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Die
Erfindung betrifft ein schusshemmendes Composit für eine Leichtpanzerung
sowie eine Leichtpanzerung mit einem derartigen schusshemmenden
Composit. In der vorliegenden Erfindungsbeschreibung wird unter
Composit ein Schichtsystem verstanden, welches aus mehreren schussabsorbierenden
Materialien besteht.
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Das
schusshemmende Composit dient insbesondere innerhalb einer Leichtpanzerung
zur maximalen Energieabsorption und damit Abbremsung eines Geschosses,
wobei die ballistischen Eigenschaften der Leichtpanzerung besonders
in der Kombination mit Faserwerkstoffen sowie metallischen und keramischen
Werkstoffen vorteilhaft verbessert werden können.
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Nach
dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von schusshemmenden Elementen,
z.B. Gewebelagen aus Faserwerkstoffen, aus hochfesten Metalllegierungen
in Form von ebenen oder gewölbten
Blechelementen, aus keramischen Plattenelementen oder Kombinationen
der genannten Elemente bekannt. Derartige schusshemmende Elemente
werden im Wesentlichen für
Leichtpanzerungen der so genannten Beschussklassen größer II eingesetzt, z.B.
für bewegliche
Ziele, wie PKWs o.ä.
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Bekannte
schusshemmende Elemente für die
Beschussklassen größer II reichen
meist nicht aus, um die kinetische Energie des auftreffenden Geschosse
im ausreichenden Maße
in andere Energiezustände
umzuformen. In der Folge tritt das Geschoss auf der gegenüberliegenden
Seite des schusshemmen den Elementes wieder aus. Auch schusshemmende
Elemente, bei denen Gewebelagen mit zusätzlichen Armierungen aus Stahl- und/oder Keramikbauelementen
kombiniert werden, sind oft unzureichend.
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Die
DE 196 32 598 C1 gibt
eine Leichtpanzerung in Mehrschichtbauweise an, bei der einem Wandelement
aus Stahl eine Keramikschicht vorgeordnet und eine Schicht aus Faserverbundstoff
nachgeordnet ist. Die Keramikschicht ist mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen
auf das Wandelement aufgetragen. In die Keramikschicht kann eine
Wabenschicht aus Aluminium integriert sein, wobei die Hohlräume mit
dem thermisch gespritzten Keramikwerkstoff gefüllt sein können. Als Ausgangsmaterial
für die
Keramikschicht kann auch metallummanteltes Keramikpulver (Aluminium)
eingesetzt werden.
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Die
DE 199 53 259 C2 offenbart
einen Verbund aus mindestens einer Panzerplatte aus einem mit Fasern
verstärkten
Verbundwerkstoff mit keramischer Matrix und einem Backing ausgewählt aus
Metallplatten und einem Gewebe aus Fasern auf der Rückseite
der Panzerplatte. Die keramischer Matrix besteht aus Siliziumcarbid,
Kohlenstoff und Silizium.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein schusshemmendes Composit
anzugeben, dass mit geringem Aufwand herstellbar ist und gute schusshemmende
Eigenschaften aufweist. Weiterhin besteht die Aufgabe eine vorteilhafte
Leichtpanzerung mit einem derartigen schusshemmenden Composit anzugeben.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe für
das schusshemmende Composit durch die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 genannten Merkmale. Für die Leichtpanzerung wird
die Auf gabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 genannten
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben
und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten
Ausführung
der Erfindung näher
dargestellt.
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Das
erfindungsgemäße schusshemmende Composit
für eine
Leichtpanzerung besteht aus einer Mischung von Granulaten aus Keramik
und Metall oder Metalllegierungen im Volumenverhältnis von 3:1 bis 1:3, die
durch Klebung oder Sinterung formstabil gehaltert ist. Die mittlere
Größe der Granulate
beträgt je
nach Einsatzfall zwischen 0,5 bis 5,0 mm. Dabei kann die äußere Form
des Granulates beliebig sein, wesentlich ist eine gleichmäßige Mischung
und Verklebung oder Sinterung der Granulate.
