DE102018113859A1 - Zusammenfaltbarer Leichtbau-Container in Sandwichbauweise mit ballistischer Schutzwirkung - Google Patents
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Abstract
Ein kugelsicherer Leichtbau-Container aus einer mehrschichtigen, hybriden, ballistisch ausgelegten Sandwichstruktur, ist dadurch gekennzeichnet, dass er- eine äußere Lage (a) aus einer hochfesten (Sicherheits-)Stahllegierung,- eine zweite, mehrlagige thermoplastische oder duroplastische Hochleistungs-Polymerschicht (b) aus der Gruppe von reißfestem Aramid-, Polyethylen-(UHMWPE) oder Polyester-(TLCP)-Fasergewebe sowie- eine Stützschicht (c) aus einer Leichtmetall-Legierung aus der Gruppe von Magnesium- oder Aluminiumlegierungen aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen zusammenfaltbaren und somit einfach zu transportierenden, modular aufgebauten Leichtbau-Container in Sandwichbauweise mit ballistischer Schutzwirkung, welcher als Wohn- und Schutzeinheit und/oder Versorgungscontainer, insbesondere in Krisen- und Kriegsgebieten, Verwendung findet. Der kugelsichere Leichtbau-Container dient nicht in erster Linie als Transportcontainer sondern dem sicheren Schutz bzw. der Unterbringung von Personen und Gütern.
- Der Leichtbau-Container besteht erfindungsgemäß aus einem
- (1) Bodenelement, einem
- (2) Dachelement, sowie
- (3) Seitenwandelementen in verschiedenen Ausführungen (z.B. inkl. Tür, Fenster, oder als komplett geschlossene Platte).
- Container wurden für den militärischen Transport vom US-Militär bereits in den 1960er Jahren eingesetzt. Diese dienten hauptsächlich der Güterbeförderung und dem Transport von Truppen, aber auch der Unterbringung/Unterkunft von Personen oder wichtigem militärischem Gerät.
- Militärische Stahl-Container gibt es in zwei Varianten:
- Erstens: Starr aufgebaute Standart-Container in der Größe von z.B. 6,0 m × 3.0 m × 3.0 m. Zweitens: Zusammenfaltbare „FlatPack“-Container (ca. 6,0 m × 3.0 m × 3.0 m), welche im zusammengelegten Zustand eine Transportgröße von ca. 6,0 m × 3.0 m × 0,65 m haben. Beide Varianten werden bisher zu ihrem ballistischen Schutz mit einer zusätzlichen, extern zu montierenden Armierung aus hochfestem (Sicherheits-)Stahl und/oder Keramik-Kacheln versehen. Je nach der zu erfüllenden Beschussklasse BR/FB 3 - 7 nach DIN 1522 weisen diese externen Armierungen Dicken zwischen 4 mm und 15 mm auf und sind in der Regel deutlich überdimensioniert.
- Ein in der
EP 2 124 447 A1 beschriebener, insbesondere plattenförmiger Verbundwerkstoff mit ballistischer Schutzwirkung besteht beispielsweise aus zwei oder drei Stahllegierungen mit einer besonders harten, der Beschussseite zugewandten Außenschicht und mit einer darunterliegenden, zähen Stahllegierungsschicht.
Ziel des inEP 2 123 447 A1 beschriebenen Verbundwerkstoffs ist die Schaffung eines verbesserten ballistischen Schutzes bei gleichzeitig reduziertem Eigengewicht. Die hochfeste, harte Außenschicht hat einen hohen Eindringwiderstand gegen die ballistische Einwirkung und bewirkt ein Aufweiten eines Projektils. Die darunterliegende zähe Stahlschicht absorbiert einen Großteil der Energie und hat zudem einen großen Widerstand gegenüber einer nicht erwünschten Rissbildung des Materials. - Die vorliegende Erfindung betrifft einen kugelsicheren Leichtbau-Container in Sandwichbauweise mit integrierter Schutzwirkung, der ohne zusätzlichen externen, ballistischen Schutz als Wohn- und Schutzeinheit oder als Versorgungscontainer in Krisen- oder Kriegsgebieten eingesetzt werden kann.
