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Flexibles, durchschlaghemmendes Schutz-Flächen-
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Flexibles, durchschlaghemmendes Schutz-Flächenmaterial
Die Erfindung betrifft ein flexibles,durchschlaghemmendes Schutz-Flächenmaterial,
mit mehreren, übereinanderliegenden Lagen aus einem Gewebe und/oder Gewirvon Fasern
hoher Festigkeit, insbesondere Aramidfasern.
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Es ist seit langem bekannt, durchschlagfeste Stoffe, wie z.B. Metall
(Stahl), Keramikmaterial oder Kunstharzvergußplatten in Form von Lamellen oder Segmenten
unter Verwendung eines verbindenden Gewebes zu Schutzwesten zusammenzufügen, welche
einen zuverlässigen Schutz gegen Splitter und Geschosse bieten sollen. Derartige
Schutzwesten sind in mehrerlei Hinsicht nachteilig: sie sollen einerseits flexibel
genug sein, um den Träger nicht über Gebühr zu
behindern; hierbei
ist es aber notwendig, die einzelnen Lamellen bzw. Segmente einander überlappen
zu lassen, um durchschlagsgefährdete Schwächungsstellen zu vermeiden.
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Hierbei wird das Gewicht ganz wesentlich erhöht, da an den Uberlappungsstellen
eine Materialstärke vorliegt, die zum Schutz an sich nicht erforderlich ist.
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Soll die Schutzweste nicht nur vor verhältnismäßig energiearmen Splittern,
Querschlägern oder dergl. schützen, sondern auch vor dem unmittelbaren Beschuß mit
schweren Faustfeuerwaffen (mit einer kinetischen Energie von ca. 1000 Joule und
mit durchschlagsförderndem Hartkerngeschoß), dann wird eine Schutzweste beispielsweise
aus Stahllamellen derart schwer, daß der Träger schon nach kurzer Zeit durch die
große Last unbeweglich und kampfunfähig wird.
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Verwendet man dagegen für eine Schutzweste Keramikplatten, dann können
diese zwar den Durchschlag eines Geschosses verhindern, werden beim Auftreffen aber
zerstört, so daß die entsprechende Keramikmaterialplatte nach dem ersten Einschlag
keinen Schutz mehr bietet.
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Seit einiger Zeit wurden Schutzwesten auch aus Aramidfasern (Polyamid
aus aranatischen Bausteinen) hergestellt; es handels sich hierbei um Textilfasern,
die von aromatischen Polyamiden der Gruppe der Aramide hergeleitet sind; die Molekularzusammensetzung
besteht aus steifen Ringen und miteinander verbundenen
Brücken im
Gegensatz zu den kettenförmigen elastischen Molekülen sonstiger bekannter Kunstfasern.
Da sich diese Fasern durch metallähnliche mechanische Eigenschaften auszeichnen,
ist aufgrund dieser außergewöhnlichen Festigkeit, des hohen Moduls und des geringen
Gewichts die Herstellung von Geweben möglich, die wesentlich leichter und fester
sind als beispielsweise Glasfaserprodukte. Die Widerstandsfähigkeit je Gewichtseinheit
beträgt das Fünf- bis Fünfzehnfache von der des Stahls.
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Eine Schutzweste aus fünfzehn bis zwanzig Gewebelagen aus derartigen
Fasern weist eine Dicke von 1 bis 2 cm und ein Gewicht von ca. 1,5 bis 3 kg auf
und hat sich gegenüber dem Direktbeschuß mit Taschenpistolen und üblichen Militärpistolen
unter Verwendung üblicher Blei- oder Weichkerngeschosse als ausreichend erwiesen.
Eine derartige Panzerweste wird aber von Hochleistungs-Faustfeuerwaffen und auch
Maschinenpistolen und bei Verwendung von Hartkerngeschossen durchschlagen, um gegenüber
dem Beschuß beispielsweise mit dem Kaliber .357 Magnum mit Hartkerngeschoß zuverlässigen
Schutz zu bieten, sind ggf. bis zu hundert Gewebslagen und mehr erforderlich, was
den Träger neben einem großen Volumen vor allem durch ein Gewicht von ca.
