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Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung mit einer durchsusshemmenden, transparenten Scheibe, insbesondere Verbundscheibe.
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Durchschusshemmende transparente Verbundscheiben, die häufig auch als durchschusshemmende Verbund(glas)blöcke oder Panzerglasscheiben bezeichnet werden, werden bei Sehschlitzen, Sichtöffnungen und dergleichen von geschützten Objekten bzw. Schutzgehäusen als Schutz gegen Projektile und Geschosse eingesetzt. Das Einsatzgebiet reicht dabei von Fahrzeugen (Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge) über mobile Einrichtungen bis hin zu feststehenden Einrichtungen (Gebäude, Gebäudeteile, Maschinen, usw.). Außerdem werden solche Panzerglasscheiben sowohl im militärischen Bereich (z. B. Panzerfahrzeuge) als auch im zivilen Bereich (z. B. Personenschutz, Werkzeugmaschinen) verwendet.
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So offenbart zum Beispiel die
DE 32 43 136 C2 einen in einem Metallrahmen gehaltenen Verbundglasblock für Sehschlitze von Panzerfahrzeugen. Dieser bekannte Verbundglasblock besteht aus mehreren Verbünden von mehreren miteinander mittels Polyvinylbutyralschichten verklebten Silikatglasplatten, die über gasgefüllte Zwischenräume voneinander beabstandet und teilweise mit integrierten Stahlblenden zum Abfangen abgelenkter Geschosse versehen sind. Rückseitig ist der Verbundglasblock mit einer Polycarbonatplatte und einer Polyurethanschicht als Splitterschutz versehen.
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Andererseits sind auch Verbundscheiben aus Kunststoffplatten bekannt. Derartige Kunststoffverbundscheiben sind bei gleicher oder besserer Schutzwirkung zwar deutlich dicker als konventionelle Panzerglasscheiben, sie haben aber dennoch ein deutlich geringeres Flächengewicht und eine deutlich höhere Lichttransmission.
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Aufgrund des im Vergleich zu Glas hohen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten erschwert die große Dicke der Kunststoffverbundscheibe im Allgemeinen den Einbau zum Beispiel in Fahrzeuge. Je nach Einsatzgebiet kann es innerhalb weniger Stunden zu Temperaturänderungen von mehr als 100°C kommen. Dabei können sich Kunststoffverbundscheiben in Abhängigkeit ihrer Größe gegenüber ihren metallischen Halteeinrichtungen um 1 bis 10 mm oder mehr ausdehnen. Deshalb werden zwischen der Scheibe und ihrer Haltevorrichtung zum Beispiel Dehnungsfugen vorgesehen, um die thermisch bedingten Größenänderungen der Scheibe aufzunehmen.
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So schlägt beispielsweise die
WO 2009/149951 A2 eine Schutzanordnung mit einer durchschusshemmenden transparenten Kunststoffverbundscheibe und einer Halteeinrichtung zum Befestigen der Verbundscheibe in einer Öffnung in einer Wandung eines Schutzgehäuses bzw. eines geschützten Objekts vor, bei welcher die Kunststoffverbundscheibe auf ihrer der Bedrohung abgewandten Seite eine sich konisch verjüngende Form hat, die sich an einer entsprechend geformten Anlagefläche der Halteeinrichtung abstützt. Bei dieser Schutzanordnung können trotz der unterschiedlichen Materialien von Verbundscheibe, Halteeinrichtung und Objektwandung selbst bei größeren Temperaturschwankungen Spannungen innerhalb des Aufbaus vermieden werden, da die Verbundscheibe bei einer thermisch bedingten Ausdehnung entlang ihres konisch geformten inneren Abschnitts entgegen der Bedrohungsrichtung nach außen wandern kann.
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Da Kunststoff im Vergleich zu Glas im Allgemeinen einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, ist die Gefahr thermisch bedingter Spannungen im Fall von Kunststoffverbundscheiben im Vergleich zu herkömmlichen Panzerglasscheiben umso größer. Die in der
WO 2009/149951 A2 vorgeschlagene Schutzvorrichtung mit dem angefasten Scheibenblock ist deshalb für Kunststoffverbundscheiben besonders vorteilhaft. Andererseits bedingt die konische Verjüngung der Verbundscheibe im Vergleich zu rein quaderförmigen Scheiben eine aufwändiger gestaltete Rahmenvorrichtung zum Befestigen dieser Scheibe in der Wandungsöffnung.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schutzvorrichtung mit einer durchschusshemmenden transparenten Scheibe zu schaffen, welche für Temperaturschwankungen geeignet und einfach herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schutzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Schutzvorrichtung der Erfindung weist eine durchschusshemmende, transparente Scheibe und eine Rahmenvorrichtung zum Halten der Scheibe in einer Öffnung in einer Wandung eines Schutzgehäuses oder eines zu schützenden Objekts auf. Dabei weist die Scheibe auf ihrer der Bedrohung abgewandten Seite an ihrem Umfang eine Fase auf und ist zwischen der Scheibe und der Rahmenvorrichtung im Bereich der Fase der Scheibe wenigstens ein Keilelement mit einer an die Fase angepassten Anlagefläche vorgesehen.
