DE3404272A1 - Kryogenoaktiver protektor - Google Patents

Kryogenoaktiver protektor

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DE3404272A1
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DE
Germany
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matrix
hollow
protector
arrangement
hollow spheres
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Withdrawn
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DE19843404272
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English (en)
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Helmut Krueger-Beuster
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KRUEGER BEUSTER HELMUT
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KRUEGER BEUSTER HELMUT
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/02Plate construction
    • F41H5/04Plate construction composed of more than one layer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/007Reactive armour; Dynamic armour

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Description

Diese Erfindung bschreibt eine Schutzvorrichtung gegen Durchdringung insbesondere von Geschossen oder deren Teilen. Dieser Protektor ist in Lage die bekannten Geschoßwirkungen wie Drücken, Dornen, Stanzen und Lochbrennen zu verhindern oder erheblich abzumindern.
Der zumeist verwendete Schutz gegen die o. g. Wirkungen sucht die Geschoßwirkung mit passiven Mitteln zu verringern. Andere bisher bekanntgewordene Schutzeinrichtungen haben eine Reihe von Nachteilen. Die deutsche OS-19 02 856 zeigt eine Panzerplatte mit Hohlräumen, die gefüllt oder ungefüllt sind. Die dort angegebenen Formen sind kompliziert und das Aggregat in der angegebenen Form wohl wenig wirksam. Zwar ist dort keine besondere Bauform vorgeschrieben, jedoch läßt sich aus den offenbarten Beschreibungen und Figuren keine Lehre zum technischen Handeln ableiten, die den Gegenstand der im folgenden dargestellten Erfindung beinhaltet.
Die hier vorgeschlagene Vorrichtung erreicht ihre Wirkung aktiv: In einer Trägermasse befinden sich Hohlkörper mit höchstverdichteten Gasen. Eindringende Geschosse zerstören an vorhersehbarer Stelle diese Hohlkörper. Diese sollen nach Art der Hohlladungsgeschosse den Eindringling zerlegen, zur Explosion bringen, ihn und die Umgebung durch die Phasenübergangswärme abkühlen.
Die starke Abkühlung soll einerseits einen Teil der chem. Energie der Ladung und des Feuerstrahles absorbieren und andererseits eine Versprödung des Eindringlings erreichen sowie eine Härtung der Trägermasse.
Die Wärmeaufnahme trägt zur Temperaturherabsetzung des zu schützenden Gebildes bei, so können Brände gemildert werden.
Zur Steigerung der zerlegenden Wirkung ist eine Kombination der Anordnung denkbar, bei der in der vordersten Front Explosivkörper angebracht werden.
Wenn ein auftreffendes Geschoß nicht gehindert werden kann seine Aktion zu entfalten, so muß zumindest seine Wirkung gemindert werden. Beispielsweise ist der der Geschoßimpuls zu absorbieren und der Feuerstrahl eines Hohlladungsgeschosses zu zerteilen.
Zu diesem Zweck besteht die Schutzeinrichtung erfindungsgemäß aus kugelförmigen Hohlkörpern (Fig. 1) in einer Matrix (7).
Die Raumform "Hohlkugel" besitzt bei einer geringen Oberfläche und kleinem Materialbedarf eine vergleichsweise hohe Festigkeit und kann mit höchsten Drücken beladen werden. Die Handhabung bei der Herstellung und Bearbeitung ist desgleichen erleichtert.
Diese Hohlkugeln bestehen aus mechanisch sehr festem und chemisch-thermisch sehr beständigen Material. Ein mögliches Ausführungsbeispiel wählt ein Kompuond aus Graphit/Graphitwhsikern bzw. Siliziumkarbid-Silizium/Graphitwhiskern, da dieses den gewünschten Eigenschaften entspricht und ausreichend dicht ist. Die innere Oberfläche ist ganz oder teilweise, insbesondere die der Angriffsrichtung entgegengesetzte, mit einer extremen Hartsubstanz ausgeschlagen (Hartmetall wie z. B. Wolframkarbid)
Diese Hohlkugeln erhalten ein selbstätigwirkendes Ventil (9) und werden evakuiert. Hernach werden sie zur Füllung mit einem möglichst inerten Gas in ein Bad von diesem komprimierten Flüssiggas gebracht, in dem sie sich füllen. Als Flüssiggas erscheinen z. B. CO2, He2, N2 o. ä. geeignet. Diese Hohlkugeln werden nun in eine Matrix regelmäßig eingebettet. Diese Matrix besteht erfindungsgemäß aus einem Kompound von hochzugfesten Elementen, plastisch-elastisch spröden Elementen und druckresistenten Elementen.
Die Zugfestigkeit wird durch Graphitfasern (-whiskern) oder Kohlefasern (-whiskern) erreicht, die einen Filz oder ein Fließ bilden. Diese Fasern sind einerseits hoch belastbar und andererseits absorbieren sie beim Durchbrennen die Sublimationswärme.
Diese Fasern umschlingen neben den o. g. Hohlkörpern eine plastisch-elastische Masse, die mit dem Anprallereignis ihre Eigenschaften weitestgehend verändern kann. Hierzu dienen erfindungsgemäß Bor-Siloxan-Elastomere (BSE).
