DE202019005215U1

DE202019005215U1 - Schutzeinrichtung - gegen Bedrohung durch kinetische Energie (Geschosse) - gegen Bedrohung durch Sprengungen (ID, bzw. Granaten, Sprengladungen) - als Berstschutz bei Maschinenanlagen

Info

Publication number: DE202019005215U1
Application number: DE202019005215.1U
Authority: DE
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Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2029-12-20

Abstract

Schutzeinrichtung bestehend aus wenigstens einer gekanteten oder anders formgebend hergestellten Platte 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kantung, oder einem anderen formgebenden Verfahren, aus der Platte 1 eine Geometrie aus einer langen (2) und einer kurzen (3) Kantseite entsteht und der Winkle oder ein Radius (4) zwischen diesen beiden Seiten festgelegt ist.Figur 1.

Description

Schutzeinrichtung

- zum Schutz gegen Angriffe mit Schusswaffen mit kleinen, mittleren und großen Geschossen mit kinetischer Energie (KE) und gegen KE-Splitterdarstellungsgeschosse
- zum Schutz gegen Angriffe durch IED- Bedrohungen, Handgranaten oder ähnliche Sprengbedrohungen
- als Berstschutz bei Hochdruckanlagen, schnelllaufenden Maschinenteilen, Verdichtern oder Turboladern und dgl.

Aufgabenstellung
Die erfindungsgemäße Aufgabenstellung besteht darin Schutzeinrichtungen vorrangig für Fahrzeuge, aber auch für Gebäude, Container, Schiffe, militärische Fahrzeuge (Rad- und Kettenfahrzeuge) und Maschinen und Anlagen herzustellen die gegen Punkt- oder Flächenbelastungen geschützt werden sollen. Diese Punkt- oder Flächenbelastungen können hervorgerufen werden durch auftreffende Geschosse (das können Geschosse einer Munition selbst, aber auch Schrapnells von Granaten oder Bomben bzw. Einlagen einer Sprengladung oder Gehäusebruchstücke sein) oder einer Druckwelle hervorgerufen durch die Explosion einer Sprengladung (auch Granate) oder eines technischen Versagens einer Hochdruckanlage oderschnelllaufender Maschinen- und Motorenteile, aber auch durch Crashbelastung.
Beschreibung des Schutzanspruches
Die Schutzeinrichtungen werden so hergestellt das die durch die unterschiedlichen Bedrohungsarten eingebrachte kinetische Energie in Verformungsenergie und Reibung umgewandelt und damit abgebaut wird bevor sie die zu schützende darunter liegende Struktur schädigen kann. Die Anordnung der geometrischen Form der Schutzstruktur kann durch Veränderung der Winkel, bzw. durch Veränderung der Lage der beiden Formteile zueinander sowie durch Variation der Materialdicken und der mechan. Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe variiert werden und so an völlig unterschiedliche Bedrohungsszenarien angepasst werden.
Die Schutzelemente können so hergestellt und an die zu schützende Geometrie angepasst werden, dass sie entweder als Schutzelement in eine vorhandene Geometrie oder ein bereits vorhandenes Schutzsystem integriert werden können, oder aber als ein zusätzliches Element auf eine vorhandene Geometrie oder ein vorhandenes Schutzsystem aufgebaut werden können.
Beschreibung der Wirkungsweise der Schutzsysteme
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schutzstruktur besteht im Abbau, bzw. vollständigen Vernichtung, der auf die Schutzstruktur einwirkenden kinetischen Energie durch Verformung der Elemente der Schutzstruktur.
Die einwirkende kinetische Energie kann sowohl durch Geschosse, Geschossfragmente, Materialfragmente, Berstteile oder auch einer Druckwelle in die Schutzstruktur eingebracht werden. Die durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Schutzstruktur entstehenden Zwischenräume ermöglichen eine definierte Verformung der Schutzelemente und damit den Abbau der eingebrachten Energie. Je nach Anforderungsprofil können dabei die erfindungsgemäß entstehenden Zwischenräume zusätzlich mit Verstärkungen belegt oder ausgefüllt werden um die Wirkung des Energieabbaus zu verstärken, bzw. an spezielle Anforderungen anzupassen.
Beschreibung des Gebrauchsmusters
Die entwickelte Schutzeinrichtung besteht zum Einen aus einem geometrischen Grundaufbau bestehend aus einem 1 oder 2-lagigen Formelemente-Aufbau bei dem durch das Zusammenfügen der Elemente definierte der Belastungsanforderung entsprechende Räume entstehen und zum Anderen aus zusätzlichen Verstärkungen zur Energieabsorption, bzw. zur Erhöhung der ballistischen Performance die in diese Räume nach Bedarf und Anforderung implementiert werden können.
Der Grundaufbau wird so ausgelegt und gestaltet, dass beim Verbinden der beiden einzeln hergestellten Formteile je nach vorher definierten Anforderungen bestimmte Räume entstehen die geometrisch versetzt zueinander angeordnet sind und sich diese Verformungsaufbau periodisch über die Fläche des zu schützenden Objektes wiederholt. Die flächige Ausdehnung, Geometrie und Anordnung der entstehenden Räume, sowie deren Größe, kann lokal variieren um den vorgegebenen Bauteil- und Schutzanforderungen gerecht zu werden.
Im Einzelfall kann der Grundaufbau auch nur aus einem Formteil bestehen. Die erfindungsgemäßen Räume werden in diesem Fall durch die Verbindung des Formteiles mit der Oberfläche des zu schützenden Objektes die als Basisfläche dient gebildet.
Als Werkstoff für die Grundaufbauten können sowohl Metallwerkstoffe als auch andere zur Formgebung geeignete Werkstoffe, wie z.B. Faserverbundwerkstoffe, Kunststoffe, Holz (Panzerholz), Vergussbeton usw., je nach Schutzanforderung und zu schützendem Objekt verwendet werden. Für hohe Schutzanforderungen werden üblicherweise höher feste bzw. hochfeste Metallwerkstoffe vor allem im Blechformat verwendet.
Für die Verwendung von Metallwerkstoffen gibt es vorwiegend 2 Möglichkeiten:

