DE19832255A1

DE19832255A1 - Leichtpanzerungselement

Info

Publication number: DE19832255A1
Application number: DE19832255A
Authority: DE
Inventors: Joerg Ackermann
Original assignee: Sachsenring Entwicklungs GmbH
Current assignee: Sachsenring Fahrzeugtechnik GmbH
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2000-01-27
Also published as: EP1099089A1; AU5966699A; WO2000006966A1; DE59903185D1; EP1099089B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leichtpanzerungselement aus mehreren beschußhemmenden Lagen, insbesondere für Sonderschutzfahrzeuge, deren Karosserieteile in Richtung zum Fahrgastraum mit beschußsicheren Panzerelementen ausgekleidet werden. Bekannt ist das Auskleiden mit Panzerstahl, der jedoch ein hohes Gewicht aufweist. Panzerstahl kann ebenfalls nur aufwendig und mit realtiv kostenintensiven Werkzeugen einer gewünschten Oberflächenkontur angepaßt werden. Es sind weiterhin Panzerungselemente aus glasfaserverstärkten Kunststoffen und Aramidfasergeweben bekannt, die jedoch ebenfalls nicht günstig zu verformen sind und eine ungenügende Beschlußsicherheit bei Randbeschuß und Beschuß im Winkel von 45 DEG aufweisen. Alle bekannten Panzerungselemente zur Innenauskleidung von Sonderschutzfahrzeugen sind nur mit erhöhtem Aufwand an die konstruktiven Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeuges anpaßbar. Aufgabengemäß wurde ein Panzerungselement geschaffen, das aus mindestens zwei Lagen unterschiedlicher Faserverbundschichten besteht, die geeignet sind, das Durchdringen eines Geschosses zu verhindern. Dazu weist mindestens eine in Beschußrichtung weisende erste Faserverbundschicht eine Festigkeit auf, die die Energie des Geschosses aufnimmt. Die zweite Faserverbundschicht weist eine hohe Elastizitär auf und hält dadurch das Geschoß fest. Die mattenartige Kombination der unterschiedlichen Faserverbundschichten ermöglicht deren gute dreidimensionale Verformbarkeit, die einfache Anpassung an ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtpanzerungselement, insbesondere für Sonderschutzfahrzeuge, aus mindestens zwei beschußhemmenden Lagen.

Bei derartigen Sonderschutzfahrzeugen ist es üblich, die Karosserieteile in Richtung zum Fahrgastraum mit beschußsicheren Panzerelementen auszukleiden. Bekannt ist dazu die Anwendung von Panzerstahlplatten. Diese gewährleisten die Beschußsicherheit bis zur höchsten Beschußklasse B7, weisen jedoch ein hohes Gewicht auf und können nur aufwendig und mit relativ kostenintensiven Werkzeugen in eine gewünschte Oberflächenkontur geformt werden. Die Anpassung an unterschiedliche Beschußstärken ist ebenfalls nicht einfach möglich.

Weiterhin sind Panzerungselemente bekannt, die aus verschiedenen Verbundmaterialien bestehen. Dabei wird eine Leichtpanzerung gem. DE 43 00 746 A1 in Mehrschichtbauweise aus zwei Panzerungselementen gebildet. Jedes Panzerungs element besteht aus einen Verbund einer Faserverbundschicht und einer hochharten Metallschicht. Diese Metallschicht ist ganzflächig aufgebracht, wodurch sich das Gewicht ebenfalls erhöht und eine dreidimensionale Verformung schwer möglich ist. In WO 96/18089 wird ein Element zum Absorbieren der Energie eines Projektils beschrieben, welches ebenfalls aus mehreren unterschiedlichen Lagen besteht. Die erste in Beschußrichtung weisende Lage ist härter als 25 HRC, die zweite Schicht hat eine Härte von 20-40% der ersten Schicht. Eine dünne dritte Schicht absorbiert oder akkumuliert durch ihre Deformation die Energie des Projektils. Die dritte Schicht besteht dabei aus Kohlenstoffstahl, Fiberglas oder aus auf Kohlenstoffbasis basierenden Werkstoffen. Nachteilig dabei ist ebenfalls, daß eine Anpassung dieses Elements an eine gewünschte Oberflächenkontur nicht einfach möglich ist. Weiterhin ist dessen Herstellung relativ aufwendig und eine unkomplizierte Anpassung an verschiedene Beschußstärken nicht ohne weiteres möglich.