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Als
Keramik-Granulat können
Carbide, Oxyde oder Nitride eingesetzt werden. Als Metall-Granulat
ist insbesondere Stahl, Aluminium oder Titan und als Metalllegierungs-Granulat
eine Legierung aus Stahl, Aluminium oder Titan vorteilhaft.
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Bei
einem relativ hohen Anteil des Keramik-Granulats gegenüber dem
Metall- oder Metalllegierungs-Granulat ist es vorteilhaft, als Metall-
oder Metalllegierungs-Granulat Hohlkugeln einzusetzen, deren Wanddickeen
zwischen 0,1 bis 1,0 mm liegen können.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Keramik-Granulat
aus Keramikkugeln mit einem Durchmesser zwischen 0,8 bis 5 mm und
das Metall- oder Metalllegierungs-Granulat in der Form einer Schicht
mit einer Dicke zwischen 0,1 bis 1 mm, die die Keramikkugeln ummantelt,
gebildet.
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Die
Herstellung einer formstabilen Halterung der Granulate durch Sinterung
erfolgt in bekannter Weise durch Wärmeeintrag. Beim Einsatz einer
Klebung eignet sich insbesondere ein hochzähes Harz als Klebstoff.
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Die
aufgabengemäße Leichtpanzerung
unter Verwendung des erfindungsgemäßen schusshemmende Composit
besteht aus jeder sinnvollen Kombination mit bekannten Panzerungselementen.
In einfacher und vorteilhafter Weise kann das schusshemmende Composit
vor, zwischen oder nach als solche bekannten hochzugfesten Geweben
und/oder keramischen und/oder metallischen Platten angeordnet sein.
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Die
Erfindung wird nachstehend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Ausführungsbeispiel I
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Das
Ausführungsbeispiel
I betrifft ein geklebtes Composit. Erfindungsgemäß besteht das Composit aus
einem Granulat eines Aluminiumoxyds (Al2O3) mit einer mittleren Partikelgröße von 1
mm und Hohlkugeln aus einer niedriggekohlten Stahllegierung mit einem
Durchmesser von 2 mm und einer Wanddicke von 0,2 mm und einem Volumenverhältnis von
1:1. Das Aluminiumoxyd-Granulat und die Stahllegierungs-Hohlkugeln
sind homogen vermischt und durchgängig mit einem bei der Verarbeitung
flüssigen Kunstharz
getränkt.
Nach der Aushärtung
des Kunstharzes ist das Composit formstabil und kann entsprechend
der technologischen Erfordernisse in Leichtpanzerungen eingesetzt
werden.
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Ausführungsbeispiel II
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Das
Ausführungsbeispiel
II betrifft ein gesintertes Composit. Dabei besteht das Composit
aus einem Granulat aus Siliziumcarbid (SiC)-Kugeln mit einem mittleren
Durchmesser von 2,5 mm, die mit einer Schicht aus Stahl der Dicke
von 0,3 mm ummantelt und die untereinander versintert sind. Das
Volumenverhältnis
der SiC-Keramikkugeln und dem Metall Stahl beträgt dabei etwa 1:1.
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Die
Herstellung der beschichteten SiC-Keramikkugeln erfolgt in bekannter
Weise durch Beschichtung der Sic-Keramikkugeln mit Stahlpulver unter
Verwendung eines Bindemittels und anschließender Versinterung der Stahlpulverpartikel.
Zur Ausbildung eines formstabilen Composits wird das Granulat aus
beschichteten SiC-Keramikkugeln einer nachfolgenden weiteren Versinterung
unterzogen, derart dass die Stahlbeschichtung der aneinander liegenden
beschichteten SiC-Keramikkugeln
an ihren Berührungsstellen
versintern.
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Ausführungsbeispiel III
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Im
Ausführungsbeispiel
III wird eine Leichtpanzerung nach Anspruch 7 unter Verwendung eines Composits
nach Ausführungsbeispiel
II beschrieben.
