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Die Erfindung betrifft ein Verbundpanzerelement, vorzugsweise für ein Fahrzeug, umfassend sich gegenseitig überdeckende, in ein Elastomer gebundene Keramikelemente.
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Es sind Verbundpanzerungen für Fahrzeuge aus einem Stahl hoher Festigkeit und Härte bekannt, welche ein Eindringen eines hochenergetischen Projektils in Fahrzeuge verhindern und somit die in diesem Fahrzeug sitzenden Personen schützen. Auf Grund der Verwendung von Stahl besitzt das Fahrzeug ein großes Gewicht.
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Die
DE 10 2007 019 392 A1 offenbart ein Verbundpanzerungselement, welches mindestens eine Reihe aus zumindest zwei in axialer Richtung hintereinanderliegender stabförmiger Elemente aufweist, die aus sich gegenseitig überdeckende, in Elastomer gebundene keramische Elemente besteht. Durch die Verwendung von Keramikelementen weist das Verbundpanzerungselement zwar weniger Gewicht auf, kann aber im gleichen Bauraum nicht die Beschussklasse von stahlgepanzerten Fahrzeugen erreichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbundpanzerungselement, vorzugsweise für ein Fahrzeug, anzugeben, welches ein gutes Gewichts-Beschussklassenverhältnis in einem vorgegebenen Bauraum aufweist.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe ist mit einem Verbundpanzerelement dadurch gelöst, dass mehrere Lagen einen Sandwichaufbau bilden, wobei eine erste Lage aus den, mit dem Elastomer verklebten, verfugten und ummantelten Keramikelementen besteht, die auf einer Lage aus einem mit Elastomer gebundenen GFK-Gelege angeordnet ist, welche auf einer weiteren Lage aus einem mit Folien beschichteten Panzerstahl positioniert ist, welche auf einer weiteren Lage aus einem Elastomer gebundenen Aramid-Gelege aufliegt. Dies hat, den Vorteil, dass die kinetische Energie eines Projektils beim Eindringen in das sandwichartige Verbundpanzerelement seine kinetische Energie in den einzelnen Lagen unterschiedlich stark verliert, so dass bei einem vorgegebenen Bauraum des Fahrzeuges ein ausreichendes Gewichts-Beschussklassen- Verhältnis gewährleistet wird, bei welchem die kinetische Energie des Projektils bei jeder Beschussklasse vollständig in dem Verbundpanzerelement vernichtet wird. Somit wird die Sicherheit der Insassen des so gepanzerten Fahrzeuges in jedem Fall gesichert.
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Vorteilhafterweise sind die Lagen miteinander durch ein Elastomer verklebt und der gesamte Sandwichaufbau ist von dem Elastomer ummantelt. Dadurch werden Verschiebungen der Lagen untereinander verhindert und die Energieabsorption und die Strukturintegrität des Verbundpanzerelementes bei Einschlag eines Projektils gesichert. Eine Versprödung der Keramik findet auf einer deutlich kleineren Fläche statt und reduziert ein Splittern der Keramik, wobei entstehende Splitter durch die Ummantelung mit dem Elastomer gebunden werden.
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In einer Ausgestaltung weisen die Keramikelemente eine Prismenform auf und sind sich gegenseitig überdeckend verlegt. Dadurch können die Keramikelemente die kinetische Energie des Projektils homogener im Volumen verteilen und abfangen. Darüber hinaus wird bei einer solchen Verlegung auf eine Fuge in Richtung einer Flächennormale der Lage verzichtet.
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In einer Variante sind die Keramikelemente so verlegt, dass sich diese in Einschlagrichtung gegenseitig und großflächig abstützen. Beim Komprimieren der Keramikelemente in Einschlagrichtung reiben die Keramikelemente in Fugenbereichen aneinander, wodurch ein Teil der kinetischen Energie vernichtet wird.