In DE 34 26 458 A1 wird ein geschoßhemmendes Laminat aus einer Vielzahl von Aramidgewebelagen beschrieben. Das Aramidgewebe hat dabei die Eigenschaft, die durch den Aufprall bzw. das Durchdringen am harten Material verformten oder in Splitter zerlegten Geschosse gut aufzuhalten. Nachteilig ist jedoch, daß zur Herstellung dreidimensionaler Formen aus Aramidfasergewebe sehr kostenintensive Werkzeuge erforderlich sind. Eine beschußsichere Matte zum Abdecken von Fahrzeugwandungen ist aus DE 195 43 127 A1 bekannt. Diese besteht aus biegsamen beschußsicheren Gewebeschichten und ist mit einem flüssigkeitsdichten Oberflächenschutz versehen. In DE G 92 15 781.5 U1 wird eine Panzerung für Fahrzeuge beschrieben, bei welcher die dem Innenraum des Fahrzeuges zugekehrte Oberfläche zusätzlich zu Panzerplatten aus Panzerstahl mit Gewebematten an Stoßstellen großflächig übergreifend überdeckt ist. Auch die Gewebematten überlappen sich an ihren Stoßstellen.

Bei den vorgenannten Panzerungselementen, die Matten aus Aramidgeweben oder andere beschußsicheren Gewebearten verwenden, ist die Beschußsicherheit bei Randbeschuß und im Winkel von 45° nicht gewährleistet. Eine flexible Anpassung an verschiedene Beschußklassen und die konstruktiven Besonderheiten eines Fahrzeuges ist ebenfalls nicht einfach möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leichtpanzerungselement, insbesondere für Sonderschutz fahrzeuge, zu entwickeln, das den Anforderungen an die Beschußsicherheit einfach angepaßt werden kann, dabei gleichzeitig leicht in dreidimensionale Formen bringbar und den konstruktiven Gegebenheiten des Fahrzeugs einfach anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst, welche durch die Merkmale der Unteransprüche weiter ausgebildet werden.

Das Leichtpanzerungselement besteht dabei aus mindestens zwei beschußhemmenden Lagen, wobei mindestens zwei Lagen aus unterschiedlichen Faserverbundschichten Anwendung finden, die dreidimensional formbar und geeignet sind, das Durchdringen eines Projektils ganzflächig zu verhindern.

Dabei gewährleistet es

- mindestens die Beschußsicherheit bei Verwendung einer Handfeuerwaffe in der Art einer Kaliber 357 Magnum, mit einem Vollmantel-Kugelspitzkopfgeschoß mit Weichkern mit einer Geschoßmasse von 10,2 g und einer Geschwindigkeit von 430±10 m/s bei einer Beschußentfernung von 5 m,
dies entspricht:
- - einem Normbeschuß der Beschußklasse B4 nach der Klassifikation der Europäischen Prüfnorm EN 1063 (welche der DIN EN 1063 entspricht) und nach DIN EN 1522-1,
- - bzw. der Beanspruchungsart 3 für den Beschuß angriffs hemmender Stoffe nach DIN 52290
sowie
- mindestens die Beschußsicherheit bei Verwendung einer Handfeuerwaffe in der Art einer Kaliber 357 Magnum, mit einem Vollmantel-Kugelspitzkopfgeschoß mit Weichkern mit einer Geschoßmasse von 10,2 g und einer Geschwindigkeit von 430±10 m/s bei einer Beschußentfernung von 5 m,
dies entspricht:
- - einem Normbeschuß der Beschußklasse B4 nach der Klassifikation der Europäischen Prüfnorm EN 1063 (welche der DIN EN 1063 entspricht) und nach DIN EN 1522-1,
- - bzw. der Beanspruchungsart 3 für den Beschuß angriffs hemmender Stoffe nach DIN 52290.