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Unter einer „Scheibe” soll in diesem Zusammenhang ein blockförmiges Element/ein blockförmiger Körper mit einem grundsätzlich beliebigen Umriss und einer grundsätzlich beliebigen Querschnittsform verstanden werden, dessen Dickenmaß kleiner, vorzugsweise deutich kleiner als dessen Abmessungen senkrecht zur Dickenrichtung ist. Die Scheibe kann sowohl plan sein als auch in einer oder mehreren Raumrichtungen gekrümmt oder gebogen sein. Die Außenflächen der Scheibe in ihrer Dickenrichtung sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt sein soll.
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Eine „transparente” Scheibe soll in diesem Zusammenhang eine Scheibe bezeichnen, die eine nennenswerte Lichtdurchlässigkeit insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist, sodass man durch die Scheibe hindurchschauen kann.
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Eine „durchschusshemmende” Scheibe soll in diesem Zusammenhang eine Scheibe bezeichnen, welche in der Lage ist, eine ballistische Wirkung einer Bedrohung, insbesondere eines Projektils oder eines Geschosses, in einem nicht unbedeutenden Maße zu reduzieren. Vorzugsweise soll die durchschusshemmende Scheibe in der Lage sein, den Durchtritt eines auf die Scheibe auftreffenden Projektils oder Geschosses zu verhindern. Die durchschusshemmende Wirkung ist je nach der gewünschte Schutzklasse (zum Beispiel nach STANAG 4569) auszugestalten.
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Die „Bedrohungsrichtung” soll in diesem Zusammenhang definiert sein als die Richtung, welche im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptseiten der Scheibe bzw. im Wesentlichen parallel zur Dickenrichtung der Scheibe ausgerichtet ist, auch wenn die tatsächliche Bedrohung im Einzelfall natürlich nicht immer genau in dieser Richtung erfolgen wird. Die Bedrohungsrichtung ist hier weiter so definiert, dass die der Bedrohung zugewandte Seite der Schutzvorrichtung und der Wandung jeweils als Außenseite bezeichnet wird und die der Bedrohung abgewandte Seite der Schutzvorrichtung und der Wandung jeweils als Innenseite bezeichnet wird. Die Bedrohungsrichtung verläuft somit von der Außenseite der Schutzvorrichtung zur Innenseite der Schutzvorrichtung im Wesentlichen parallel zur Dickenrichtung der Scheibe der Schutzvorrichtung.
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Der „Umfang” der Scheibe soll in diesem Zusammenhang den gesamten Rand des Scheibenkörpers bezeichnen, der im Wesentlichen parallel zur Dickenrichtung verläuft bzw. die beiden Hauptseiten der Scheibe miteinander verbindet.
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Unter einer „Rahmenvorrichtung” sollen in diesem Zusammenhang alle Arten von Vorrichtungen verstanden werden, die geeignet sind, eine Scheibe in einer Öffnung einer Wandung eines Schutzgehäuses oder eines zu schützenden Objekts (z. B. Panzerwand eines Fahrzeugs) aufzunehmen und darin zu befestigen. Dabei soll die Rahmenvorrichtung die Scheibe vorzugsweise im Wesentlichen nur in deren Randbereich halten, sodass deren Lichtdurchlässigkeit und deren Eignung als Sichtöffnung nicht oder allenfalls kaum beeinträchtigt werden. Form und Große der Rahmenvorrichtung sind auf Form und Große der zu haltenden Scheibe abgestimmt. Die Rahmenvorrichtung hält die Scheibe vorzugsweise vollumfänglich. Die Rahmenvorrichtung ist bevorzugt vollumfänglich in der Wandöffnung zu befestigen. Die Rahmenvorrichtung kann in Bedrohungsrichtung und/oder in Umfangsrichtung einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Eine „Fase” bezeichnet in diesem Zusammenhang eine abgeschrägte Fläche an einer Kante der Scheibe. Eine solche Fase erstreckt sich bevorzugt nur über einen Teil der Höhe des Randes auf der der Bedrohung abgewandten Seite der Scheibe. Die Fase erstreckt sich vorzugsweise vollumfänglich um den gesamten Umfang der Scheibe. Alternativ kann die Fase auch nur abschnittweise bzw. in Form unterbrochener Abschnitte entlang des Umfangs der Scheibe vorgesehen sein.
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Unter einem „Keilelement” soll in diesem Zusammenhang ein Körper mit einem im Wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt verstanden werden. Die zwei Seitenflächen des Keilelements, die der Rahmenvorrichtung zugewandt sind, stehen bevorzugt rechtwinklig zueinander. Die dritte Seitenfläche des Keilelements ist in ihrer Ausrichtung bzw. ihrem Winkel vorzugsweise an die Fase der Scheibe angepasst, wobei sie im Wesentlichen genauso groß oder kleiner oder größer als die Fläche der Fase dimensioniert sein kann. Das Keilelement kann in Umfangsrichtung und/oder in Dickenrichtung einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Keilelement erstreckt sich vorzugsweise vollumfänglich um den gesamten Umfang der Scheibe. Alternativ kann das Keilelement auch nur abschnittweise bzw. in Form unterbrochener Abschnitte entlang des Umfangs der Scheibe vorgesehen sein. Der Umfangsverlauf des Keilelements ist vorzugsweise auf jenen der Fase der Scheibe angepasst.