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10 bis 15 kg in seiner Beweglichkeit stark einschränkt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
ein Material der eingangs genannten Art zu finden, das unter ausschließlicher oder
überwiegender Verwendung von Textilfasern hoher Festigkeit einen höheren Schutz
gegenüber dem Durchschlag von Geschossen oder Splittern bietet, als dies bisher
möglich war, ohne daß eine unzuträglich große Materialdicke und damit auch ein unzuträglich
hohes Materialgewicht hingenommen werden soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem eingangs
genannten, bekannten Material benachbarte Lagen über ihre Flächenerstreckung hinweg
aneinsander befestigt sind. Bisher hat man bei bekannten Textilwesten die einzelnen
Lagen nur längs der Zuschnittkanten miteinander vernäht, da man davon ausging, daß
ein auf die oberste Lage auftreffendes Geschoß diese und alle nachfolgenden Lagen
aufeinanderfolgend zeltartig dehnen bzw. spannen wird, so daß durch die wechselseitige
Reibung der Lagen gegeneinander zusätzlich Geschoßenergie vernichtet wird. Es hat
sich aber überraschenderweise herausgestellt, daß gerade durch eine entgegengesetzt
wirkende Maßnahme die Durchschlagsfestigkeit des Textilmaterials entscheidend erhöht
wird. Die beim Auftreffen eines Geschosses stattfindenden Vorgänge sind noch nicht
restlos erforscht; da bei der Erfindung benachbarte Lagen derart aneinander befestigt
werden, daß sie zumindest vor Auftreffen eines Geschosses gegeneinander unverrutschbar
sind, werden durch die gegenseitige Befestigung vermutlich beim Auftreffen der Geschosse
die einzelnen
Lagen aufeinander gehaltene so daß eine energievernichtende
-Reibung zwischen den einzelnen Lagen deshalb sichergestellt ist, weil sich die
Lagen nicht voneinander abspreizen können, wobei bereits durchschlagene Lagen durch
die Befestigungsstellen an noch nicht durchschlagenen Lagen befestigt bleiben und
energieverzehrend wirken können.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagen miteinander
versteppt, wobei der zum Versteppen verwendete Faden fest genug sein soi#ll, daß
er den in den Lagen auftretenden Belastungen in der Nähe einer Einschußstelle standhält
Bevorzugt wird auch für einen derartigen Faden ein Aramidgarn verwendet.
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Beim Versteppen wird vorteilhafterweise eine verhältnismäßig hohe
Fadenspannung gewählt, um selbst nach längerer Benutzung des erfindungsgemäßen Flächenmaterials
den sicheren Zusammenhalt der einzelnen Lagen zu gewährleisten.
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Anstelle des Versteppens können die Lagen auch punktweise vernäht
werden.
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Als Steppmuster werden bevorzugt geradlinige, rechtwinklig aufeinandertreffende
Steppnähte mit einem bevorzugten Abstand von 3,5 cm verwendet, es können aber auch
andere Steppmuster ggf. von Vorzug sein; insbesondere kann es von Vorteil sein,
die Steppnähte parallel zu Zuschnittkanten
zu führen, um beim
Zuschnitt ein Auftrennen der Steppnähte zu vermeiden. Es kann ggf. auch von Vorteil
sein, an besonders gefährdeten Stellen die Steppnähte enger anzuordnen als an anderen
Stellen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagen miteinander
verklebt, wobei die Verklebung ggf.
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auch zusätzlich zu sonstigen Befestigungsarten aufgebracht werden
kann. Die Verklebung kann punkt- oder flächenförmig erfolgen; in letztgenanntem
Fall ist darauf zu achten, daß ein Kleber verwendet wird, der einerseits die erforderliche
Festigkeit aufbringt, andererseits aber die Flexibilität des erfindungsgemäßen Materials
nicht wesentlich beeinträchtigt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich,
die Lagen miteinander zu vernieten, wobei auch diese Befestigungsart ggf. zusätzlich
zu anderen Befestigungsarten gewählt werden kann. Es ist beim Vernieten allerdings
darauf zu achten, daß die der Beschußseite zugewandten Nietköpfe so groß sind, daß
nicht etwa ein auftreffendes Geschoß eine Niete durch das erfindungsgemäße Material
hindurchtreibt.