Im Ruhezustand ist BSE fließfähig, plastillinähnlich und ändert seine Eigenschaften unter Krafteinwirkung auffällig, entsprechend der Intensität dieser Kraft. Bei geringer Krafteinwirkung, also bei leichten Bewegungen, zeigt sie typischen Eigenschaften hochviskoser Flüssigkeiten. Bei der Einwirkung einer größeren Kraft verhält sie sich wie ein elastisches Material mit sehr hoher Rückprallelastizität und bei sehr hoher Krafteinwirkung wie ein sprödes Glas.
Eine Erklärung dieser Erscheinung kann man vom Aufbau des BSE herleiten. Es enthält nicht nur die Siliconpolymere typischen Siloxankettenglieder, sondern auch Boroxangruppen. Die in der Polymerkette eingebauten Atome weisen aufgrund ihrer unterschiedlichen Elektronegativität jeweils eine elektrische Teilladung auf, wie es in den Formelbildern (1) und (2) angezeigt ist.
Wird nun durch eine äußere Krafteinwirkung eine Annäherung der Ketten (1) und (2) erzwungen (!), so kommt die elektrostatische Anziehungskraft bei unterschiedlichen Ladungen zur Wirkung entsprechend Formelbild (3).
Allerdings ist die gebildete Vernetzung so schwach, daß die thermische Bewegung der Kettenglieder sie wieder zerstört. Die Anzahl derartiger Vernetzungsstellen ist von der Größe der Krafteinwirkung abhängig, was die Erscheinung eines elastischen oder auch sprödkristallinen Verhaltens zur Folge hat. Die Art der Vernetzung ist somit als reversibele, dynamische Druckvulkanisation anzusprechen.
Aus der Erklärung der Eigenschaften des BSE kann auch die protektive Wirkung des BSE-Faserkompounds hergeleitet werden: Der Impuls eines hochbeschleunigten, anprallenden Partikels wir absorbiert und verteilt durch
  • 1. Druckvernetzung (dynamische Vulkanisation), wobei die Umformarbeit der kinetischen Energie entzogen wird,
  • 2. Deformationsarbeit durch nunmehriges Aufreißen des zuvor erzeugten Gitters,
  • 3. Zug- und Dehnarbeit innerhalb der Matrix, wobei die unter 1. u. 2. genannten Wirkungen in die weitere Umgebung vorgetragen werden,
  • 4. großflächige Krafteinleitung in die Unterlage bei geringer Flächenpressung, wobei die Unterlage den Restimpuls aufnimmt.
Dieses BSE wird mit einem Stabilisator z. B. einem keramischen Granulat vermischt, welcher die Druckkräfte aufnimmt und beim Durchtritt von Gegenständen und Partikeln Reibungs- und Zerspanungsarbeit hervorruft. Schmelztemperatur und -wärme müssen möglichst hoch sein (geeignet scheint z. B. Bornitridkeramik als scharfkörniges Granulat).
Eine feste Abschlußplatte schließt dieses Kompound ein. Diese Platte (6) passt sich völlig den Konturen der zu schützenden Oberfläche an und soll durch ihre Glätte eine Haftung möglichst behindern. Ggf. ist dieser Einrichtung nach eine Weitere zur aktiven Abwehr in Form von Sprengladungen vorzulagern (5).
Ein Schadensereignis wird wie folgt abgewehrt:
  • 1.) Einwirkung von Wucht-(KE-) Geschossen
    Der hochbeschleunigte Geschosskörper wird durch die teils plastischen, teils elastischen und teils durch die sprödharten Anteile im Protektor abgebremst (Honigtopfeffekt). Die kinetische Energie wird für die Umstrukturierungsarbeit und die Zerspannungsarbeit aufgebraucht und der Impuls großflächig verteilt. Mit dem Durchbohren von den Hohlkugeln von außen trifft das KE-Geschoß mit der Spitze auf die Extremhartschale, die ihrerseits in der Hohlkugel gestützt wird, so daß diese nicht abstreifbar der Geschoßspitze die sie verbreiternd aufsitzt, sie mitreißend die die Geschoßwirkung erheblich abmildert. Durch diese kugelartigen Hohlkörper wird das Geschoß außerdem aus seiner Eindringrichtung gedrängt.
  • 2.) Einwirkung von Hohlladungsgeschossen
    Der konzentrische Feuerstrahl wird durch die an sich glatten Hohlkugeln zuerst an der Oberfläche reflektiert, wodurch eine Diffusion erfolgt, beim Durchbrennen dieser Kugel wird der Feuerstrahl durch das ausströmende Gas verwirbelt, entwärmt und sodann an der verbleibenden inneren Oberfläche reflektiert und zerteilt, wobei die die Extremhartinnenschlale ein weiteres Hindernis darstellt. Das Durchbrennen dieser Schale kann durch Aufbringen einer innerten (Edelmetall-)Oberfläche verzögert werden.
    Dieser beschriebene Vorgang kann sich entsprechend der vorhandenen Kugelschichten mehrfach wiederholen, bis das locherzeugende Ereignis abgeklungen ist. Der Kugeldurchmesser ist an die zu erwartenden Feuerstrahldimensionen anzupassen.
    Die protektive Wirkung ist relativ unabhängig von dem Winkel der auftreffenden Schädiger.
  • 3.) Einwirkung von Spreng- oder Splittergeschossen
    Durch die plastisch-elastischen Eigenschaften kann die Wirkung von Quetschkopfgeschossen u. ä. abgemildert werden. Splitter werden sehr gut absorbiert.
Da die Materialdichte der verwendeten Stoffe erheblich geringer ist als die der Stähle, ergibt sich ein gutes Schutzverhältnis zum Gewicht. Auch lassen sich verbrauchte Segmente leichter austauschen, die darunter befindliche Trägerkonstruktion oder Panzerung kann erheblich einfacher sein.
Das Herstellungsverfahren erlaubt es sich sehr einfach beliebigen Formen anzupassen, wodurch die Universalität erhöht wird.
Eine Anpassung an die bestehenden Einrichtungen ist äußerst einfach.