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Das wenigstens eine Keilelement ist „im Bereich der Fase der Scheibe” zwischen der Scheibe und der Rahmenvorrichtung vorgesehen. Dies bedeutet, dass das Keilelement im Wesentlichen auf der der Bedrohung abgewandten Seite der Schutzvorrichtung angeordnet ist und in Richtung senkrecht zur Dickenrichtung der Scheibe im äußeren Bereich der Schutzvorrichtung angeordnet ist. Die schräge Fläche des Keilelements soll auf diese Weise eine Anlagefläche für die Fase der Scheibe bilden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zwischen der Scheibe und der Rahmenvorrichtung der Schutzvorrichtung ein Keilelement vorgesehen, welches eine Anlagefläche zur Verfügung stellt, welche an die an der Scheibe ausgebildete Fase angepasst ist. Durch diese Maßnahme kann die Rahmenvorrichtung relativ einfach aufgebaut sein, da nicht die Rahmenvorrichtung selbst eine schräge Anlagefläche für die Fase der Scheibe bilden muss. So kann die Rahmenvorrichtung vorzugsweise mit im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgerichteten Rahmenelementen oder Rahmenabschnitten ausgebildet werden.
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Vorzugsweise kann eine herkömmliche Rahmenvorrichtung eingesetzt werden, wie sie in Kombination mit herkömmlichen Panzerglasscheiben verwendet wird, und mit Hilfe des Keilelements auch andere Scheibenkörper aufnehmen, die (wegen eines größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten) mit einer Fase versehen sind.
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Die Vorteile einer Scheibe mit daran ausgebildeter Fase, wie insbesondere die Verminderung thermisch bedingter Spannungen bei großen Temperaturschwankungen innerhalb der Schutzvorrichtung, bleiben dabei erhalten. So findet die Scheibe in dem Keilelement eine Anlagefläche für ihre Fase, an welcher sie bei einer Wärmeausdehnung nach außen wandern kann.
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Da die erfindungsgemäße Konstruktion mit einfach gestaltbarer Rahmenvorrichtung und eingelegtem Keilelement kompakter ausgestaltet werden kann als herkömmliche Halteeinrichtungen mit integrierten schrägen Anlageflächen, kann bei der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung eine Einschränkung der Sicht von innen nach außen geringer ausfallen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fasst die Rahmenvorrichtung die Scheibe auf ihrer der Bedrohung zugewandten Seite und auf ihrer der Bedrohung abgewandten Seite zumindest teilweise ein. Vorzugsweise fasst die Rahmenvorrichtung die Scheibe auf ihrer der Bedrohung zugewandten Seite und auf ihrer der Bedrohung abgewandten Seite jeweils im Wesentlichen vollumfänglich ein.
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Der Begriff des „Einfassens” soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass ein Teil oder eine Komponente der Rahmenvorrichtung auf der der Bedrohung zugewandten Seite bzw. der der Bedrohung abgewandten Seite der Scheibe angeordnet ist. Hierdurch kann die Scheibe in Bedrohungsrichtung innerhalb der Wandungsöffnung positioniert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Keilelement und der Scheibe und/oder zwischen dem Keilelement und der Rahmenvorrichtung wenigstens eine elastische Zwischenschicht vorgesehen. Die elastische Zwischenschicht erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte(n) Fläche(n) des Keilelements, an die sie angrenzt. Andererseits kann die elastische Zwischenschicht auch nur teilweise oder abschnittweise am Keilelement vorgesehen sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der der Bedrohung zugewandten Seite der Schutzvorrichtung (insbesondere in Dickenrichtung der Scheibe) zwischen der Scheibe und der Rahmenvorrichtung wenigstens eine weitere elastische Zwischenschicht vorgesehen.
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Durch die beiden vorgenannten Maßnahmen kann die Scheibe mit Hilfe der (weiteren) elastischen Zwischenschichten in der Rahmenvorrichtung eingespannt bzw. vorgespannt werden.
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Unter einer „Zwischenschicht” soll in diesem Zusammenhang bevorzugt eine auf eine andere Komponente aufgebrachte Materialschicht (ein- oder mehrschichtig) oder ein separat gefertigtes Element (ein- oder mehrschichtig) verstanden werden. Auch in Umfangsrichtung der Scheibe kann die (weitere) elastische Zwischenschicht ein- oder mehrteilig ausgebildet sein und vollumfäglich oder nur abschnittweise vorgesehen sein. Die (weitere) elastische Zwischenschicht ist beispielsweise aus einem Gummimaterial gebildet. Die (weitere) elastische Zwischenschicht ist vorzugsweise mit dem Keilelement, der Rahmenvorrichtung und/oder der Scheibe fest verbunden (z. B. verklebt, aufvulkanisiert o. dgl.). Die (weitere) elastische Zwischenschicht steht mit dem Keilelement, der Rahmenvorrichtung bzw. der Scheibe vorzugsweise direkt in Konatkt (mit Ausnahme nur z. B. einer Klebeschicht, d. h. es sich vorzugsweise keine weiteren Elemente mit einem nennenswerten Dickemaß zwischen diesen Komponenten angeordnet).
