies wirkt sich sowohl ökonomisch als auch ökologisch vorteilhaft bei sondergeschützten Fahrzeugen aus.
Die Beschichtung ist formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stahlblech verbunden.
Insbesondere ist die Beschichtung eine thermisch aufgespritzte Schicht.
Die Beschichtung kann auch eine galvanisch aufgebrachte Schicht sein. Eine galvanisch aufgebrachte Schicht bedeutet eine durch Galvanisieren der Oberfläche des Stahlblechs erzeugte Beschichtung. Beim Galvanisieren können chemische und galvanische Verfahren zusammen angewandt werden, um Schichten mit besonderen Eigenschaften zu erzielen.
Eine thermisch aufgebrachte Schicht ist durch ein Beschichten aus dem festen, körnigen oder pulverigen Zustand erzeugt. Das Beschichten schließt thermische Spritzverfahren (Flammen-, Lichtbogen, Plasma-) ein ebenso wie Wirbelsintern oder elektrostatisches Pulverbeschichten.
Die Erfindung schließt auch eine Beschichtung ein, die durch eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) erzeugt ist oder die durch eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) erzeugt ist.
Die Erzeugung der Beschichtung aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff durch eine physikalische Gasphasenabscheidung schließt insbesondere folgende PVD-Verfahren ein:

– Thermisches Verdampfen,
– Elektronenstrahlverdampfen,
– Laserstrahlverdampfen,
– Lichtbogenverdampfen,
– Sputtern (Kathodenzerstäubung).

Für die Erzeugung der Beschichtung mittels chemischer Gasphasenabscheidung sind nachfolgende CVD-Verfahren besonders geeignet:

– Plasmaunterstützte Gasphasenabscheidung,
– Heißdrahtgasphasenabscheidung,
– Niederdruck-Gasphasenabscheidung,
– Atmosphärendruck-Gasphasenabscheidung,
– Metallorganische Gasphasenabscheidung.

Besonders bevorzugt besteht die Beschichtung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere besteht die Beschichtung aus Al 99,5.
Alternativ kann die Beschichtung auch aus Zink oder einer Zinklegierung bestehen.
Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Stahlblech eine Dicke von 5,0 mm bis 10,0 mm aufweist. Insbesondere liegt die Dicke des Stahlblechs im Bereich zwischen 7,0 mm bis 9,5 mm. Wiederum vorzugsweise weist das Stahlblech eine Dicke zwischen 7,3 mm bis 8,4 mm auf.
Die Beschichtung weist eine Dicke von 0,01 mm bis 0,4 mm auf, besonders bevorzugt ist die Dicke der Beschichtung zwischen 0,025 mm bis 0,25 mm, insbesondere ist die Beschichtung in einer Dicke zwischen 0,05 mm bis 0,2 mm ausgeführt.
Das Fahrzeug-Panzerungsbauteil kann flächig ausgeführt sein. Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Fahrzeug-Panzerungsbauteil dreidimensional geformt ist. Form und Geometrie sind angepasst auf die Verwendung des Panzerungsbauteils in einem Fahrzeug.
Das Stahlblech des Fahrzeug-Panzerungsbauteils ist besonders bevorzugt zumindest partiell warmgeformt und pressgehärtet, insbesondere ist das Stahlblech vollständig warmgeformt und pressgehärtet. Die verwendeten Panzerstähle können folglich einer Wärmebehandlung mit anschließender Abschreckhärtung unterzogen werden.
Weiterhin kann das Fahrzeug-Panzerungsbauteil mit einer kathodischen Tauchlack-Beschichtung (KTL) versehen sein. Insbesondere erhält das Fahrzeug-Panzerungsbauteil eine kathodische Tauchlack-Beschichtung nach dem Zusammenbau im Fahrzeug und/oder nach dem Zusammenbau mit weiteren Bauteilkomponenten, insbesondere Panzerungsbauteilkomponenten.
Im Rahmen der Erfindung kommt ein Panzerstahl zur Anwendung, der aus einer Stahllegierung besteht, welche mindestens folgende Legierungsbestandteile, ausgedrückt in Gewichtsprozent (Gew.-%) aufweist:

– Kohlenstoff (C) 0,2–0,5
– Mangan (Mn) 0,3–2,5
– Nickel (Ni) 0,5–3,0

Die erfindungsgemäß verwendete Stahllegierung weist vorzugsweise folgende weitere Legierungsbestandteile, ausgedrückt in Gewichtsprozent (Gew.-%) auf:

– Silizium (Si) 0,1–3,0
– Phosphor (P) < 0,05
– Schwefel (S) < 0,02
– Aluminium (Al) < 0,08
– Kupfer (Cu) < 0,12
– Molybdän (Mo) 0,1–1,0
– Bor (B) 0,001–0,01
– Stickstoff (N) < 0,05
– Chrom (Cr) 0,1–1,0
– Titan (Ti) < 0,1
– Cobalt (Co) < 2,0
– Niob (Nb) < 0,08.