- Der erfindungsgemäße kugelsichere Leichtbau-Container in Sandwichbauweise basiert auf einem Prinzip ähnlich dem Prinzip der
EP 2 123 447 A1 . Der kugelsichere Leichtbau-Container ist gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine mehrschichtige, hybride, ballistisch ausgelegte Sandwichstruktur, bestehend aus einer - - äußeren Lage (a) aus einer hochfesten (Sicherheits-)Stahllegierung,
- - zweiten, mehrlagigen thermoplastischen oder duroplastischen Hochleistungs-Polymerschicht (b) aus der Gruppe von reißfestem Aramid-, Polyethylen-(UHMWPE) oder Polyester-(TLCP)-Fasergewebe sowie einer
- - planaren oder profilierten Stützschicht (c) aus Leichtmetall-Legierungen aus der Gruppe von Magnesium- und Aluminiumlegierungen.
- Je nach ballistischer Anforderung (z.B. BR/FB 7) können sich weitere reißfeste Hochleistungs-Polymergewebeschichten sowie Stützschichten aus Magnesium- oder Aluminiumlegierung in der Reihenfolge a-b-c-b-c bzw. a-b-c-b-c-b-c usw. anschließen.
- Durch die Variation der Lagenanordnung (z.B. 3-lagig: a-b-c, oder 5-lagig: a-b-c-b-c usw.) sowie der jeweiligen Lagen- bzw. Schichtdicken wird das Werkstoffpotenzial (Festigkeit und Energieaufnahmevermögen) der Einzellagen bzw. Schichten optimal ausgenutzt.
Die Containerwände lassen sich so entsprechend der Beschussklasse BR/FB 3-7 nach DIN 1522 anpassen. Mit der neu entwickelten, ballistischen Sandwichstruktur wird ein optimaler, d.h. maximaler Leichtbau realisiert. Gegenüber herkömmlichen Standart-Containern mit nachträglich angebrachter, externer Armierung aus hochfesten (Sicherheits-)Stahllegierungen und/oder sehr harten Keramik-Kacheln, lassen sich Gewichtseinsparungen von 35 bis 40 % erzielen. - Im Gegensatz zu den heute eingesetzten, überdimensionierten Armierungen aus hochfesten (Sicherheits-)Stahllegierungen und/oder Keramik-Kacheln, die das Geschoss entweder ablenken oder deformieren bzw. zerbrechen, wird bei dem erfindungsgemäßen Leichtbau-Container die äußere Stahllage (a) der Sandwichstruktur zur maximalen Gewichtsreduzierung in ihrer Dicke so gering wie möglich ausgelegt, wobei ein Penetrieren des Projektils durch dieses Stahllage bewusst in Kauf genommen wird.
- Die äußere Stahllage (a) dient hauptsächlich der Reduzierung der Aufprall/Eindringgeschwindigkeit und dem Aufweiten und damit der Oberflächenvergrößerung des Geschosses. Die Energie des Geschosses wird überwiegend in der mehrlagigen Hochleistungs-Polymergewebestruktur (b) abgebaut (Abbremsen der Geschwindigkeit bis auf 0 m/s). Die Lage (c) aus den Leichtmetall-Legierungen auf der Basis von Magnesium oder Aluminium minimiert als wichtige Stützschicht das unkontrollierte Delaminieren und „Ausfransen“ der Gewebelagen, und gewährleistet damit die maximale Schutzwirkung der Sandwichstruktur und verhindert so das Durchdringen des Geschosses.
- Die einzelnen Lagen/Schichten werden mittels eines (reaktiven) Schmelzklebstoffs (Hotmelts), Duroplasten, Thermoplasten oder vorzugsweise dauerelastischen, ggf. temperaturbeständigen Elastomer-Klebstoffen miteinander verklebt.
- Bei der Herstellung warm umzuformender Sandwichstrukturen bei Temperaturen bis 130 °C werden Polyethylen-(UHMWPE) bzw. bei Temperaturen bis 170 °C werden Polyesterbasierte Gewebe (TLCP) eingesetzt - bei Umformtemperaturen über 170 °C werden Aramidgewebe verwendet.
- Der neu konzipierte Leichtbau-Container besteht aus einem Leichtbau-Bodenelement sowie flexibel gestalteten Sandwich-Seitenwand- bzw. Dachmodulen, welche zum vereinfachten Transport/Handling, auf ca. 20 bis 25 % des Containervolumens nach finalem Aufbau, zusammengelegt werden können.