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Vorzugsweise ist eine Schichtdicke der weiteren elastischen Zwischenschicht bei Raumtemperatur gleich oder größer ist als eine Schichtdicke der elastischen Zwischenschicht. Bevorzugt beträgt eine Schichtdicke der weiteren elastischen Zwischenschicht bei Raumtemperatur etwa das 1,5-fache bis etwa 3-fache einer Schichtdicke der elastischen Zwischenschicht.
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Vorzugsweise liegt eine Schichtdicke der elastischen Zwischenschicht bei Raumtemperatur in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 20 mm, bevorzugter von etwa 1 mm bis etwa 10 mm. Vorzugsweise liegt eine Schichtdicke der weiteren elastischen Zwischenschicht bei Raumtemperatur in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 30 mm.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf der der Bedrohung abgewandten Seite der Schutzvorrichtung (insbesondere in Dickenrichtung der Scheibe) zwischen der Scheibe und der Rahmenvorrichtung wenigstens ein elastisches Dichtelement vorgesehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf der der Bedrohung zugewandten Seite der Schutzvorrichtung (insbesondere in Dickenrichtung der Scheibe) zwischen der Scheibe und der Rahmenvorrichtung wenigstens ein weiteres elastisches Dichtelement vorgesehen.
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Das elastische Dichtelement und das weitere elastische Dichtelement sind vorzugsweise entlang des gesamten Umfanges der Scheibe vorgesehen. Es kann in Umfangsrichtung der Scheibe ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Das elastische Dichtelement und das weitere elastische Dichtelement sind bevorzugt aus einem Dichtungsmaterial wie beispielsweise Silikon oder dergleichen ausgebildet. Das elastische Dichtelement und das weitere elastische Dichtelement dichten den als Dehnungsfuge dienenden Zwischenraum zwischen der Scheibe und der Rahmenvorrichtung gegen flüssige, gasförmige und feste Stoffe ab. Die (weiteren) elastischen Zwischenschichten sind dabei vorzugsweise innerhalb dieser durch die (weiteren) elastischen Dichtelemente abgedichteten Dehnungsfugen angeordnet, sodass die (weiteren) elastischen Zwischenschichten vor Fremdstoffen geschützt sind. Das elastische Dichtelement und das weitere elastische Dichtelement sind dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass diese Dichtwirkung über den gesamten zu erwartenden Temperaturbereich gewährleistet ist.
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Das (weitere) elastische Dichtelement ist vorzugsweise mit der Rahmenvorrichtung und/oder der Scheibe fest verbunden (z. B. verklebt oder angegossen). Das (weitere) elastische Dichtelement steht mit der Rahmenvorrichtung bzw. der Scheibe vorzugsweise direkt in Konatkt (mit Ausnahme nur z. B. einer Klebeschicht, d. h. es sich vorzugsweise keine weiteren Elemente mit einem nennenswerten Dickenmaß zwischen diesen Komponenten angeordnet).
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Material der elastischen Zwischenschicht und/oder der weiteren elastischen Zwischenschicht einen höheren Elastizitätsmodul als das Material des elastischen Dichtelements bzw. des weiteren elastischen Dichtelements. Durch diese Maßnahme sind die Federkräfte in den (weiteren) elastischen Zwischenschichten in vorteilhafter Weise höher als in den (weiteren) elastischen Dichtelementen zwischen der Scheibe und der Rahmenvorrichtung. Hierdurch soll erreicht werden, dass die Haltekräfte überwiegend von den (weiteren) elastischen Zwischenschichten aufgenommen werden, d. h. sich die Scheibe im Wesentlichen über die (weiteren) Zwischenschichten und das Keilelement gegen die Rahmenvorrichtung abstützt und nicht über die (weiteren) elastischen Dichtelemente. Die (weiteren) elastischen Zwischenschichten haben dabei vorzugsweise über den gesamten zu erwartenden Temperaturbereich einen höheren Elastizitätsmodul als die (weiteren) elastischen Dichtelemente.