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Es ist gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
besonders von Vorteil, daß alle Lagen des erfindungsgemäßen Flächenmaterials an
gemeinsamen Befestigungsstellen aneinander befestigt sind, indem etwa alle Lagen
gemeinsam mit jeweils nur einer einzigen Nahtführung zusammengenäht bzw. -gesteppt
sind. Es ist durch derartige gemeinsame Befestigungsstellen möglich, die einzelnen
Lagen fest aufeinanderzupressen, so daß nicht nur eine besonders hohe Schutzwirkung
erzielt wird, sondern gleichzeitig auch die Materialdicke auf einen Mindestwert
reduziert wird.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es aber auch
von Vorteil sein, daß das erfindungsgemäße Flächenmaterial aus mehreren Paketen
aus aneinander befestigten Lagen gebildet ist, wobei die Befestigungsstellen der
einzelnen Pakete gegeneinander versetzt sind.
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Es ist nämlich denkbar, daß bei langer Benutzung des erfindungsgemäßen
Flächenmaterials, ohne daß die Schutzwirkung in Anspruch genommen wurde, an den
Befestigungsstellen unter Umständen Verschleiß einsetzt, so daß die Befestigungsstellen
Schwächungszonen bilden können.
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Durch die letztgenannte Ausgestaltung der Erfindung wird es wirksam
verhindert, daß durch das Material hindurchgehende Schwächungszonen hergestellt
werden, indem diese jeweils paketweise und somit schichtenweise zueinander versetzt
sind.
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Es ist auch möglich, in der -Fabrikation-das erfindungsgemäße Flächenmaterial
lediglich in Paketdicke herzustellen, und dann erst bei der Verarbeitung die für
den jeweiligen Schutzzweck erforderliche Anzahl von Paketschichten aufeinanderzulegen,
so ist es beispielsweise möglich, eine Schutzweste aus einem einzigen Flächenmaterial
herzustellen, wobei durch Übereianderlegen einen entsprechenden Anzahl von Zuschnitten
in besondere gefährdeten Stellen die schutzwirksame Dicke der fertigen Schutzweste
frei gewählt werden kann. Hierdurch kann ohne wesentliche Einbuße der Schutzwirkung
eine bedeutende Gewichtserleichterung bei Erzeugnissen aus dem effindungsgemäßen
Flächenmaterial erreicht werden.
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Zum Steigern der Schutzwirkung gegenüber Geschossen und Splittern,
aber auch zum Erzielen von gewünschten Nebeneffekten wird es gemäß einerweiteren
Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Lagen aus unterschiedlichen Materialien
gebildet sind. Es ist somit möglich, auf Lagen oder Pakete aus einem Gewebe oder
Wirkstoff aus Aramidfasern an den Oberflächen des erfindungsgemäßen Flächenmaterials
zusätzlich wasserundurchlässige Schichten zu befestigen, welche ein Aufquellen und
somit eine Festigkeitseinbuße der Aramidfasern wirksam verhindern.
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Es ist-anth h möglich, Lagen aus bekannten Materialien hoher Festigkeit,
wie etwa Glas-, Kohlenstoff-, Bor- oder Metallfasern
zu bilden,
um auf diese Weise die Festigkeiteigenschaften verschiedener Stoffe im erfindungsgemäßen
Flächenmaterial miteinander zu kombinieren. Soweit Metallfasern verwendet werden,
können diese nur unter Schwierigkeit versteppt oder vernäht werden, so daß in diesem
Falle für das entsprechende Flächenmaterial bzw. das entsprechende Paket, in welchem
die Metallfaserlage vorliegt, eine andere Befestigungsart gewählt werden muß.