1. Die zur Anwendung kommenden Metallwerkstoffe bringen als Lieferzustand diese höher- bzw. hochfesten Materialeigenschaften mit und besitzen in diesem Zustand eine gute Kaltumformbarkeit unterhalb der Rekristalisationstemperatur des jeweiligen Materials. Die aus diesen Materialien herzustellenden Schutzsysteme werden mit entsprechend geeigneten Kaltumformverfahren hergestellt. Als Kaltumformverfahren kommen Verfahren wie Kaltwalzen, Kaltpressen, Tiefziehen, Biegen, Dengeln, Hämmern, Kugelstrahlen bzw. Recken in Frage. Zur Verbesserung und Erleichterung der Kaltumformung können die zur Anwendung kommenden Materialien mit einer Oberflächenbeschichtung versehen werden, vorzugsweise Zink- oder Manganphosphatierung, bzw. NanoX-Beschichtung oder andere, die Gleiteigenschaft verbessernde Beschichtungen.
2. Die zur Anwendung kommenden Metallwerkstoffe sind in ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer Herstellungsroute so aufgebaut das sie durch Warmumformung oberhalb der Rekristalisationstemperatur des jeweiligen Materials in die erfindungsgemäße geometrische Form gebracht werden können, auch im Zusammenhang mit einem nachfolgenden Vergütungsprozess wenn das aufgrund der Materialspezifik für die Erreichung der gewünschten Materialeigenschaften erforderlich ist. Als Warmumformprozess kommen die Verfahren Warmpressen als Formgebung mit nachfolgender Vergütung der Bauteile, sowie das Presshärten als Warmumformung mit gleichzeitiger Vergütung (Einstellung der geforderten Eigenschaften) durch einen speziell auf das Material abgestimmten Warmpressprozess, in Frage.

Bei der Verwendung anderer zur Formgebung geeigneter Werkstoffe sind die Anforderungen die die Werkstoffe an die Bearbeitungsfähigkeit sowie die Vorgaben und Ansprüche an die Herstellung von Formteilen und die jeweilige Verbindungstechnik stellen, zu beachten.
Als Werkstoffe für die Verstärkung der Grundstruktur zur Verbesserung des gewünschten Dämpfungseffektes bzw. der ballistischen Performance des Schutzsystems gibt es nachfolgende Möglichkeiten, wobei die Einbringung bzw. Aufbringung der Verstärkung je nach verwendetem Material und System unterschiedlich sein kann:

1. Metallschäume: erfindungsgemäßes Ausfüllen der Hohlräume der Grundstruktur mit Metallschaum wobei durch die Auswahl des Schaummaterials, deren Herstellung und der Auslegung der Schaumstruktur die zusätzlichen Dämpfungseigenschaften lokal eingestellt werden können. Die Herstellung kann entweder durch direktes Ausschäumen der Hohlräume oder durch die Herstellung passgenauer Formteile aus Schaummaterial und einkleben oder einpressen derselben in die vorgesehenen Hohlräume erfolgen.
2. Faserverbundwerkstoffe: Ausfüllen der Hohlräume, bzw. Auskleiden der Hohlraumwände durch Verstärkungen aus Glasfaser, Kohlefaser, hochzähe Synthesefasern wie Aramid, Vectran oder Polyäthylen, oder Naturfasern wie Basalt oder Hanf. Die Faserverstärkungen können als Glasfilamentgewebe, Gewebe, Unidirektionale-Gelege (UD-Gelege), Multiaxiale Gelege oder gepresste bzw. gesteppte Matten hergestellt sein. Es können aber auch Formteile aus diesen Fasermaterialien hergestellt werden die in die Hohlräume eingefügt werden.
3. Keramik: Zur Verbesserung und Unterstützung insbesondere der ballistischen Schutzwirkung, vor allem gegen Hartkerngeschosse mit panzerbrechenden Spitzen bzw. auch gegen Projektil bildende Hohlladungsgeschosse können Keramikformteile in die vorhandenen Hohlräume integriert werden.
4. Beschichtung: Beschichtung der Innen- und bei Bedarf auch der Außenseite der in der Grundstruktur entstandenen Hohlräume. Als Beschichtungssysteme kommen dabei folgende Verfahren in Frage:
- - Polyurethan- bzw. Epoxybeschichtungen aufgebracht durch spritzen oder lackieren,
- - Auftragsschweißen, mit Füllstoffen
- - Thermisches Spritzen, vorzugsweise mit carbidischen Werkstoffen und dem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF)-Verfahren. Aber auch je nach Anforderung und Bedarf mit anderen Spritzverfahren wie Flammspritzen mit Pulver, Lichbogendrahtspritzen und Plasmaspritzen.

Das Füllen oder Belegen der Räume mit den o.g. Materialien ist nicht zwingend notwendig. Die Verwendung solcher Füllungen ist abhängig von den Schutzanforderungen, den Anforderungen die eventuell das zu schützende Objekt stellt, sowie zur Einhaltung bestimmter Vorgaben wie Größe, Gewicht oder Einbauverhältnisse.

