-
Die Erfindung betrifft ein geschosshemmendes Schutzelement, welches aus einem Verbundelement mit mehreren Lagen eines textilen Flächengebildes aufgebaut ist, wobei diese textilen Lagen mittels eines polymeren Bindemittels miteinander verbunden sind. Das geschosshemmende Schutzelement ist sowohl für den Personenschutz als auch für den Objektschutz, d.h. für den Weich- und Hartschutz, einsetzbar.
-
Es sind bereits kugelsichere Schutzwesten bekannt, die von Polzisten, Soldaten und anderen gefährdeten Personen im Einsatz getragen werden, um diese vor Geschossen, Splittern oder ähnlichen Flugkörpern zu schützen. In diesen Schutzwesten eingesetzte harte Einschübe bestehen je nach Beschussklasse aus einer Mindestanzahl textiler Lagen, insbesondere Gewebelagen aus Kevlarfäden, welche über eine harte Matrix miteinander verbunden sind. Diese plattenförmigen Einschübe haben abhängig von der gewählten Beschussklasse ein Flächengewicht von 6 bis 29 kg/qm. Für den Träger und insbesondere für eine Trägerin der Schutzwesten haben diese plattenförmigen Einschübe einen geringen Tragekomfort, da sie nicht an die Körperform angepasst sind und stellen darüber hinaus ein erhebliches zusätzliches Gewicht dar. Hier besteht der Wunsch, das zusätzliche Gewicht zu reduzieren und den Tragekomfort zu verbessern.
-
Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 2 623 158 A1 ist bereits ein ballistischer Artikel bekannt, der mehrere Gewebelagen gleichgerichteter Bändchen in Kett- und Schussrichtung verwendet, wobei diese Lagen insbesondere randseitig über einen Binder miteinander verbunden sind. Diese randseitig vorgesehenen Binder sollen diese gleichlaufenden Bändchen in der Gewebelage halten, um eine Weiterverarbeitung zu erleichtern. Hierbei werden mehrere Lagen solcher Bändchengewebe übereinander angeordnet und in einer Presse bei Temperatur und Druckanwendung verpresst, um beispielsweise Platten der Größe 50 × 50 cm mit einem Gewicht 8 kg/qm zu erhalten. Es ist jedoch nicht angegeben, für welche Beschussklasse ein solches ballistisches Element einsetzbar ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein geschosshemmendes Schutzelement zur Verfügung stellen, das sowohl für den Weich- als auch für den Hartschutz eingesetzt werden kann. Das Schutzelement soll bei geringem Flächengewicht einen guten Schutz und bei der Verwendung von Einschüben für Schutzwesten einen höheren Tragekomfort bieten.
-
Diese Aufgabe wird mit einem geschosshemmenden Schutzelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben die Unteransprüche.
-
Das geschosshemmende Schutzelement besteht aus einem Verbundelement, welches aus mehreren Lagen eines textilen Flächengebildes aufgebaut ist. Hierbei sind die textilen Flächengebilde aus flachen Monofilen aus hochfesten Polyolefinen gebildet. Die Anzahl der Lagen wird entsprechend der Dicke der Monofile und dem Anwendungszweck ausgewählt. Bei Schusswesten bzw. Einschüben von Schutzwesten der Beschussklasse SK1, nämlich für Geschosse der Größe 9 mm, werden 50 Lagen bei einem Flächengewicht von 90g/qm eingesetzt. Bei Schusswesten bzw. Einschüben von Schutzwesten der Beschussklasse SK2 werden 60 Lagen bei einem Flächengewicht von 90g/qm verwendet.
-
Hierbei bestehen die textilen Flächengebilde aus flachen Monofilen. Diese Monofile sind insbesondere ultrahochmolekulare Polyolefine, vorzugsweise ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMPE) oder ultrahochmolekulares Polypropylen (UHMPP). Aus diesem ultrahoch molekularen Polyolefinen hergestellte bändchenförmige Monofile haben insbesondere eine Breite, die nicht größer als 10 mm ist, vorzugsweise zwischen 2 mm und 5 mm. Die Dicke der Monofile liegt vorzugsweise zwischen 50 µm und 200 µm. Diese bändchenförmigen Monofile werden zu einem textilen Flächengebilde verarbeitet, beispielsweise durch Weben, Wirken oder Legen dieser bändchenförmigen Monofile. Hierbei wird insbesondere ein flaches textiles Flächengebilde bevorzugt, wo die bändchenförmigen Monofile nicht wesentlich aus ihrer Längsrichtung ausgelenkt sind. Dies kann beispielsweise ein Gewebe mit einer Leinwandbindung sein. Mehrere Lagen eines solchen textilen Flächengebildes werden für ein Verbundelement vorgesehen und mittels eines polymeren Bindemittels miteinander verbunden. In dem geschosshemmenden Schutzelement werden diese textilen Flächengebilde übereinander angeordnet, wobei in einem solchen Stapel die Ausrichtung der bändchenförmigen Monofile in jeder Lage gleich oder unterschiedlich sein kann.