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Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil,
zwischen benachbarten Lagen bzw. zwischen benachbarten Paketen Einlagen aus durchschlaghemmendem
Material anzuordnen, wobei durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Befestigungsstellen
die genaue Lage der ein lagen stets beibehalten werden kann. Es ist auch möglich,
in unterschiedliche« Lagen oder Paketen derartige Einlagen zueinander versetzt derart
anzuordnen, daß diese unter Erhaltung der Flexibilität eine in Einschlagrichtung
geschlossene Panzerung bilden. Als Einlagen können beispielsweise Metallplatten
und/oder Kunstharz-Vergußplatten gewählt werden, wobei derartige Einlagen bevorzugt
an besonders gefährdeten Stellen allein oder gehäuft angebracht werden können. Es
ist somit möglich, praktisch im Baukastenprinzip das erfindungsgemäße Schutz-Flächenmaterial
so herzustellen, daß jedem Oberflächenbereich genau die für ihn erforderliche Schutzwirkung
zuordenbar ist, so daß überflüssiges Gewicht vermieden wird.
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Der Gegenstand der Erfindung findet seine bevorzugte Verwendung bei
der Herstellung von Schutzwesten bzw. sonstigen Schutzbekleidungsstucken, wie etwa
Schutzhauben, Beinschützern oder dergl., wobei bei einem verhältnismäßig geringen
Gewicht und Volumen und bei einer Flexibilität, die eine hinlängliche Bewegungsfreiheit
zusichert, nicht nur gegenüber Splittern und unmittelbarem Beschuß mit Geschossen
geringer Durchschlagskraft (beispielsweise 9 mm Parabellum mit Weichkerngeschoß,
kinetische Energie ca. 450 Joule), sondern auch Schutz gegenüber Maschinenpistolen
(z.B. MP2 (UZI), mit WeichkerngeschoB, kinetische Energie ca. 650 Joule) sichergestellt
ist. Durch den Aufbau nach dem Baukastenprinzip durch Einschub von Metall- und/oder
Kunstharz-Vergußplatten ist auch ein Schutz gegen Geschosse höchster Durchschlagskraft
gegeben (beispielsweise gegen 357 Magnum mit Hartkernmunition, kinetische Energie
ca.
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1.000 Joule und Gewehr G3 mit Hartkernmunition, kinetisch Energie
ca. 3.000 Joule).
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Das erfindungsgemäße Flächenmaterial ist bevorzugt aber auch für Schutzdecken
und -matten verwendbar, die wegen des besonders günstigen Leistungsgewichts bei
vorgegebener Größe besonders leicht oder bei vorgegebenem Gewicht besonders groß
ausgeführt werden können, so daß beispielsweise eine Matte zum Schutze von 2 bis
3 Personen gegen Splitter in äußerst kurzer Zeit an den zu schützenden Objekten
angebracht werden kann.
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Das erfindungsgemäße Flächenmaterial läßt sich vorteilhaft aber grundsätzlich
überall dort verwendet, wo ein ständiger oder abnehmbarer Schutz gegen den Durchschlag
von Splittern geschaffen werden soll, ohne daß dieser Schutz hohe Kosten, großes
Gewicht oder grcße Raumverschwendung verursachen darf
beispielsweise
sind Fahrzeug-Gas turbinen mit einem Schutzmantel zu umgeben, der zumindest Insassen
des Fahrzeuges vor den Splittern eines berstenden Turbinenläufers schützt.
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Auch für solche Zwecke ist das erfindungsgemäße Flächenmaterial bevorzugt
verwendbar, zumal es wegen seiner Flexibilität nicht seine endgültige Form von vornherein
aufweisen muß, sondern bei dem gegebenen Beispiel als Zuschnittteil bei der Montage
der Gasturbine um deren Gehäuse herumgelegt werden kann.
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Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf das Schutzmaterial ier beschriebenen
Art, sondern in gleicher Weise auch auf ,chutzdecken bzw. Schutzmatten, Schutzwesten
bzw. Schutzzekleidungsstücke, Schutzabdeckungen und Materialbahnen us dem erfindungsgemäßen
Flächenmaterial.