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In einer Ausführungsform wird mehr Energie des einschlagenden Projektils vernichtet, wenn in den Klebeflächen der Keramikelemente Glaskugelfüller eingebracht sind. Die Glaskugeln zerbrechen auf Grund der Reibung der Keramikelemente aneinander, wodurch mehr kinetische Energie vernichtet wird.
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Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Glaskugelfüller Hohlglaskugeln aufweisen. Dadurch wird die Einschlagenergie schneller vernichtet und die restliche Einschlagenergie besser in der Lage der Keramikelemente bzw. dem gesamten Sandwichaufbau verteilt.
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In einer weiteren Ausgestaltung bildet das die Klebeflächen der Keramikelemente bildende Elastomer eine Hart-Gummi-Matrix. Dadurch sind die Keramikelemente elastisch eingebettet. Dieser Hartgummi bewirkt eine verbesserte Strukturintegrität beim Versagen der Panzerung beim Projektileinschlag.
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In einer weiteren Variante sind das GFK-Gelege und/oder das Aramid-Gelege frei von verwebten Fasern. Dadurch wird das duktile Verhalten dieser beiden Lagen beim Auftreffen des Projektils erhöht. Die Verwendung von Fasern würde sich negativ als Sollbruchstelle auswirken.
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In einer weiteren Ausführungsform sind das GFK-Gelege und/oder das Aramid-Gelege gummiert ausgebildet. Insbesondere bei einem gummierten GFK-Gelege wird die restliche Projektilenergie besser in der nächsten Lage aus Panzerstahl verteilt.
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Vorteilhafterweise ist der Panzerstahl direkt vollständig von der Folie umgeben. Dadurch wird fast die gesamte verbleibende kinetische Energie des Projektils im Panzerstahl aufgefangen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbundpanzerelementes,
- 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Lage mit Keramikelementen.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbundpanzerelementes, wie es vorteilhafterweise für gepanzerte Fahrzeuge verwendet wird, dargestellt. Das Verbundpanzerelement 1 weist einen Sandwichaufbau auf und besteht aus 4 Lagen. In der ersten Lage 3 sind prismenartig ausgebildete Keramikelemente 5 in eine Hartgummimatrix 7 elastisch eingebettet und vollständig von dieser umgeben. In der Hartgummimatrix sind Hohl-Glaskugeln 9 verteilt eingebunden. Dadurch wirkt die Keramiklage 3 duktil in Richtung eines Einschlages eines Projektils 11. Die Keramikelemente 5 werden durch Vulkanisieren in dem mit den Glas-Hohlkugeln 9 gefüllten Hartgummi eingebettet.
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Die Prismen der Keramikelemente 5 können dabei dreiseitig, wie in der 2 gezeigt, oder auch vierseitig ausgebildet sein. Die aus Aluminiumoxid bestehenden Keramikelemente 5 stützen sich in z-Richtung (Einschlagrichtung des Projektils) und in der x-y-Ebene gegenseitig und großflächig aneinander ab. Durch die Einbettung in die Hart-Gummimatrix 7 wirkt die Lage 3 aus Keramikelementen 5 leicht duktil, wodurch besser kinetische Energie des Projektils 11 aufgenommen werden kann.
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Die Lage 3 liegt auf einer zweiten Lage 13 aus einem gummierten GFK-Gelege auf. Unter dem GFK-Gelege soll in diesem Schutzrecht ein mit Glasfasern verstärkter Kunststoff verstanden werden, der durch einen 0°/90° Gelegeaufbau eine hohe Festigkeit und Stabilität aufweist. Daran schließt sich eine weitere Lage 15 an, die aus Panzerstahl besteht, welcher vollständig in eine PVB-Folie 17 (Polymerisationsklebstofffolie) eingeschweißt ist. Diese PVB-Folie 17 dient als Verbindungsschicht, Rissstopper und als energieabsorbierende Schicht mit einer sehr guten Dauerschwingfestigkeit und einer hohen Schlagzähigkeit. Unter der Lage 15 aus Panzerstahl ist eine weitere Lage 19 positioniert, die aus einem gummierten Aramid-Gelege oder UHMW-PE-Endumax besteht und einen alternierenden 0°/90°-Schichtaufbau aufweist. Bei UHMW-PE -Endumax handelt es sich um einen 0°/90° versetzten Gelege-Aufbau von vielen Lagen, die mittels einer Doppelbandpresse hergestellt werden und welches eine äußerst hohe Schlagzähigkeit und eine geringe Dichte aufweist. Aramid ist ein aromatisches Polyamid mit einer hohen spezifischen Festigkeit.