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In diesem Zusammenhang soll unter dem „Elastizitätsmodul” insbesondere der Elastizitätsmodul bei Biegung (Biege-Elastizitätsmodul, Biegemodul) oder der Elastizitätsmodul bei Druck (Druck-Elastizitätsmodul, Druckmodul) verstanden werden. Diese können beispielsweise nach der Norm ASTM D790 bzw. ASTM D1621 gemessen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Fase der Scheibe einen Winkel im Bereich von etwa 10° bis etwa 60° zur Dickenrichtung der Scheibe auf, der bevorzugte Winkelbereich liegt zwischen etwa 25° und etwa 50°.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Rahmenvorrichtung wenigstens ein äußeres Rahmenelement, welches in Bedrohungsrichtung im Wesentlichen außerhalb der Wandung angeordnet wird, und wenigstens ein inneres Rahmenelement, welches in Bedrohungsrichtung im Wesentlichen innerhalb der Wandung angeordnet wird, auf. Das äußere Rahmenelement und das innere Rahmenelement sind vorzugsweise fest miteinander verbunden (z. B. vernietet, verschraubt, verschweißt o. dgl.). Das äußere und das innere Rahmenelement können jeweils einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Rahmenvorrichtung wenigstens einen Flanschabschnitt auf, über den die Rahmenvorrichtung an der Wandung befestigt werden kann. Der Flanschabschnitt wird vorzugsweise mit der Wandung verschraubt oder verschweißt. Der Flanschabschnitt ist vorzugsweise vollumfänglich ausgebildet, er kann aber auch nur abschnittweise in Umfangsrichtung der Scheibe vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das äußere Rahmenelement mit einem Flanschabschnitt versehen und ist das innere Rahmenelement mit einem Flanschabschnitt versehen. Dabei können der Flanschabschnitt des äußeren Rahmenelements und der Flanschabschnitt des inneren Rahmenelements beide auf der der Bedrohung zugewandten Außenseite der Wandung angeordnet werden, beide auf der der Bedrohung abgewandten Innenseite der Wandung angeordnet werden die oder auf unterschiedlichen Seiten der Wandung angeordnet werden. Die Flanschabschnitte sind vorzugsweise vollumfänglich ausgebildet, sie können aber auch nur abschnittweise in Umfangsrichtung der Scheibe vorgesehen sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rahmenvorrichtung wenigstens teilweise integral mit der Wandung des Schutzgehäuses bzw. des zu schützenden Objekts ausgebildet. Vorzugsweise ist das innere Rahmenelement der Rahmenvorrichtung integral mit der Wandung ausgebildet. Alternativ kann auch das äußere Rahmenelement der Rahmenvorrichtung integral mit der Wandung ausgebildet sein.
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Die Schutzvorrichtung der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Scheiben anwendbar, die einen Schichtverbund mit Schichten aus Kunststoffmaterial aufweisen. So kann die vorliegende Erfindung zum Beispiel in Verbindung mit einem durchschusshemmenden transparenten Schichtverbund eingesetzt werden, wie er in der
WO 2009/149951 A2 beschrieben ist. Die vorliegende Erfindung ist aber ebenso in Zusammenhang mit herkömmlichen Panzerglasscheiben und durchschusshemmenden Scheiben aus anderen Materialien/Materialkombinationen einsetzbar.
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Um die thermisch bedingten Spannungen in der Schutzvorrichtung weiter zu vermindern, kann zudem bevorzugt das Keilelement aus einem Material, welches einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der Scheibe besitzt, und/oder einem Material, welches einen gleich großen oder höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der Rahmenvorrichtung besitzt, ausgebildet werden.
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Obige Angaben zu Wärmeausdehnungskoeffizienten und Elastizitätsmoduln gelten sowohl für Komponenten aus nur einem Material als auch für Komponenten aus verschiedenen Materialien. Im letztgenannten Fall beziehen sich die obigen Angaben dann auf entsprechend resultierende Mittelwerte für die jeweilige Komponente.
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Bevorzugte Materialien für das wenigstens eine Keilelement sind glasfaserverstärkter Kunststoff (GfK), kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CfK), Stahl, Aluminium, Messing, Keramik, Glas und Kunstharzpressholz.
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Bevorzugte Materialien für die Rahmenvorrichtung sind Metalle wie Stahl, Aluminium und dergleichen.
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Bevorzugte Materialien für die Kunststoffplatten der Scheibe sind Acrylglas (PMMA, Plexiglas), Polycarbonat und dergleichen.
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Die Schutzvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann in vorteilhafter Weise für Fahrzeuge (Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge), mobile Einrichtungen und/oder feststehende Einrichtungen (Gebäude, Gebäudeteile, Fertigungszentren, Maschinen, usw.) verwendet werden. Zudem erstreckt sich ihr Einsatzbereich über den militärischen Bereich (z. B. Panzerfahrzeuge, Schutzräume) und den zivilen Bereich (z. B. Personenschutz, Werkzeugmaschinen).
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Schutzanordnung für ein Schutzgehäuse oder ein zu schützendes Objekt, mit einer durchschusshemmende Wandung, in welcher wenigstens eine (Sicht-)Öffnung vorgesehen ist, und einer in der Öffnung angebrachten Schutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzvorrichtung mit einer durchschusshemmenden transparenten Scheibe, insbesondere einer oben beschriebenen Schutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Das Herstellungsverfahren der Erfindung zeichnet sich insbesondere durch das Ausbilden einer Fase am Umfang der Scheibe auf ihrer der Bedrohung abgewandten Seite und das Einlegen wenigstens eines Keilelements im Bereich dieser Fase der Scheibe zwischen die Scheibe und die Rahmenvorrichtung aus.