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)er Gegenstand der Erfindung ist anhand der beigefügten, ;chematischen
Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert, js zeigen: "ig. 1 einen Eckabschnitt
einer Materialbahn aus dem erfindungsgemäßen Schutz-Flächenmaterial, 'ig. 2a und
2b eine Ansicht zweier verschiedener Ausführungsformen des in Fig. 1 gezeigten,
erfindungsgemäßen Flächenmaterials, aus der Richtung B in Fig. 1 gesehen,
und
Fig. 3a und 3b eine Draufsicht auf zwei weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen,
in Fig. 1 gezeigten Flächenmaterials, aus der Richtung A in Fig. 1 gesehen.
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In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße
durchschlaghemmende Schutz-Flächenmaterial gezeigt, das als Materialbahn hergestellt
ist. Jede der gezeigten Materialbahnen ist aus Lagen gebildet, die zumindest teilweise
aus Geweben und/oder anderen textilen Flächengebilden gebildet sind, die gänzlich
oder vorwiegend aus Aramid-Filamentgarnen bzw. Zwirnen oder Filamentgarnen bzw.
Zwirnen bestehen, wobei die Filamentgarne Garne aus endlosen Elementarfäden (Monofilamenten)
sind.
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Fasern der genannten Art sind auf dem Markt unter den Warennamen "Kevlar"
und "Arenka" erhältlich.
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Bei dem in Fig.1 gezeigten, im Schrägbild dargestellten Ausführungsbeispiel
sind Lagen 1 der genannten Art aufeinandergelegt (der Deutlichkeit halber sind weniger
Lagen gezeigt, als sie tatsächlich Verwendung finden, und alle Lagen sind mittels
Steppnähten 2 zusammengesteppt, die durch Vernähen der einzelnen Lagen 1 mit hochfestem
Garn
gebildet sind, wobei beim Vernähen eine verhältnismäßg hohe
Zugspannung in das Garn eingebracht wurde, um einen zuverlässigen Zusammenhalt der
Lagen sicherzustellen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind, wie auch in Fig. 3a noch
näher ersichtlich, zwei Gruppen von Steppnähten 2 vorgesehen, die rechtwinklig aufeinanderstehen,
wobei zwischen den Steppnähten jeweils einer Gruppe ein gegenseitiger Abstand von
ca. 3,5 cm vorgesehen ist.
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Die Steppnähte sind so angeordnet, daß sie das gesamte Material und
alle seine Lagen längs gemeinsamer Verbindungsstellen durchdringen, wie dies aus
Fig. 2b noch näher ersichtlich ist, in welcher eine Seitenansicht des in Fig. 1
gezeigten Materials aus der Richtung des Pfeiles B gezeigt ist.
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In Fig. 2b sind der Deutlichkeit halber die einzelnen Lagen 1 nicht
eingezeichnet, sondern es ist jeweils nur eine Decklage 3 gezeigt, welche aus feuchtigkeitsundurchlässigem
Material besteht, um das Eindringen von Feuchtigkeit in die Aramid-Faserlagen und
deren Aufquellen zu vermeiden.
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Zusätzlich oder stattdessen können die Aramid-Faserlagen auch beispielsweise
imprägniert sein.
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In Fig. 2a ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flächenmaterials
gezeigt: bei dem dargestellten Material sind übereinanderliegend mehrere Lagenpakete
4 angeordnet, die im einzelnen jeweils die gleiche Ausbildung wie der Gegenstand
der Fig. 1 aufweisen können.
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Wesentliches Merkmal des dargestellten Ausführungsbeispiels ist die
versetzte Anordnung der einzelnen Pakete 4 derart, daß die Durchstichstellen der
Steppgarne in den einzelnen Lagenpaketen 4 derart gegeneinander versetzt sind, daß
nicht etwa ein durch das gesamte Material durchgehender Durchstichkanal gebildet
ist.
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In Fig. 3b ist die Draufsicht aus der Richtung A in Fig. 1 auf eine
weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutz- Flächenmaterials gezeigt:
dort sind nicht, wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 3a, zwei Gruppen
einander kreuzender Steppnähte vorgesehen, sondern eine einzige, spiralig laufende
Steppnaht; diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß eine Vielzahl frei endender
Steppnähte vermieden ist, an denen die Enden des Steppgarnes in das Schutzmaterial
rutschen und dessen festen Verbund lockern könnten.