-
Zwischen allen oder zumindest zwischen den meisten textilen Lagen des Verbundelements ist ein polymeres Bindemittel vorgesehen, welches diskret verteilt über die gesamte Oberfläche zumindest einer Lage aufgetragen ist und beide Lagen an den diskret verteilten Bindemittelauftragsstellen miteinander verbindet. Dies bedeutet, in einem Stapel von mehreren textilen Lagen wird jede Lage, die von einer weiteren Lage abgedeckt wird, mit dem Bindemittel beschichtet. Diese Beschichtung ist nicht vollflächig. Hierbei wird das Bindemittelpulver gleichmäßig verteilt auf die Oberfläche einer textilen Lage aufgebracht, beispielsweise durch eine Punktbeschichtung. Ein Bindemittelpulver kann auch als Dispersion auf die textile Lage auftragen werden. Hierbei sind grobkörnige Bindemittelpulverteilchen bevorzugt. Das polymere Bindemittel kann auch in Netzform zwischen den textilen Lagen angeordnet werden oder in einer anderen Weise vorgesehen sein. Wesentlich ist, dass das polymere Bindemittel nur an diskret verteilten Bindemittelauftragsstellen vorgesehen ist, die zu keiner vollflächige Verbindung der textilen Lagen führt. Es wird die Menge an aufgetragenem polymeren Bindemittel limitiert. Es wird nur so viel Bindemittel aufgetragen wie einerseits zur Verbindung der textilen Lagen notwendig ist, aber andererseits auch nicht wesentlich mehr, damit die Monofile noch eine ausreichende Flexibilität im Verbundelement behalten, was für ihre ballistische Wirksamkeit von Bedeutung ist. Eine vollflächige Verklebung macht die Monofile unflexibel und führt dazu, dass sich die Monofile bei einem eindringenden Geschoss nicht in Kraftlinie legen können, da sie in der harten Matrix festgehalten werden.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann zwischen den Lagen das gleiche oder unterschiedliche polymere Bindemittel vorgesehen sein, welches aus thermoplastischen Polymeren, aus Elastomeren oder aus Duromeren besteht. Vorzugsweise wird ein Bindemittelpulver auf Polyolefinbasis verwendet. Besonders bevorzugt ist eine Mischung aus Polyethylen und weiteren Komponenten, die eine Copolymerisation bewirken, wie beispielsweise Ethylenvinylacetat (EVA) bzw. Maleinsäureanhydrid (MAH).
-
Es hat sich gezeigt, dass eine Menge an polymeren Bindesmitteln von 5 bis 40 g/qm die vorbeschriebenen Anforderungen erfüllt. Unter 5 g/qm kann keine ausreichende ballistische Wirksamkeit gewährleistet werden. Über 40g/qm werden die Monofile im Verbundelement zu fest gehalten und können sich nicht in ausreichendem Maße in Kraftlinie legen. Zum Weichschutz, d.h. für Einschübe von Schutzwesten oder Schusswesten werden vorzugsweise 5 bis 10 g/qm verwendet, für den Hartschutz werden vorzugsweise 20 bis 40g/qm einmgesetzt. Werden mehrere solcher mit Bindemittel beschichtete Lagen des textilen Flächengebildes zu einem Stapel übereinandergelegt und konsolidiert, wird hierbei ein flexibles Verbundelement erhalten. Durch die besondere Verklebung der textilen Lagen im Verbundelement wird in vorteilhafterweise auch erreicht, dass das gesamte Verbundelement eine wesentlich höhere Flexibilität als bekannte geschosshemmende Schutzelemente aufweist. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass ein solches Verbundelement auch durch ein entsprechendes Trennverfahren, wie beispielsweise mittels Laserschneiden, in eine gewünschte Form beschnitten werden kann. Dies bedeutet. dass durch den Beschnitt und die Flexibilität sich solche geschosshemmenden Schutzelemente bei einer Anwendung für Schusswesten oder Einschubelemente für Schutzwesten auch an Körperformen anpassen lassen und damit einen verbesserten Tragekomfort für die Träger solcher Westen bedeuten.
-
Bei einer Ausführung der Erfindung, nämlich eines geschosshemmenden Schutzelements, können sämtliche textile Lagen des Verbundelements mit dem vorbeschriebenen polymeren Bindemittel verbunden sein,
-
Bei einer Ausführungsform eines mehrlagigen Verbundelements mit mehr als 10 textilen Lagen wird zusätzlich, beispielsweise nach jeder fünften Lage, eine Zwischenschicht aus einem anderen Bindemittel vorgesehen, nämlich aus einem gut haftenden, dauerklebrigen Bindemittel, wie beispielsweise ein wärmebeständiges Bindemittel auf Basis von Acrylaten. Dieses Bindemittel wird vollflächig als Zwischenschicht zwischen zwei textilen Lagen vorgesehen wird. Eine solche Zwischenlage kann auch eine schaumartige Zwischenlage aus einer polymeren Matrix sein. In einer solchen Schaumzwischenlage können auch Mineralschaumteilchen vorgesehen sein, um eine stärkere Verformung (Aufpilzung der Projektile) zu bewirken.