Mit dem Leichtpanzerungselement wird auch bei dessen Randbeschuß im Abstand von 10 mm seines Randes und bei Beschuß im Winkel von 45°, 10 mm vom Kantenabstand des Bauteils, bei der Verwendung von Vollmantel-Kugelspitz kopfgeschossen mit Weichkern in Verbindung mit Kaliber 357 Magnum und von Vollmantel-Flachkopfgeschoß mit Weichkern in Verbindung mit Kaliber 44 Remington Magnum, das Durchdringen von Geschossen verhindert. Auch bei einem Dreiecksbeschuß mit dreifachem Kaliberabstand (Multihit), bei der Verwendung von Vollmantel-Kugelspitzkopfgeschossen mit Weichkern in Verbindung mit Kaliber 357 Magnum und von Vollmantel-Flachkopfgeschossen mit Weichkern in Verbindung mit Kaliber 44 Remington Magnum wird das Durchdringen des Projektils vermieden. Dazu weist es mindestens eine erste hochverfestigende hochfeste Faserverbundschicht - nach folgend als harte Faserverbundschicht bezeichnet und mindestens eine zweite hohe Energieabsorptionsfähigkeit auch bei Impactbelastung aufweisende Faserverbundschicht - nachfolgend als elastische Faserverbundschicht bezeichnet auf.

In Beschußrichtung werden dabei vorzugsweise mehrere erste harte Faserverbundschichten und anschließend mehrere zweite elastische Faserverbundschichten angeordnet, so daß auf einen die Geschoßenergie bremsenden harten Bereich aus vorzugsweise mehreren harten Faserverbundschichten ein das Projektil zurückhaltender elastischer Bereich aus vorzugsweise mehreren zweiten elastischen Faserverbund schichten folgt.

Es ist jedoch auch möglich, daß auf einen Bereich aus harten Faserverbundschichten ein Bereich aus elastischen Faserverbundschichten und danach ein Bereich aus harten Faserverbundschichten folgt und sich wiederum daran ein Bereich aus vorzugsweise mehreren elastischen Faserverbundschichten anschließt usw., bis gewährleistet wird, daß das Projektil das Leichtpanzerungselement nicht mehr durchdringt.

Eine weitere, jedoch nicht bevorzugte Variante besteht auch darin, in Beschußrichtung zuerst eine oder mehrere der zweiten Faserverbundschichten anzuordnen. Die Anzahl der Faserverbundschichten ist insgesamt entsprechend der geforderten Beschußsicherheit zu variieren.

Es ist auch möglich, bereichsweise die Anzahl der harten Faserverbundschichten und/oder der elastischen Faserver bundschichten zu erhöhen. Dies erfolgt vorzugsweise im Randbereich örtlich oder umlaufend. Die Erhöhung weist dabei vorzugsweise in Beschußrichtung. Durch diese randseitige Erhöhung der Faserverbundschichten wird insbesondere dem Randbeschuß und dem 45° Beschuß besser Rechnung getragen.

Die Faserverbundschichten bestehen vorzugsweise aus in Bindemitteln eingebetteten organischen und/oder anor ganischen Fasern. Dabei können Flachsfasern, Hanffasern, Sisalfasern, Aramidfasern, Glasfasern, Carbonfasern, Poly ethylenfasern oder Kombinationen dieser Faserwerkstoffe (z. B. Aramid-Glas-Fasern, Aramid-Carbon-Fasern, Aramid-Naturfasern, Aramid-Polyethylen- Fasern) oder andere geeignete Faserwerkstoffe zur Anwendung kommen. Um eine sichere Verbindung zwischen den Faserverbundschichten zu gewährleisten, werden diese ebenfalls untereinander mit Bindemittel verbunden.

Diese Matrixsysteme können auf duroplastischer oder thermoplastischer Basis beruhen, wobei als duroplastische Bindemittel z. B. Phenolharze, Melaminharze oder Epoxy-Harze und als thermoplastische Bindemittel z. B. Polyethylen, Polypropylen oder Polyamid oder auch Polyvinylbutyral und Polyurethane eingesetzt werden können.