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Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele besser verständlich. Darin zeigen:
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1A eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Schutzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Zustand hoher Temperaturen;
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1B eine schematische Teilquerschnittsansicht der Schutzvorrichtung von 1A bei Raumtemperatur;
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1C eine schematische Teilquerschnittsansicht der Schutzvorrichtung von
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1A im Zustand tiefer Temperaturen;
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2A eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Schutzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Zustand hoher Temperaturen;
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2B eine schematische Teilquerschnittsansicht der Schutzvorrichtung von 2A bei Raumtemperatur; und
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2C eine schematische Teilquerschnittsansicht der Schutzvorrichtung von 2A im Zustand tiefer Temperaturen.
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Die 1A, 1B und 1C zeigen eine Schutzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Temperaturzuständen. Während 1B die Schutzvorrichtung im Zustand etwa bei Raumtemperatur zeigt, veranschaulicht 1A den Zustand der Schutzvorrichtung bei höheren Temperaturen von zum Beispiel +50°C bis +60°C und veranschaulicht 1C den Zustand der Schutzvorrichtung bei niedrigeren Temperaturen von zum Beispiel –15°C bis –25°C.
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In den 1A, 1B und 1C ist jeweils nur ein Ausschnitt der Schutzvorrichtung im Querschnitt dargestellt, die Schutzvorrichtung setzt sich in den Zeichnungen nach links fort, die Objektwandung (als Teil der resultierenden Schutzanordnung) setzt sich in den Zeichnungen nach rechts fort. Ferner zeigen die 1A, 1B und 1C einen Querschnitt der Schutzvorrichtung, wie er sich im Wesentlichen entlang des gesamten Umfanges der Schutzvorrichtung bzw. deren Scheibe fortsetzt.
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Die Schutzvorrichtung ist vorgesehen, um eine Öffnung 12 in einer Wandung 10 eines Schutzgehäuses oder eines zu schützenden Objekts (z. B. Panzerfahrzeug) in der Art eines Fensters, d. h. transparent zu verschließen. Außerdem soll die Schutzvorrichtung die Öffnung 12 sicher, d. h. durchschusshemmend verschließen, um zum Beispiel die Insassen eines Fahrzeuges gegen eine Bedrohung B (z. B. Projektil, Geschoss) zu schützen.
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Zu diesem Zweck weist die Schutzvorrichtung eine durchschusshemmende transparente Scheibe 14 auf, welche aus einem Schichtverbund mit Schichten oder Platten aus einem Kunststoffmaterial (PMMA, PC) gebildet ist. Wie in den Figuren angedeutet, kann die Scheibe dabei zwei oder mehr in Bedrohungsrichtung B hintereinander angeordnete, ggf. unterschiedlich aufgebaute Schichtverbünde aufweisen, welche vorzugsweise fest miteinander verbunden (z. B. verklebt) sind.
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Die Scheibe bzw. Kunststoffverbundscheibe 14 hat eine Gesamtdicke in der Dickenrichtung bzw. in der Bedrohungsrichtung B in einem Bereich von etwa 20–500 mm, bevorzugter von etwa 40–400 mm.
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In bzw. an der Scheibe bzw. Kunststoffverbundscheibe 14 können zusätzlich eine oder mehrere Einrichtungen zum Splitterschutz (z. B. zusätzliche Polycarbonatscheibe auf der der Bedrohung B abgewandten Innenseite), zum Aufnehmen von Zugspannungen (z. B. Drähte), zum Beheizen der Scheibe 14 (z. B. Heizdrähte), zum Schutz gegen Laserstrahlen (z. B. Schutzfolie), zur elektromagnetischen Abschirmung (z. B. Metallstruktur) und dergleichen vorgesehen sein.
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Diese Scheibe 14 ist mittels einer Rahmenvorrichtung an der Objektwandung 10 befestigt. Die Rahmenvorrichtung weist in diesem Ausführungsbeispiel ein äußeres Rahmenelement 16 auf der der Bedrohung B zugewandten Seite (oben in den Figuren) und ein inneres Rahmenelement 18 auf der der Bedrohung B abgewandten Seite (unten in den Figuren) auf. Das innere Rahmenelement 18 erstreckt sich im Wesentlichen zur Innenseite der Objektwandung 10 und das äußere Rahmenelement 16 erstreckt sich im Wesentlichen zur Außenseite der Objektwandung 10 (d. h. der Bedrohung B entgegen). Die transparente Scheibe 14 wird an ihrem Rand zwischen dem äußeren Rahmenelement 16 und dem inneren Rahmenelement 18 aufgenommen und so in der Öffnung 12 gehalten. Die Einfassung der Scheibe 14 durch die Rahmenelemente 16, 18 erfolgt dabei sowohl an der Randseite als auch an den Hauptseiten der Scheibe 14.
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Das äußere Rahmenelement 16 weist einen Flanschabschnitt 17 auf und das innere Rahmenelement 18 weist einen Flanschabschnitt 19 auf. Die beiden Rahmenelemente 16, 18 sind so zusammengesetzt, dass ihre beiden Flanschabschnitte 17, 19 im Wesentlichen deckungsgleich aufeinander liegen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Flanschabschnitte 17, 19 miteinander vernietet und mit der Objektwandung 10 verschraubt, wobei beide Flanschabschnitte 17, 19 auf der der Bedrohung B zugewandten Außenseite der Objektwandung 10 liegen.