Claims (1)

1, Protektor, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Matrix (7) Hohlkörper mit hochverdichteten vorzugsweise innerten Gas eingebettet ist, wobei diese Hohlkörper aus Hohlkugeln bestehen deren Innenschale ganz oder zum Teil von extrem harten Material ist, vorzugsweise in der Anordnung, daß eine Innenhalbschale mit ihreer Öffnung nach außen, dem möglichen Schädiger entgegen, angeordnet ist. Zur Befüllung erhalten die Hohlkugeln ein selbstätig wirkendes Ventil, wodurch die nach vorheriger Evakuierung mit einem komprimierten, tiefgekühlten Flüssiggas gefüllt werden können, wobei es diese Anordnung gestattet, mit erheblichen Ruhedrücken zu arbeiten.
Diese Hohlkugeln (1) sind so in Reihen versetzt in der Matrix angeordnet, daß bei einem geradlinigen Durchtritt eines anprallenden Gegenstandes mindestens eine von ihnen getroffen wird, verzugsweise mehrere. Die Matrix besteht aus hochzugfesten Fasern wie z. B. Graphitwhiskern o. ä., aus einer plastisch-elastischen Zwischensubstanz wie z. B. Bor-Siloxan-Elastomeren mit druckfesten, scharfkantigen Füllmaterial.
Eine Reihe von Explosivkörpern in einer vergleichbearen Anordnung kann dem eigentlichen Protektor vorgelagert sein.
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