- Der kugelsichere Leichtbau-Container in Sandwichbauweise ist modular aufgebaut. Die Sandwich-Seitenwand-Module, aus vorzugsweise komplett geschlossenen Platten, sind beliebig austauschbar und können so den lokalen Gegebenheiten angepasst werden. Beschädigte Module lassen sich schnell und einfach ersetzen. Die einzelnen Container lassen sich den örtlichen Gegebenheiten anpassen und durch beliebige Kombination mehrerer Container zu einer größeren Einheit zusammenfassen (z.B. Kombination mehrerer Container zu einem Großraum oder zu einer mehrstöckigen Bauweise.
- Gemäß Anspruch 3 ist der Leichtbau-Container dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung der dem Beschuss zugewandten, äußeren Schicht (a) eine Zugfestigkeit von 1.200 MPa bis 2.000 MPa, vorzugsweise 1.350 MPa bis 1.600 MPa, sowie Härten von 380 HBW bis 640 HBW, vorzugsweise 400 HBW bis 550 HBW, aufweist.
- Gemäß Anspruch 4 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (a) eine Dicke von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise 3 mm bis 6.5 mm, hat.
- Gemäß Anspruch 5 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (b) 3 bis 25, vorzugsweise 4 bis 15 Gewebelagen, aus reißfesten Polyethylenfasern (UHMWPE) mit einer Zugfestigkeit von ca. 2.700 MPa bis 3.000 MPa enthält.
- Gemäß Anspruch 6 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die reißfesten Polyethylenfasergewebelagen (UHMWPE) der zweiten Schicht (b) Dichten von 0,95 g/cm3 bis 0,98 g/cm3 bzw. Flächengewichte von 130 g/m2 bis 310 g/m2 aufweisen.
- Gemäß Anspruch 7 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (b) 3 bis 25, vorzugsweise 4 bis 15 Gewebelagen aus reißfesten Aramidfasern mit einer Zugfestigkeit von ca. 2.500 MPa bis 3.500 MPa enthält.
- Gemäß Anspruch 8 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die reißfesten Aramidfasergewebelagen der zweiten Schicht (b) Dichten von 1,44 g/cm3 bis 2,5 g/cm3 bzw. Flächengewichte von 110 g/m2 bis 635 g/m2 aufweisen.
- Gemäß Anspruch 9 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (b) 3 bis 25, vorzugsweise 4 bis 15 Gewebelagen, aus reisfesten Polyesterfasern (TLCP) mit einer Zugfestigkeit von ca. 3.000MPa bis 3.200 MPa enthält.
- Gemäß Anspruch 10 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die reißfesten Polyesterfasergewebelagen (TLCP) der zweiten Schicht (b) Dichten von 1,38 g/cm3 bis 1,41, g/cm3 bzw. Flächengewichte von 140 g/m2 bis 280 g/m2 aufweisen.
- Gemäß Anspruch 11 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (c) aus einer Magensiumknetlegierung, vorzugsweise aus der Gruppe von AZ31, MnE21, ME100, ZE10, besteht.
- Gemäß Anspruch 12 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (c) aus einer Aluminiumknetlegierung, vorzugsweise aus der Gruppe von AA2024, AA3003, AA3004, AA5052, AA5083, AA5383, AA5456, AA6005, AA6016, AA6063, AA6082, AA7020, AA7039, AA7049, AA7050, AA7075, AA7175, AA7475, besteht.
- Gemäß Anspruch 13 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (c) eine Dicke von 1 mm bis 40 mm, vorzugsweise 1 mm bis 5 mm, aufweist.
- Gemäß Anspruch 14 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (a), (b) und (c) mittels eines (reaktiven) Schmelzklebstoffs (Hotmelts), Duroplasten, Thermoplasten oder dauerelastischen, ggf. temperaturbeständigen Elastomer-Klebstoffen miteinander verklebt sind.
- Gemäß Anspruch 15 ist der Container dadurch gekennzeichnet, dass er aus
- - einem Leichtbau-Bodenelement sowie
- - flexibel gestalteten Sandwich-Seitenwand- bzw. Dachmodulen besteht, welche zum vereinfachten Transport/Handling auf 20 bis 25 % des Container-Volumens nach finalem Aufbau zusammenlegbar sind.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2124447 A1 [0005]
- EP 2123447 A1 [0005, 0007]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN 1522 [0009]
Claims (16)
- Kugelsicherer Leichtbau-Container aus einer mehrschichtigen, hybriden, ballistisch ausgelegten Sandwichstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass er - eine äußere Lage (a) aus einer hochfesten (Sicherheits-)Stahllegierung, - eine zweite, mehrlagige thermoplastische oder duroplastische Hochleistungs-Polymerschicht (b) aus der Gruppe von reißfestem Aramid-, Polyethylen-(UHMWPE) oder Polyester-(TLCP)-Fasergewebe sowie - eine Stützschicht (c) aus einer Leichtmetall-Legierung aus der Gruppe von Magnesium- oder Aluminiumlegierungen aufweist.
