DE102015116884A1

DE102015116884A1 - Fahrzeug-Panzerungsbauteil

Info

Publication number: DE102015116884A1
Application number: DE102015116884.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Rüsing; Martin Holzweissig; Jan Lackmann
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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Panzerungsbauteil umfassend ein Stahlblech aus Panzerstahl. Das Stahlblech weist zumindest einen Flächenbereich auf, wobei vor dem Flächenbereich eine Metalllage angeordnet ist, welche aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht. Die Metalllage und das Stahlblech sind in dem Flächenbereich nicht flächig verbunden. Zwischen dem Stahlblech und der Metalllage ist in dem Flächenbereich ein Spalt vorgesehen, wobei das Spaltmaß zwischen 0,0 mm und 2,0 mm bemessen ist.

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 einen Flächenbereich auf, vor welchem eine Metalllage angeordnet ist, die aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff besteht.
Die Metalllage und das Stahlblech sind in dem Flächenbereich nicht flächig verbunden.
Die Metalllage ist insbesondere auf der in einem Fahrzeug außenliegenden bzw. nach außen gerichteten Seite des Panzerungsbauteils vor dem Stahlblech angeordnet.
Zwischen dem Stahlblech und der Metalllage in dem Flächenbereich ist ein Spalt vorgesehen ist. Das Spaltmaß ist zwischen 0,0 mm und 2,0 mm bemessen ist. Ein Spaltmaß von 0,0 mm bedeutet, dass die Metalllage das Stahlblech flächig kontaktiert.
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 vorgelagerten weichen Metalllage. Die sehr guten ballistischen Eigenschaften konnten insbesondere bei Beschussprüfungen mit Weichkerngeschossen nachgewiesen werden.
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 Metalllage. Die Wanddicke des Stahlblechs aus Panzerstahl kann demgegenüber allerdings bei einem erfindungsgemäßen Panzerungsbauteil zwischen 10 % und 35 %, insbesondere um circa 20 %, reduziert werden kann. Bei gleicher Beschussklasse ist der Verbund aus Stahlblech und Metalllage insgesamt dünner als ein konventionelles Panzerungsbauteil. Mit der Wanddickenreduktion geht eine entsprechende Gewichtsersparnis einher. Dies wirkt sich sowohl ökonomisch als auch ökologisch vorteilhaft bei sondergeschützten Fahrzeugen aus.
Die Metalllage kann ein Metallblech oder eine Metallfolie sein. Besonders bevorzugt besteht die Metalllage aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere besteht die Metalllage aus Al99,5.
Alternativ kann die Metalllage auch aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung 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 Metalllage weist eine Dicke von 0,01 mm bis 2,0 mm auf, besonders bevorzugt ist die Dicke der Metalllage zwischen 0,05 mm bis 1,0 mm, insbesondere ist die Metalllage in einer Dicke zwischen 0,1 mm bis 0,5 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 der vorgelagerten Metalllage weist besonders gute Eigenschaften hinsichtlich der Beschussfähigkeit, insbesondere auch einer Mehrfachbeschussfähigkeit und der Durchschusshemmung auf. Insbesondere konnten mit einem Panzerstahlblech aus der erfindungsgemäß verwendeten Stahllegierung in der Kombination mit der dem gegenüber weicheren Metalllage, die lose mit Kontakt oder einem Spalt im erfindungsgemäß vorgeschlagenem Abstand in einem Flächenbereich vor dem Stahlblech angeordnet ist, 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 Metalllage eine Härte von 10 bis 230 Vickers (HV) aufweist. Insbesondere liegt die Härte der Metalllage in einem Bereich zwischen 15 bis 115 Vickers (HV). Vorzugsweise weist die Metalllage 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 einen Flächenbereich aufweist, wobei vor dem Flächenbereich eine Metalllage angeordnet ist, welche aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff besteht.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllage und das Stahlblech in dem Flächenbereich nicht flächig verbunden sind.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stahlblech und der Metalllage in dem Flächenbereich ein Spalt vorgesehen ist, wobei das Spaltmaß zwischen 0,0 mm und 2,0 mm bemessen ist.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllage aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus Al99,5, besteht.
Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllage aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung 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 Metalllage eine Dicke von 0,01 mm bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,05 mm bis 1,0 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,5 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 Metalllage eine Härte von 10 bis 230 Vickers (HV), insbesondere von 15 bis 115 Vickers (HV), vorzugsweise 20 bis 100 Vickers (HV), aufweist.