-
Bei einem erfindungsgemäßen geschosshemmenden Schutzelement wird ein Geschoss, das mit hoher Geschwindigkeit und hoher Energie senkrecht auf dieses flächige Schutzelement auftrifft, in seiner Geschwindigkeit abgebremst und die Energie von dem Verbundelement horizontal aufgenommen. Hierbei können sich die flexiblen Bändchen jeder textilen Lage in Richtung der Krafteinwirkung legen, da dies durch die limitierte Menge von polymeren Bindemitteln zugelassen wird. Bereits die erste dem Geschoss zugewandte textile Lage wird ballistisch wirksam. Anders ist dies bei geschosshemmenden Verbundelementen des Standes der Technik, wo die ersten textilen Lagen durchschlagen werden, d.h. als Opferschichten dienen und allein durch Reibung kinetische Energie aufnehmen. Bei dem erfindungsgemäßen neuen geschosshemmenden Schutzelement erfolgt eine wesentlich bessere Kraftaufnahme, da die bändchenförmigen Monofile sich schneller in Kraftlinie ausrichten können und damit eine Kraftaufnahme schneller und dosierter ist.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel werden 50 textile Lagen aus ultrahochmolekularen Polyethylen-Monofilen (UHMPE) in Leinwandbindung gewebt. Die Monofile haben hier eine Breite von 4 mm. Als polymeres Bindemittel wird ein Bindemittelpulver aus Polyethylen und Ethylenvinylacetat in einer Punktbeschichtung gleichmäßig verteilt auf die textilen Lagen aufgetragen, nämlich in einer Menge von 10g/qm. Hierdurch wird ein geschosshemmendes Schutzelement für einen Einschub einer Schutzweste mit einem Gewicht von 4,75 kg/qm erhalten, das neben der bereits beschriebenen besseren Konfektionierbarkeit auch wesentlich bessere ballistische Eigenschaften zeigt. So ergab ein Beschuss mit einem Geschoss der Beschussklasse SK1, SK2, BR4 eine Traumatiefe von nur 20 mm, d.h. das Verbundelement hat sich nach dem Beschuss auf der dem Geschoss abgewandten Rückseite nur um 20 mm ausgebeult.
-
Ein solches geschosshemmendes Schutzelement kann neben dem Weichschutz, nämlich dem Einsatz als Schussweste oder als Einschubelement für Schutzwesten, auch für den Hartschutz eingesetzt werden. Insbesondere beim Schutz von Kraftfahrzeugen ist dieses geschosshemmende Schutzelement aus einem flexiblen Verbundelement in vorteilhafterweise einsetzbar, da das flexible Verbundelement bei Raumtemperaturen gut verformbar und damit gut in der Karosserie des Kraftfahrzeugs drapierbar ist. Durch den einfachen Beschnitt kann ein solches geschosshemmendes Schutzelement zusätzlich auch leicht an die Form des Kraftfahrzeugs angepasst werden. Des Weiteren kann für einen Hartschutz das Verbundelement mit einer mineralischen Abdeckung auf der dem Geschoss zugewandten Seite verbunden sein. Eine solche mineralische Abdeckung besteht entweder aus einer keramischen Platte, vorzugweise aus Aluminiumoxid, Borcarbid, Siliziumcarbid, Siliziumoxid, Titanoxid oder einer Mischung aus diesen keramischen Bestandteilen. Eine solche keramische Platte wird mit dem Verbundelement verklebt. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die mineralische Abdeckung auf das Verbundelement aufgegossen. Der Vorteil einer solchen mineralischen Abdeckung besteht darin, dass die harten mineralischen Bestandteile durch ihre Zerstörung und durch Reibung bis zu 50% der kinetischen Energie aufnehmen. Das Geschoss wird durch Reibung zerlegt, da die mineralischen Bestandteile die Oberfläche vergrößern. Auch wird ein eindringendes Geschoss, insbesondere der sehr harte im Geschoss enthaltene Kernstift, durch das Zersplittern der mineralischen Abdeckung abgelenkt. Das heißt, das Geschoss wird zerlegt und deformiert und der harte Kernstift wird aus seiner Einwirkrichtung so abgelenkt, dass die verbleibende Energie dieses Geschossstiftes durch die Monofile der Textillagen des Verbundelements leichter aufgenommen werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-