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Insgesamt sind das innere Rahmenelement 18 und das äußere Rahmenelement 16 jeweils etwa Z-förmig ausgebildet, wobei vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklige Übergänge zwischen den verschiedenen Abschnitten der Rahmenelemente 16, 18 vorgesehen sind.
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Alternativ können die Flanschabschnitte 17, 19 auch beide auf der der Bedrohung B abgewandten Innenseite der Objektwandung 10 angeordnet und mit der Objektwandung 10 verschraubt werden. Alternativ kann der Flanschabschnitt 17 des äußeren Rahmenelements 16 auf der Außenseite der Objektwandung 10 angeordnet werden und der Flanschabschnitt 19 des inneren Rahmenelements 18 auf der Innenseite der Objektwandung 10 angeordnet werden. In einer weiteren Alternative kann das innere Rahmenelement 18 integral bzw. einteilig mit der Objektwandung 10 ausgebildet sein und der Flanschabschnitt 17 des äußeren Rahmenelements 16 mit der Objektwandung 10 verschraubt werden.
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Wie dargestellt, sind die beiden Rahmenelemente 16, 18 der Rahmenvorrichtung mit im Wesentlichen rechten Winkeln konstruiert und somit relativ einfach und kostengünstig herzustellen. Die Rahmenvorrichtung 16–19 ist aus einem Metall wie beispielsweise Stahl oder Aluminium gefertigt.
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Die Scheibe 14 ist auf ihrer der Bedrohung B abgewandten Innenseite an ihrem Umfang, vorzugsweise vollumfänglich, mit einer Fase 22 versehen. Diese Fase 22 hat einen Winkel von etwa 10° bis etwa 60°, vorzugsweise von etwa 25° bis etwa 50° zur Dickenrichtung der Scheibe 14 (Oben-Unten-Richtung in den Zeichnungen). In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Fase 22 über den innenliegenden Teilschichtverbund der Scheibe 14, d. h. insbesondere nicht über die gesamte Höhe des Randes der Scheibe 14.
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Im Bereich dieser Fase 22 ist zwischen der Scheibe 14 und dem inneren Rahmenelement 18 der Rahmenvorrichtung ein Keilelement 20 angeordnet. Dieses dreieckförmige Keilelement 20 liegt mit zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Seitenflächen an dem inneren Rahmenelement 18 an. Die Scheibe 14 stützt sich mit ihrer Fase 22 gegen die schräge Seitenfläche (Anlagefläche) des Keilelements 20 ab. Die Form und die Größe des Keilelements 20 sind auf Form und Größe der Scheibe 14 bzw. deren Fase 22 sowie jene des inneren Rahmenelements 18 abgestimmt.
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Das Keilelement 20 ist aus einem Material hergestellt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient niedriger als jener des Materials der Scheibe 14 ist und gleich oder höher als jener des Materials der Rahmenvorrichtung 16–19 ist. Das Keilelement 20 ist zum Beispiel aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GfK), Stahl, Aluminium, Messing, Keramik, Kunstharzpressholz oder dergleichen gebildet. Falls das Keilelement 20 nicht vollumlaufend ausgebildet oder verbunden ist, kann es auch aus einem Material gebildet sein, das einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als jener des Materials der Rahmenvorrichtung 16–19 besitzt, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CfK) oder Glas.
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Wie in den Figuren ersichtlich, ragt das innere Rahmenelement 18, bedingt durch die Fase 22 der Scheibe 14 bzw. das Keilelement 20 weiter in den Scheibenbereich hinein (nach links in den Figuren) als das äußere Rahmenelement 16 an der Außenseite der Scheibe 14. Der sichtbare Bereich der Scheibe 14 hat daher auf der Innenseite der Schutzvorrichtung eine kleinere Fläche als auf ihrer Außenseite. Die hierdurch verursachte Einschränkung der Sicht von innen nach außen ist allerdings nur relativ gering. Die erfindungsgemäße Konstruktion mit rechtwinkligem Rahmenelement 18 und eingelegtem Keilelement 20 kann nämlich kompakter ausgestaltet werden als ein herkömmliches Rahmenelement mit eigener schräger Anlagefläche.
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Auf seiner der Scheibe 14 zugewandten Anlagefläche ist das Keilelement 20 mit einer elastischen Zwischenschicht 24 zum Beispiel aus Gummi versehen. Diese elastische Zwischenschicht 24 kann fest mit dem Keilelement 20 verbunden sein oder fest mit der Scheibe 14 verbunden sein oder einfach zwischen Scheibe 14 und Keilelement 20 gesetzt sein. Die elastische Zwischenschicht 24 überdeckt in diesem Ausführungsbeispiel (in Querschnittsansicht) die gesamte Anlagefläche des Keilelements 20.
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Die elastische Zwischenschicht 24 hat eine Schichtdicke im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 20 mm, bevorzugter von etwa 1 mm bis etwa 10 mm.