Ein Fahrzeug-Panzerungsbauteil aus einem Panzerstahl aus einer vorstehend dargelegten Stahllegierung in der Kombination mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung weist besonders gute Eigenschaften hinsichtlich der Beschussfähigkeit, insbesondere auch einer Mehrfachbeschussfähigkeit und der Durchschusshemmung auf. Insbesondere konnten mit einem Panzerstahl aus der erfindungsgemäß verwendeten Stahllegierung in der Kombination mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Beschichtung eine vorteilhafte Wanddickenreduktion der Panzerungsbauteile unter Gewährleistung der geforderten Widerstands- bzw. Beschussklassen erreicht werden.
Das Stahlblech weist insbesondere nach dem Warmformen und Presshärten eine Härte von 380 bis 760 Vickers (HV) auf. Insbesondere liegt die Härte des Stahlblechs in einem Bereich von 475 bis 665 Vickers (HV), bevorzugt beträgt die Härte des Stahlblechs 520 bis 620 Vickers (HV).
Besonders vorteilhafte Beschussresistenz bzw. eine erhöhte Mehrfachbeschussfähigkeit haben sich gezeigt, wenn die Beschichtung eine Härte von 10 bis 230 Vickers (HV) aufweist. Insbesondere liegt die Härte der Beschichtung in einem Bereich zwischen 15 bis 115 Vickers (HV). Vorzugsweise weist die Beschichtung eine Härte zwischen 20 bis 100 Vickers (HV) auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007005301 A1 [0003]
WO 02/070982 A1 [0004]

Claims

Fahrzeug-Panzerungsbauteil, umfassend ein Stahlblech aus Panzerstahl, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech zumindest einseitig eine mit dem Stahlblech verbundene Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff besteht.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stahlblech verbunden ist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine thermisch aufgespritzte Schicht, eine galvanische aufgebrachte Schicht, eine durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) erzeugte Schicht oder eine durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) erzeugte Schicht ist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus Al 99,5, besteht.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Zink oder einer Zinklegierung besteht.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech eine Dicke von 5,0 mm bis 10,0 mm, insbesondere 7,0 mm bis 9,5 mm, vorzugsweise 7,3 mm bis 8,4 mm, aufweist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von 0,01 mm bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,025 mm bis 0,25 mm, insbesondere 0,05 mm bis 0,2 mm, aufweist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es dreidimensional geformt ist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech zumindest partiell warmgeformt und pressgehärtet ist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer kathodischen Tauchlack-Beschichtung (KTL) versehen ist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Panzerstahl aus einer Stahllegierung besteht, welche mindestens folgende Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent (Gew.-%) aufweist: – Kohlenstoff (C) 0,2–0,5 – Mangan (Mn) 0,3–2,5 – Nickel (Ni) 0,5–3,0 sowie weitere Legierungsbestandteile, Rest Eisen (Fe) und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung folgende weitere Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent (Gew.-%) aufweist: – Silizium (Si) 0,1–3,0 – Phosphor (P) < 0,05 – Schwefel (S) < 0,02 – Aluminium (Al) < 0,08 – Kupfer (Cu) < 0,12 – Molybdän (Mo) 0,1–1,0 – Bor (B) 0,001–0,01 – Stickstoff (N) < 0,05 – Chrom (Cr) 0,1–1,0 – Titan (Ti) < 0,1 – Cobalt (Co) < 2,0 – Niob (Nb) < 0,08.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech eine Härte von 380 bis 760 Vickers (HV), insbesondere von 475 bis 665 Vickers (HV), vorzugsweise 520 bis 620 Vickers (HV), aufweist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Härte von 10 bis 230 Vickers (HV), insbesondere von 15 bis 115 Vickers (HV), vorzugsweise 20 bis 100 Vickers (HV), aufweist.