- Kugelsicherer Leichtbau-Container nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er je nach ballistischer Anforderung (z. B. BR/FB 7) weitere, mehrlagige reißfeste Hochleistungs-Polymergewebeschichten sowie Stützschichten aus Magnesium- oder Aluminiumlegierungen in der Reihenfolge (a-b-c-b-c) bzw. (a-b-c-b-c-b-c) usw. enthält. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung der dem Beschuss zugewandten, äußeren Schicht (a) eine Zugfestigkeit von 1.200 MPa bis 2.000 MPa, vorzugsweise 1.350 MPa bis 1.600 MPa, sowie Härten von 380 HBW bis 640 HBW, vorzugsweise 400 HBW bis 550 HBW, aufweist. - Kugelsicherer Leichbau-Container nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (a) eine Dicke von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise 3 mm bis 6.5 mm, hat. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (b) 3 bis 25, vorzugsweise 4 bis 15, Gewebelagen aus reißfesten Polyethylenfasern (UHMWPE) mit einer Zugfestigkeit von ca. 2.700 MPa bis 3.000 MPa enthält. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass die reißfesten Polyethylenfasergewebelagen (UHMWPE) der zweiten Schicht (b) Dichten von 0,95 g/cm3 bis 0,98 g/cm3 bzw. Flächengewichte von 130 g/m2 bis 310 g/m2 aufweisen. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (b) 3 bis 25, vorzugsweise 4 bis 15, Gewebelagen aus reißfesten Aramidfasern mit einer Zugfestigkeit von ca. 2.500 MPa bis 3.500 MPa enthält. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach
Anspruch 4 oder7 , dadurch gekennzeichnet, dass die reißfesten Aramid-Fasergewebelagen der zweiten Schicht (b) Dichten von 1,44 g/cm3 bis 2,5 g/cm3 bzw. Flächengewichte von 110 g/m2 bis 635 g/m2 aufweisen. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (b) 3 bis 25, vorzugsweise 4 bis 15 Gewebelagen aus reisfesten Polyesterfasern (TLCP) mit einer Zugfestigkeit von ca. 3.000 MPa bis 3.200 MPa enthält. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass die reißfesten Polyesterfasergewebelagen (TLCP) der zweiten Schicht (b) Dichten von 1,38 g/cm3 bis 1,41 g/cm3 bzw. Flächengewichte von 140 g/m2 bis 280 g/m2 aufweisen. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (c) aus einer Magensiumknetlegierung, vorzugsweise aus der Gruppe von AZ31, MnE21, ME 100, ZE10, besteht. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (c) aus einer Aluminiumknetlegierung, vorzugsweise aus der Gruppe von AA2024, AA3003, AA3004, AA5052, AA5083, AA5383, AA5456, AA6005, AA6016, AA6063, AA6082, AA7020, AA7039, AA7049, AA7050, AA7075, AA7175, AA7475, besteht. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (c) eine Dicke von 1 mm bis 40 mm, vorzugsweise 1 mm bis 5 mm hat. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach einem der
Ansprüche 1 bis13 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (a), (b) und (c) mittels eines (reaktiven) Schmelzklebstoffs (Hotmelts), Duroplasten, Thermoplasten oder dauerelastischen, ggf. temperaturbeständigen Elastomer-Klebstoffen miteinander verklebt sind. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach einem der
Ansprüche 1 bis14 , dadurch gekennzeichnet, dass er aus - einem Leichtbau-Bodenelement sowie - flexibel gestalteten Sandwich-Seitenwand- bzw. Dachmodulen besteht, welche zum vereinfachten Transport/Handling auf 20 bis 25 % des Container-Volumens nach finalem Aufbau zusammenlegbar sind. - Kugelsicherer Leichtbau-Container nach
Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet, dass er modular aufgebaut ist und die Sandwich-Seitenwand-Module austauschbar sind, derart, dass die einzelnen Module z.B. inkl. Tür, Fenster oder komplett geschlossene Platten beliebig angeordnet und so den lokalen Gegebenheiten anpassbar sind, derart, dass beschädigte Module schnell und einfach ersetzbar sind.
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