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Die
Leichtpanzerung ist beispielsweise für die Panzerung eines Pkws
bestimmt. Dabei besteht die Leichtpanzerung im Wesentlichen aus
drei Schichten. An der möglichen
Einschussseite der Leichtpanzerung befindet sich zu erst ein hochzugfestes
Fasergewebe aus Niedermodul-Aramid-Fasern der Firma ARAMID Ltd.,
USA, welches auf einem plattenartig ausgebildeten Composit mit einer Stärke von
10 mm nach Ausführungsbeispiel
II aufgeklebt ist. Auf der Seite des plattenartigen Composits, die
der möglichen
Einschussseite der Leichtpanzerung entgegen liegt, ist ein Gewebe
aus nichtballistischen Hochmodul-Aramidfasern, aufgeklebt.
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Die
Leichtpanzerung zeichnet sich durch gute ballistischen Eigenschaften
aus, d.h. die Energie einschlagender Geschos se wird durch das Zusammenwirken
der drei Schichten der Leichtpanzerung sehr vorteilhaft absorbiert
und die Geschossgeschwindigkeit noch vor der Schicht des Gewebes
aus nichtballistischem Hochmodul-Aramidfasern auf Null abgebremst
wird. Bei geeigneter Dimensionierung der Leichtpanzerung wird ein
Austritt eines Geschosses aus der Leichtpanzerung verhindert.
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In
der ersten Phase dringt das Geschoss in das Niedermodul-Aramid Gewebe ein
und führt
zu einer bleibenden Verformung der Gewebefasern. Dabei führt die
Schussenergie zu hohen Zugkräften
im koaxialen Faserverlauf des Fasergewebes. Das Geschoss dringt
weiter mit dem Gewebe in das Composit ein. Es bildet sich im Composit
ein Einschlagtrichter mit hoher Flächenpressung aus, wobei die
höchste
Flächenpressung
etwa im Zentrum des Einschlagtrichters auftritt. Anfangs wird die
Packung des Composits plastisch verformt und damit weitere Schussenergie
absorbiert. Dabei werden die sich berührenden Kugelkalotten durch
die Pressung abgeflacht und die plastisch verformten Metallschalen
in das offene Volumen der Kugelpackung gepresst.
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Die
duktile Stahlschicht auf den SiC-Keramikkugeln mindert wesentlich
eine Schädigung
des Niedermodul-Aramid Fasergewebes, wodurch dieses noch relativ
lange vor einem Zerreisen hohe Kräfte aufnehmen kann.
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Mit
zunehmender Flächenpressung
zerbrechen die extrem harten und spröden SiC-Keramikkugeln im Zentrum
des Einschlagtrichters. Jede einzelne Stahlmantelschicht auf den
SiC-Keramikkugeln verhindert
eine aus dem Stand der Technik bekannte großvolumige Rissbildung verbunden
mit dem Zerplatzen von größeren Keramikteilen
bei der Verwendung von monolithischer Keramik, da jede Stahlmantelschicht
als Rissstopper wirkt. Entlang des Schusskanales entsteht aus den
durch das Geschoss zerstörten
Kugeln ein Konglomerat aus Keramikbruchstücken und Metall. Die Kanten
der Keramikbruchstücke
bewirken, dass die Reibung an der Oberfläche des Geschosses maximal
erhöht
wird, wobei durch die Keilwirkung der entstandenen Bruchkanten vom Geschossmantel
Material abgeschält
wird. Durch die Reibung- und Schälarbeit
am Geschoss wird ein weiterer wesentlicher Teil der Schussenergie
bis zu Null absorbiert.
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Für den Fall,
dass das Geschoss die Seite des plattenartigen Composit, die der
möglichen
Einschussseite der Leichtpanzerung entgegen liegt, erreicht, verhindert
das nichtballistische Hochmodul-Aramid Fasergewebe als letzte Schicht,
dass ausgelöst
durch die Flächenpressung
des Geschosses Compositteile aus dem Sinterverband herausgedrückt werden.