Die Faserverbundschichten werden vorzugsweise als Gewebe, Gelege, Gewirke oder Gestricke mit einer amorphen, direktionalen, bidirektionalen oder unidirektionalen Struktur gefertigt und können für höchste Anforderungen an die Beschußsicherheit auch mit 3-D-Verstrickungen versehen oder als dreidimensionale Gestricke oder Formteile ausgebildet sein.

Die erste Faserverbundschicht, die hochverfestigende hochfeste Eigenschaften aufweisen soll, besteht vorzugsweise aus Carbonfasergewebe und die zweite Faserverbundschicht, die eine hohe Energieabsorptions fähigkeit auch bei Impactbelastung aufweisen soll, besteht vorzugsweise aus Aramidfasergewebe.

Durch die Eigenschaften der ersten Schicht verfestigt sich diese hochfeste Schicht zusätzlich bei Auftreffen des Projektils. Durch die hohe Energieabsorptionsfähigkeit hält die zweite Schicht das Projektil oder dessen Splitter gut fest und verhindert dessen Durchdringen.

Mit der Erfindung wird in Leichtpanzerungselement geschaffen, das durch Kombination von Anzahl, Reihenfolge und Zusammensetzung der unterschiedlichen Faserverbund schichten den jeweilige Anforderungen der Beschußsicherheit und den konstruktiven Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeuges einfach angepaßt werden kann. Dazu kommt als ein weiterer wesentlicher Vorteil die Gewichtseinsparung gegenüber herkömmlichen Panzerungen. Die Anwendung der flexiblen Faserverbundschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften gewährleistet gegenüber beschußsicheren Matten aus Aramidfasergeweben eine gute dreidimensionale Verformbarkeit (auch bei Radienbereichen mit kleinen Radien oder in Eckenbereichen von Winkeln) und damit eine einfache Anpassung an die gewünschten Oberflächenkonturen.

Die Ausrüstung von Fahrzeugen mit Panzerungen wird somit wesentlich erleichtert und verbessert. Die Leicht panzerungselemente erwecken optisch den Eindruck serienmäßiger Innenauskleidungen.

Zusätzlich wird durch die Carbonfaserschichten insgesamt eine bessere Stabilisierung der Leichtpanzerungselemente gewährleistet, wodurch auch günstigere Eigenschaften in Crash-Situationen erzielt werden.

Durch Hinzufügen oder Weglassen von Schichten kann nicht nur eine Anpassung hinsichtlich der Beschußsicherheit erfolgen, es ist damit auch möglich, den konstruktiven Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeuges besser zu entsprechen, indem die jeweilige Blechstärke und Anzahl des Fahrzeugbleches bei der Pestlegung der Anzahl der Lagen (Faserverbundschichten) und somit der Wandstärke des Leichtpanzerungselements berücksichtigt wird. Bei einer beispielsweise dreifachen Blechstärke im Türbereich kann die Wandstärke des Leichtpanzerungselements durch Weglassen von Faserverbundschichten auf einfache Art und Weise verringert werden.

Gegenüber herkömmlichen Panzerelementen aus Stahl ist nicht mehr zu erkennen, daß ein Fahrzeug mit einer Panzerung versehen wurde, da das neuartige Panzerelement eine mattenartige Struktur aufweist. Durch die hervorragenden ballistischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Leichtpanzerungselements ist es möglich, gegenüber Panzerungen aus polymeren Materialien und Kombinationen mit diesen (z. B. Aramidfasergewebe), die Wandstärken wesentlich zu verringern und Beschußklassen von mindesten B3 und B4 sowie dem Randbeschuß und dem Beschuß unter einem 45° Winkel standzuhalten.