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Auf der der Bedrohung B zugewandten Außenseite der Schutzvorrichtung ist eine weitere elastische Zwischenschicht 26 zwischen die Scheibe 14 und das äußere Rahmenelement 16 gesetzt. Diese weitere elastische Zwischenschicht 26 zum Beispiel aus Gummi hat eine Schichtdicke im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 30 mm.
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Die Scheibe ist über die elastische Zwischenschicht 24 und weitere elastische Zwischenschicht 26 zwischen das innere und das äußere Rahmenelement 16, 18 eingespannt bzw. vorgespannt, wobei die beiden Zwischenschichten 24, 26, insbesondere die weitere elastische Zwischenschicht 26 an der Außenseite der Schutzvorrichtung die thermische Schrumpfung der Scheibe 14 in Höhen-, Breiten- und Tiefenrichtung bei tiefen Temperaturen kompensieren (vgl. 1C).
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Neben dem Keilelement 20 ist zwischen der Scheibe 14 und dem inneren Rahmenelement 18 ein elastisches Dichtelement 28 zum Beispiel aus Silikon vorgesehen. Ebenso ist neben der weiteren elastischen Zwischenschicht 26 ein weiteres elastisches Dichtelement 30 zum Beispiel aus Silikon zwischen der Scheibe 14 und dem äußeren Rahmenelement 16 vorgesehen.
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Das Material der Zwischenschichten 24, 26 ist so gewählt, dass es einen höheren Elastizitätsmodul als das Material der Dichtelemente 28, 30 besitzt. Somit sind die Federkräfte in den elastischen Zwischenschichten 24, 26 höher als jene in den elastischen Dichtelementen 28, 30 zwischen Scheibe 14 und Rahmenvorrichtung 16, 18. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die Haltekräfte für die Scheibe 14 überwiegend von den elastischen Zwischenschichten 24, 26 aufgenommen werden und weniger von den Dichtelementen 28, 30.
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Wie in 1A dargestellt, dehnt sich der Scheibenverbund 14 bei höheren Temperaturen aus. Während das Keilelement 20 wie die Rahmenvorrichtung 16–19 aufgrund ihres relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Wesentlichen ihre Maße beibehält, werden das weitere elastische Dichtelement 30 und die weitere elastische Zwischenschicht 26 entsprechend komprimiert und die Scheibe 14 wandert über ihre Fase 22 entlang der Anlagefläche des Keilelements 20 bzw. der elastischen Zwischenschicht 24 nach außen (nach rechts in 1A).
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Dagegen zieht sich der Scheibenverbund 14 bei niedrigeren Temperaturen zusammen, wie in 1C dargestellt. Während das Keilelement 20 und die Rahmenvorrichtung 16–19 im Wesentlichen ihre Maße beibehalten, dehnen sich das weitere elastische Dichtelement 30 und die weitere elastische Zwischenschicht 26 aus und die Scheibe 14 wandert über ihre Fase 22 entlang der Anlagefläche des Keilelements 20 bzw. der elastischen Zwischenschicht 24 nach innen (nach links in 1A).
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Wie in den 1A, 1B und 1C erkennbar, dichten die elastischen Dichtelemente 28, 30 den Zwischenraum bzw. die Dehnungsfuge zwischen der Scheibe 14 und der Rahmenvorrichtung 16, 18 über den gesamten Temperaturbereich gegen flüssige, gasförmige und feste Fremdstoffe ab. Auf diese Weise werden auch die elastischen Zwischenschichten 24, 26 geschützt und behalten ihre Elastizität und Funktionsfähigkeit. Diese Funktion der elastischen Dichtelemente 28, 30 bleibt über die Einsatzdauer und die Temperaturschwankungen erhalten, da die Haltekräfte für die Scheibe 14 im Wesentlichen von den (weiteren) elastischen Zwischenschichten 24, 26 erbracht werden.
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Bezug nehmend auf die 2A, 2B und 2C wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Schutzvorrichtung erläutert. Die Querschnittsansichten entsprechen dabei jenen zur Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels.
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Die Schutzvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von jener des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels darin, dass die Scheibe 14 mit ihrer Fase 22 unmittelbar auf der Anlagefläche des Keilelements 20 aufliegt. Anstelle der elastischen Zwischenschicht 24 zwischen Scheibe 14 und Keilelement 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine elastische Zwischenschicht 25 zwischen dem Keilelement und dem inneren Rahmenelement 18 der Rahmenvorrichtung vorgesehen.
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Im Übrigen entspricht die Schutzvorrichtung dem obigen ersten Ausführungsbeispiel.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt), können die Ausführungsbeispiele der 1A–1C und 2A–2C auch miteinander kombiniert werden. D. h. eine elastische Zwischenschicht 24 ist zwischen der Scheibe 14 und dem Keilelement 20 vorgesehen und eine elastische Zwischenschicht 25 ist zwischen dem Keilelement 20 und dem inneren Rahmenelement 18 vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3243136 C2 [0003]
- WO 2009/149951 A2 [0006, 0007, 0043]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm ASTM D790 [0037]
- ASTM D1621 [0037]