Claims

Schutzeinrichtung bestehend aus wenigstens einer gekanteten oder anders formgebend hergestellten Platte 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kantung, oder einem anderen formgebenden Verfahren, aus der Platte 1 eine Geometrie aus einer langen (2) und einer kurzen (3) Kantseite entsteht und der Winkle oder ein Radius (4) zwischen diesen beiden Seiten festgelegt ist. 1.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Platte 1 durch die Formgebung punktuell auf dem zu schützenden Objekt aufliegt oder mit Abstand (9) zu dem zu schützenden Objekt angebracht ist und dadurch erfindungsgemäß definierte Räume (6) zwischen Schutzeinrichtung und dem Schutzobjekt (5) entstehen. 2
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Formgebung der Platte 1 und die Verbindung der Platte 1 mit der Oberfläche des Schutzobjektes zwischen Platte 1 und der Oberfläche des zu schützenden Objektes Räume (6) gebildet werden und sich diese Räume aufgrund der erfindungsgemäßen Formgebung der Platte 1 über die Fläche des Schutzobjektes kontinuierlich wiederholen.
Schutzeinrichtung bestehend aus Platte 1 und einer zweiten Platte 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verbindung von Platte 1 (1) mit einer zweiten Platte 2 (7), die durch Formgebung wie Platte 1 hergestellt ist, ein Verbund entsteht. Durch die erfindungsgemäße Formgebung der Platte 1 (1) und Platte 2 (7) und die Anordnung der Platten zueinander entstehen erfindungsgemäß definierte Räume (6) zwischen Platte 1 und Platte 2, 3.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der formgebenden Kantungen, oder auch durch ein anderes formgebendes Verfahren, auf der Platte 2 (7) eine Geometrie aus einer langen und einer kurzen Kantseite entsteht und der Winkel oder ein Radius (4) zwischen beiden Kantseiten festgelegt ist. 4.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Formgebung der Platte 1 und Platte 2 sowie deren Anordnung zueinander zwischen den Platten 1 und 2 Räume (6) gebildet werden und sich diese Räume aufgrund der erfindungsgemäßen Formgebung und der Anordnung der Schutzeinrichtung auf dem zu schützenden Objekt über die gesamte Oberfläche des Schutzobjektes kontinuierlich wiederholen.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (9) der Platte 1 zum Schutzobjekt entsprechend der Schutzanforderungen durch Abkanten oder andere geeignete Formgebung der Enden der Platte 1 eingestellt werden kann, 2.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (10) der Schutzeinrichtung zu dem zu schützenden Objekt durch das Abkanten oder eine geeignete andere Formgebung und das Zusammenfügen der Endbereiche der Platte 1 und Platte 2 entsprechend der Schutzanforderungen eigestellt werden kann, 3.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (4) zwischen langer und kurzer Kantseite, die beim Abkanten oder anderen geeigneten Formgebungsverfahren entstehen und die Form und Größe des erfindungsgemäßen Raumes (6) bestimmen, an der Platte 1 geändert werden können und dadurch je nach Schutzanforderung größere oder kleinere Räume (6) entstehen, 5 und 5a
Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel oder Radien (4) zwischen langer und kurzer Kantseite, die beim Abkanten oder anderen geeigneten Formgebungsverfahren entstehen und die Form und Größe des erfindungsgemäßen Raumes (6) bestimmen, an der Platte 1 und Platte 2 geändert werden können und dadurch je nach Schutzanforderung größere oder kleinere Räume (6) entstehen, 6, 6a und 7
Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der geformten Platte 1 mit der geformten Platte 2 immer so erfolgt, dass sich Wellenberg der geformten Platte 1 und Wellental der geformten Platte 2 nicht gegenüber stehen.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einfügen von Dämpfungselementen (11) in die Räume (6) zwischen Platte 1 und Schutzobjekt der Energieabbau verstärkt wird und den jeweiligen Schutzanforderungen angepasst werden kann, 8.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das durch das Einfügen von Dämpfungselementen (11) in die Räume (6) zwischen Platte 1 und Platte 2 und bei Bedarf auch zwischen Platte 2 und der Oberfläche des zu schützenden Objektes der Energieabbau verstärkt wird und den jeweiligen Schutzanforderungen angepasst werden kann, 8
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte 1 und Platte 2 aus zur Formgebung geeigneten Werkstoffen wie Metall, Kunststoff, Faserverbundmaterial, Holz (Panzerholz) und dgl. bestehen.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung der Platte 1 und Platte 2 sowohl durch einfaches Kanten oder Biegen, als auch durch Umformung in Werkzeugen nach den gängigen Kaltumformverfahren oder durch Warmpressen bzw. Presshärten entstehen kann.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Platte 1 und Platte 2 aus einer Kombination aus den in Anspruch 14 genannten Werkstoffen bestehen können.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11) aus Anspruch 12 aus Werkstoffen wie metallische und nichtmetallische Schäume, aus Faserverbundmaterial, Glasfaser, Kohlefaser, hochzähen Synthesefasern wie Aramid, Vectran oder Polyäthylen, oder Naturfasern wie Basalt oder Hanf, aus Vergussbeton oder aus Keramik bestehen können.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11) aus Material nach Anspruch 17 direkt in die erfindungsgemäß gebildeten Räume durch Einschäumen, Verfüllen, Eingießen und dgl. eingebracht werden.
Schutzeinrichtungen nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11) nach Anspruch 12 mit Material aus Anspruch 17 als separate Teile außerhalb der Schutzeinrichtung hergestellt werden und danach in die erfindungsgemäß gebildeten Räume (6) nach Anspruch 3 und Anspruch 6 eingebracht werden.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geformte Platten 1 und Platte 2, oder auch nur eine der Platten, jeweils auf der Innenseite des erfindungsgemäß gebildeten Raumes mit einer Beschichtung versehen sind.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Innenseite des erfindungsgemäß gebildeten Raumes auf Platte 1 und Platte 2 aus einer Beschichtung wie Polyurethan- bzw. Epoxybeschichtungen aufgebracht durch spritzen oder lackieren besteht.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Innenseite des erfindungsgemäß gebildeten Raumes auf Platte 1 und Platte 2 aus einer Beschichtung durch Auftragsschweißen mit Füllstoffen hergestellt ist.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Innenseite des erfindungsgemäß gebildeten Raumes auf Platte 1 und Platte 2 durch thermisches Spritzen, vorzugsweise mit carbidischen Werkstoffen und dem Hochgeschwindigkeits- Flammspritzen (HVOF) Verfahren, aber auch je nach Bedarf mit anderen Spritzverfahren wie Flammspritzen mit Pulver, Lichtbogendrahtspritzen und Plasmaspritzen hergestellt ist.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Anspruch 21, Anspruch 22, Anspruch 23 genannten Beschichtungen auch oder zusätzlich auf der Außenseite der Platte 1 und oder der Platte 2 aufgebracht sein können.