Dabei werden bekannte Gewebearten und Bindemittel so kombiniert, daß sie ein Leichtpanzerungselement bilden, das durch seine Festigkeit und Elastizität bei geringem Gewicht, geringer Wanddicke und guter dreidimensionaler Formbarkeit geeignet ist, höchsten Anforderungen an die Beschußsicherheit gerecht zu werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Leichtpanzerungselement mit 3 Faserverbundschichten aus Carbonfasergewebe und 13 Faserverbundschichten aus Aramidfasergewebe

Fig. 2 Leichtpanzerungselement mit 6 Faserverbundschichten aus Carbonfasergewebe und 13 Faserverbundschichten aus Aramidfasergewebe

Fig. 3 Leichtpanzerungselement mit 6 Faserverbundschichten aus Carbonfasergewebe und 29 Faserverbundschichten aus Aramidfasergewebe

Fig. 4 Leichtpanzerungselement mit zwei harten Bereichen aus jeweils 3 Schichten Carbonfasergewebe sowie zwei elastischen Bereichen aus 3 und aus 17 Faserverbundschichten aus Aramidfasergewebe

Fig. 5 Leichtpanzerungselement mit sich zuerst abwechselnden Bereichen unterschiedlicher Faserverbundschichten und einem sich anschließenden Bereich gleichartiger Schichten

Fig. 6 Leichtpanzerungselement mit verstärkter Randzone.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Leichtpanzerungs elementes dargestellt, wie es beispielsweise für den Normbeschuß (Dreiecksbeschuß im Abstand von 120 mm, mit einer 44 Remington Magnum), Beschußklasse B4 nach EN 1063, DIN EN 1063 und Beanspruchungsart 3 nach DIN 52290, Anwendung finden kann. Die Pfeilrichtung deutet die Beschußrichtung an. Es hat sich bei zahlreichen Untersuchungen für diesen Anwendungsfall als ausreichend für das Verhindern des Durchdringen des Projektils erwiesen, daß in Beschußrichtung drei Lagen harte Faserverbundschichten 1 in Form von Carbonfasergewebe angeordnet sind, an die sich dreizehn Lagen elastische Faserverbundschichten aus Aramidfasergewebe anschließen. Die 3 Faserverbundschichten 1 aus Carbonfasergewebe wiesen dabei ein Flächengewicht von insgesamt 788 g/m² und die dreizehn Lagen Faserverbundschichten 2 aus Aramid fasergewebe ein Flächengewicht von insgesamt 6.474 g/m² auf. Die Faserverbundschichten 1 und 2 sind dabei durch 88 g/m² Phenolharz untereinander verbunden worden. Das Gewicht des Leichtpanzerungselementes konnte somit auf nur 8,7 kg/m² reduziert werden.

Ein Leichtpanzerungselement mit 6 Lagen Carbonfasergewebe (harte Faserverbundschichten 1) und 20 Lagen Aramidfasergewebe 2 (elastische Faserverbundschichten 2) ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei sind zuerst in Beschußrichtung die Lagen Carbonfasergewebe und anschließend die 20 Lagen Aramidfasergewebe angeordnet. Versuche haben ergeben, daß in derartiges Leichtpanzerungselement mit maximal 6 Lagen Carbonfaser gewebe mit einem Flächengewicht von insgesamt 1.664 g/m² und mit maximal 20 Lagen Aramidfasergewebe mit einem Flächengewicht von insgesamt 9.960 g/m die mit 88 g/m² Phenolharz untereinander verbunden wurden) genügen, um zuverlässig die Beschußsicherheit ohne Außenblech

- bei Multihit mit Kaliber 44 - Remington Magnum (Beschußklasse B4 nach EN 1063) und
- bei Normbeschuß mit Kaliber 357 Magnum (Beschußklasse B3 nach EN 1063)
zu gewährleisten.

Multihit ist dabei der Fachbegriff für einen Dreiecksbeschuß mit dreifachem Kaliberabstand, der erhöhte Anforderungen an das Panzerungselement zur Vermeidung des Durchschlagens des Projektils stellt.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante mit 6 Carbonfaserschichten (harte Faserverbundschichten 1) und 29 Aramidfaserschichten (elastische Faserverbundschichten 2) dargestellt, die in gleicher Reihenfolge wie bei den beiden vorgenannten Beispielen angeordnet sind.