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Die Gummierung der zweiten und der vierten Lage 15, 19 erfolgt durch je eine Elastomermatrix 21, 23 zur Verbesserung der Strukturintegrität. Die aufeinanderliegenden 4 Lagen des Verbundpanzerelementes 1 sind vollständig von eine PVB-Panzerfolie 25 umschweißt.
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Bei Aufprall des Projektils 11 auf das beschriebene Verbundpanzerelement 1 in z-Richtung (senkrecht zu den Lagen), wird zunächst die erste Lage 3 mit den Keramikelementen 5 getroffen. Dadurch erfolgt eine Kompression der Keramikelemente 5, wodurch die Hohl-Glaskugeln 9 zerdrückt werden. Durch Reibungsprozesse (Friktionsenergie) zwischen den Keramikelementen 5 und das Quetschen der Hohl-Glaskugeln 9 wird somit ein Teil der kinetischen Energie des Projektils 11 vernichtet. Mit der restlichen kinetischen Energie bewegt sich das Projektil 11 weiter durch die Lage 13 in die Lage 15 aus Panzerstahl, wo die kinetische Energie durch elastische und plastische Verformung fast vollständig vernichtet wird. Die verbleibende Restenergie wird in der dehnbaren, aramid-basierten Lage 19 abgebaut.
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Bei der Herstellung des beschriebenen Verbundpanzerelementes 1 wird zunächst die Lage 19 aus gummierten Aramid-Gelegen alternierend im Sandwich aufgebaut und unter einem Druck/Temperaturprozess konsolidiert. Anschließend wird der Panzerstahl (Lage 15) mit der PVB-Folie 17 unter Temperatur und Druck ummantelt und auf die gummierte Aramid-Schicht (Lage 19) gelegt. Die gummierte GFK-Schicht (Lage 13) wird aus gummierten GFK-Gelegen alternierend um 0° und 90° im Sandwich aufgebaut und unter Temperatur und Druck konsolidiert und anschließend auf der Lage 15 aus dem mit der Folie 17 ummantelten Panzerstahl positioniert. Daran anschließend werden die Keramikelemente 5, wie beschrieben, in ein nicht vulkanisiertes Gummi-Schicht-Halbzeug gemeinsam mit den Hohlglaskugeln 11 eingelegt und auf die vorkonsolidierte Lage 13 aus gummiertem GFK-Gelege gelegt.
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Zwischen jede der genannten vorkonsolidierten Lagen 3, 13, 15, 19 wird ein nicht vulkanisiertes Gummi-Schicht-Halbzeug positioniert und unter Druck und Temperatur vorkonsolidiert. Das gesamte, vorkonsolidierte Sandwich wird mit einer weiteren Panzerfolie 25, vorzugsweise einer PVB-Folie, ummantelt und in einem Autoklav- oder Heiss-Pressprozess unter Druck und Temperatur zusammen kompaktiert. Dabei härtet der Gummi dauerhaft aus und verbindet zusammen mit der PVB-Folie 25 die einzelnen Lagen 3, 13, 15, 19 zu einem kompakten Sandwichaufbau.
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Der beschriebene Multi-Layer-Aufbau benötigt wenig Bauraum, ist leicht und insbesondere auch für Mehrfachtrefferanforderungen geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007019392 A1 [0003]