Bei Multihit mit einer Magnum 357 haben 6 Lagen Carbonfasergewebe und 29 Lagen Aramidfasergewebe ausgereicht, um die Projektile zuverlässig abzufangen. Das Carbonfasergewebe hatte dabei ebenfalls ein Flächengewicht von insgesamt 1.664 g/m² und das Aramidfasergewebe ein Flächengewicht von insgesamt 14.442 g/m². Durch die Verbindung mit 88 g/m² Phenolharz ergab sich ein Gewicht von 19,3 kg/m².

Aus den Versuchsergebnissen ist erkennbar, daß ein mehrschichtiger Faserverbundwerkstoff aus Materialien unterschiedlicher Festigkeit und Elastizität sowohl bei Normbeschuß der Beschußklassen mindestens B3 und B4 als auch bei Multihit die erforderliche Sicherheit gewährleistet.

In Fig. 4 sind drei Faserverbundschichten 2 aus Aramid fasergewebe zwischen jeweils 3 Faserverbundschichten 1 aus Carbonfasergewebe angeordnet. Aus der Beschußrichtung (Pfeilrichtung) folgt somit auf einen harten Bereich aus 3 Carbonfaserschichten, der die Energie des Projektils zumindest teilweise aufnimmt, ein elastischer Bereich aus 3 Aramidfaserschichten, der das deformierte Projektil oder Projektilsplitter versucht zurückzuhalten. An diesen schließt sich wiederum ein harter Bereich aus 3 Carbonfaserschichten an, der die Energie des Projektils und der Projektilsplitter weiter reduziert, bis in dem sich anschließenden elastischen Bereich aus 17 Aramidfaserschichten das Projektil und dessen Splitter vollständig aufgehalten werden.

Im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5 liegt in Beschußrichtung ein Bereich, in dem jeweils abwechselnd eine Carbonfaserschicht (Faserverbundschicht 1) und eine Aramidfaserschicht (Faserverbundschicht 2) angeordnet sind. Der Beschußrichtung entgegengesetzt schließen sich die restlichen Aramidfaserschichten an, die das Projektil oder dessen Splitter auffangen.

Die Wanddicken der neuartigen Leichtpanzerungselemente liegen je nach Anzahl der verwendeten Faserverbundschichten zwischen 5 und 20 mm und unterschreiten dabei teilweise wesentlich die Wandstärken bekannter Panzerungen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, Aramidgeweben oder anderen bekannten Kombinationen in Mehrschichtbauweise.

Es können ebenfalls gemäß weiterer nicht dargestellter Ausführungsformen harte Faserverbundschichten und weniger harte Faserverbundschichten sowie elastische und weniger elastische Faserverbundschichten entsprechend kombiniert werden. So können aus der Geschoßrichtung in die entgegengesetzte Richtung nacheinander folgende Material formen bereichsweise angeordnet sein:

1. ein Bereich mit harten Carbonfaserschichten,
2. ein Bereich mit weniger harten Carbonfaserschichten,
3. ein Bereich mit weniger elastischen Aramid-Carbon-Faser schichten,
4. ein Bereich mit elastischen Aramid-Faserschichten um optimale ballistische Werte zu erzielen. Die Anzahl der Faserverbundschichten in den entsprechenden Bereichen muß entsprechend der geforderten Beschuß sicherheit gewählt werden.

Bei Einsatz eines herkömmlichen Panzerungselementes aus Stahl wird dessen Wandstärke im Regelfall nicht der jeweiligen Beschußsicherheit angepaßt, da eine ent sprechende Abstufung der Blechdicke zu aufwendig wäre.

Um den Randbeschuß und den Beschuß im Winkel von 45° zu sichern kann der Randbereich 3 gemäß Fig. 6 auch in Beschußrichtung verstärkt sein. In diesem Fall wurden 10 ganz flächig angeordneten elastischen Faserverbundschichten 2 im Randbereich 3 weitere 10 elastische Faserverbundschichten 2 hinzugefügt. Über allen Faserverbundschichten 2 befindet sich in Beschußrichtung die harte Faserverbundschicht 3.

Im nachfolgenden Diagramm sind den Beschußklassen B1 bis B7 nach DIN EN 1026 die Waffen und die Kaliber zugeordnet. Die durchgehende obere Linie kennzeichnet dabei die Verwendung von Stahl, die gestrichelte untere Linie die Verwendung der neuartigen Leichtpanzerungselemente. Diese können bei entsprechender Kombination der Faserverbundschichten ebenfalls bis Beschußklasse B7 standhalten, bei wesentlich geringerem Gewicht als Stahl und bei besserer Verarbeitbarkeit und Variabilität.

Mit der Erfindung ist es erstmalig möglich, nur durch Weglassen oder Hinzufügen von Faserverbundschichten ein Leichtpanzerungselement herzustellen, das den spezifischen Anforderungen der Beschußsicherheit und den konstruktiven Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeuges entspricht.

Die Leichtpanzerungselemente können in der Art von Matten oder Formteilen gestaltet sein. Durch ihre Flexibilität lassen sie sich einfach in gewünschte Oberflächenkonturen formen, d. h., es ist eine gute Drapierfähigkeit gewährleistet, wodurch auch komplizierte Konturen nachgebildet werden können. Dabei wird gleichzeitig durch die Schichten mit einer höheren Festigkeit (Carbonfaserschichten) eine Instabilität vermieden.

Neben den beschriebenen Ausführungsformen ist es auch möglich, eine andere Reihenfolge der Faserverbundschichten zu wählen, z. B. können auch bei Anwendung von 6 harten und 20 elastischen Schichten zuerst abwechselnd jeweils eine harte und eine elastische Schicht angeordnet werden und dann darauf folgend die übrigen elastische Schichten. Gleichfalls kann die Anzahl der Faserverbundschichten 1 und/oder 2 je nach Anforderung auch geringer sein als bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen.

Wichtig ist jedoch immer, daß beim Auftreffen des Projektils zuerst dessen kinetische Energie aufgenommen und in Verformungsenergie umgewandelt wird und anschließend das Projektil oder Projektilsplitter mit der verbleibenden Energie in den nachfolgenden Schichten aufgefangen werden. Im Vergleich zu allen bekannten Panzerungselementen für den Innenraum von Sonderschutzfahrzeugen ist es erstmalig möglich, das neuartige Leichtpanzerungselement auf einfache Art und Weise allen Anforderungen anzupassen.

Durch eine flächendeckende Ermittlung der festen und elastischen Anteile der Materialverbunde ist dabei erstmalig eine optimierte Energieaufnahme bei Auftreffen eines Projektils gegeben.

Claims

1. Leichtpanzerungselement, insbesondere für Sonderschutz fahrzeuge, aus mindestens zwei beschußhemmenden Lagen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Lagen aus unterschiedlichen Faserverbundschichten (1, 2) Anwendung finden, die dreidimensional formbar und geeignet sind, das Durchdringen eines Projektils ganzflächig zu verhindern.

2. Leichtpanzerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens die Beschußsicherheit bei Verwendung einer Handfeuerwaffe in der Art einer Kaliber 357 Magnum, mit einem Vollmantel-Kugelspitz kopfgeschoß mit Weichkern mit einer Geschoßmasse von 10,2 g und einer Geschwindigkeit von 430±10 m/s bei einer Beschußentfernung von 5 m gewährleistet.

3. Leichtpanzerungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens die Beschußsicherheit bei Verwendung einer Handfeuerwaffe in der Art einer Kaliber 44 Remington Magnum, mit einen Vollmantel-Flach kopfgeschoß mit Weichkern mit einer Geschoßmasse von 15,6 g und einer Geschwindigkeit von 440 ± 10 m/s bei einer Beschußentfernung von 5 m gewährleistet.

4. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Randbeschuß im Abstand von 10 mm seines Randes und bei Beschuß im Winkel von 45°, 10 mm vom Kantenabstand des Bauteils, bei der Verwendung von Vollmantel-Kugelspitzkopfgeschossen mit Weichkern in Verbindung mit Kaliber 357 Magnum und von Vollmantel-Flachkopfgeschoß mit Weichkern in Verbindung mit Kaliber 44 Remington Magnum, verhindert.

5. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es das Durchdringen eines Projektils bei einem Dreiecksbeschuß mit dreifachem Kaliberabstand (Multihit), bei der Verwendung von Vollmantel-Kugelspitzkopfgeschossen mit Weichkern in Verbindung mit Kaliber 357 Magnum und von Vollmantel-Flach kopfgeschossen mit Weichkern in Verbindung mit Kaliber 44 Remington Magnum, verhindert.

6. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverbundschichten (1, 2) unterschiedliche Elastizitäts- und Festigkeitseigenschaften aufweisen.

7. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine erste hochverfestigende hochfeste Faserverbundschicht (1) fähigkeit auch bei Impactbelastung aufweisende Faserverbundschicht (2) aufweist.

8. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Beschußrichtung mehrere erste Faserverbundschichten (1) und dazu entgegengesetzt mehrere zweite Faserverbundschichten (2) angeordnet sind oder daß deren Reihenfolge wechselt.

9. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bereichsweise die Anzahl der Faserverbundschichten (1) und/oder (2) erhöht wird.

10. Leichtpanzerungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Faserverbundschichten (1) und/oder (2) im Randbereich (3) örtlich oder umlaufend erhöht ist.

11. Leichtpanzerungselement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Erhöhung entstehende Wandstärkenverbreiterung in Beschußrichtung weist.

12. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Faserverbundschichten (1) und/oder (2) entsprechend der geforderten Beschußschicherheit variierbar ist.

13. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverbund schichten (1, 2) untereinander mit Bindemittel verbunden sind.

14. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverbund schichten (1, 2) aus mit Bindemitteln versetzten organischen und/oder oder anorganischen Fasern bestehen.

15. Leichtpanzerungselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Flachsfasern, Hanffasern, Sisalfasern, Aramidfasern, Glasfasern, Gewebefasern Carbonfasern, Polyethylenfasern oder Kombinationen dieser Faserwerkstoffe oder andere geeignete Faserwerkstoffe Anwendung finden.

16. Leichtpanzerungselement nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel auf duroplastischer oder thermoplastischer Basis beruhen.

17. Leichtpanzerungselement nach Anspruch 13, 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß als duroplastische Bindemittel Phenolharze, Melaminharze oder Epoxy-Harze und als thermoplastische Bindemittel Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyvinylbutyral oder Polyurethan Anwendung finden.

18. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverbund schichten (1, 2) als Gewebe, Gelege, Gewirke oder Gestricke ausgebildet sind.

19. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Faserverbundschichten (1, 2) eine amorphe, direktionale, bidirektionale oder unidirektionale Gewebestruktur aufweisen.

20. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Faserverbundschichten (1, 2) eine Gewebestruktur mit 3-D-Verstrickungen aufweisen.

21. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Faserverbundschicht (1) ein Carbonfasergewebe ist.

22. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Faserverbundschicht (2) ein Aramidfasergewebe ist.

23. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es aus maximal 3 Lagen Carbonfasergewebe mit einem Flächengewicht von insgesamt 788 g/m² und aus maximal 13 Lagen Aramid fasergewebe mit einem Flachengewicht von insgesamt 6.474 g/m² besteht, wobei die Lagen durch 88 g/m² Phenolharz untereinander verbunden sind.

24. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß es aus maximal 6 Lagen Carbonfasergewebe mit einem Flächengewicht von insgesamt 1.664 g/m² und aus maximal 20 Lagen Aramid fasergewebe mit einem Flächengewicht von insgesamt 9.960 g/m² besteht, wobei die Lagen durch 88 g/m² Phenolharz untereinander verbunden sind.

25. Leichtpanzerungselement nach einem der Ansprüche von 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es aus maximal 6 Lagen Carbonfasergewebe mit einem Flächengewicht von insgesamt 1.664 g/m² und aus maximal 29 Lagen Aramid fasergewebe mit einem Flächengewicht von insgesamt 14.442 g/m² besteht, wobei die Lagen durch 88 g/m Phenolharz untereinander verbunden sind.