DE4001894A1 - Synthetic helmet - comprising textile fabric or weft layers of high-strength synthetic fibres bonded by synthetic films - Google Patents
Synthetic helmet - comprising textile fabric or weft layers of high-strength synthetic fibres bonded by synthetic filmsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Kunststoffhelme aus Geweben oder Gewirken hochfester Kunstfasern, sowie Verbundhelme aus einer äußeren Stahlkalotte und einem inneren Kunststoffhelm der obigen Art.The invention relates to plastic helmets made of fabrics or Knitted high-strength synthetic fibers and composite helmets an outer steel dome and an inner one Plastic helmet of the above kind.
Kunststoffhelme, die gegen das Einwirken von ballistischen Partikeln (Projektilen, Splittern) schützen sollen, sind bislang hergestellt worden, indem man die Gewebe oder Gewirke aus hochfesten Kunstfasern durch Tränken mit einem flüssigen Harz verbunden und den Verbund anschließend ausgehärtet hat. Wenn Kunststoffhelme aus Gewebe hergestellt werden, die mit Harz vorgetränkt sind, ist das Gewebe sehr starr. Da ein Helm ähnlich einer Halbkugeloberfläche ist, muß das starre Gewebe, in Einzelteile zerschnitten (ca. 6-8 Einzelteile pro Schicht), der Helmform angepaßt werden.Plastic helmets that counteract the effects of ballistic To protect particles (projectiles, fragments) hitherto manufactured by using the fabric or Knitted fabrics made of high-strength synthetic fibers by soaking them with a liquid resin and then the composite has hardened. If plastic helmets made of fabric are made, which are pre-saturated with resin, that is Tissue very rigid. Because a helmet is similar to one Is hemispherical surface, the rigid tissue must be in Individual parts cut (approx. 6-8 individual parts per Layer) to be adapted to the shape of the helmet.
Das bedingt:That means:
- 1. eine aufwendige Verlegearbeit, da die einzelnen Zuschnitte von Hand in eine Form eingelegt werden müssen;1. an elaborate laying work, since the individual Cuts can be placed in a mold by hand have to;
- 2. durch die Schnitte können die horizontalen Zugkräfte nicht optimal übertragen werden, da durch den Schnitt ständige Unterbrechungen gegeben sind. Einzig die Klebekraft des Harzes zwischen den einzelnen Stücken kann die Belastung übertragen;2. Through the cuts, the horizontal tensile forces are not optimally transmitted because of the cut there are constant interruptions. Only that Adhesive strength of the resin between the individual pieces can transfer the burden;
- 3. auf Grund dieses Verfahrens ergeben sich im Oberteil des Helmes so viele Schnitte, daß die Helmschale sehr stark geschwächt wird, und die Beschußfestigkeit über die gesamte Helmoberfläche stark differiert.3. due to this procedure arise in the upper part of the helmet so many cuts that the helmet shell very much is greatly weakened, and the bullet resistance above the entire helmet surface is very different.
Die Nachteile machen sich erstens dadurch bemerkbar, daß die Helmkalotte bei einem Beschuß schneller durchschossen wird und zweitens, daß die Ausbeulung bei einem Beschuß größer ausfällt.The disadvantages are noticeable firstly in that shoot through the helmet faster with a shot and secondly, that the bulge when fired at is bigger.
Bei dieser Art der Verbindung zwischen den Fäden des Gewebes und dem Harz verlieren die Fäden ihre Beweglichkeit und können so beim Auftreffen eines ballistischen Partikels nicht nachgeben und die Energie auf benachbarte Fäden des Gewebes weitergeben, wodurch die Schutzwirkung nicht optimal ist.With this type of connection between the threads of the Fabric and the resin lose their threads Agility and so can when hitting a ballistic particle does not give way and the energy pass on to adjacent threads of the fabric, causing the Protective effect is not optimal.
Ein aus Kunstfasergeweben bzw. -gewirken aufgebauter Helm besitzt eine bestimmte Beschuß-/Splitterfestigkeit, ist aber mechanisch instabil. Da Schutzhelme von den Benutzern häufig zweckentfremdet benutzt werden, ist neben der Beschußfestigkeit auch eine gewisse mechanische Stabilität erforderlich. Diese Stabilität läßt sich nur im Verbund mit einer Stahlaussenschale erreichen. Verbundhelme, die aus einer äußeren Stahlkalotte und einem inneren Kunststoffhelm, der einen Teil der abzufangenden ballistischen Energie aufnimmt, bestehen, sind hierfür geeignet. So gefertigte Helme halten zwar einer hohen Auftreffwucht stand, jedoch beulen sie häufig stark ein.A helmet made of synthetic fiber fabrics or knitted fabrics has a certain bullet / splinter resistance, is but mechanically unstable. Because protective helmets by users are often used for purposes other than their intended purpose Bullet resistance also a certain mechanical Stability required. This stability can only be in combination with a steel outer shell. Composite helmets consisting of an outer steel calotte and an inner plastic helmet that is part of the intercepting ballistic energy, exist, are suitable for this. Helmets made in this way hold had a high impact force, but they often bulge strong one.
Bei der Herstellung dieser Verbundhelme werden vorgetränkte Gewebeflächen in optimale Teilflächen zerschnitten, ca. 6-8 Stück pro Schicht. Diese Teilflächen werden angewärmt, wobei sie etwas weicher werden, und in eine Verlegeform eingebracht. Man wechselt bei der Verlegung zwischen den Einzelteilfächen und einer Rosette, die im Oberteil des Helmes eine Fläche bildet und an den Seiten übereinander gelegt wird. Wenn der Helm so aus diesen einzelnen Gewebezuschnitten zusammengelegt ist, wird er in die Stahlkalotte gelegt. Die Stahlkalotte befindet sich in der Presse und wird durch das Formteil in der Presse erwärmt. Das Gewebegelege wird dann in die erhitzte Stahlkalotte eingelegt und verpreßt. Diese Vorgehensweise der Handverlegung schließt die Fehlermöglichkeit einer falschen Positionierung der Zuschnitte ein, da Helmschalen, die aus einer Kombination von übereinandergelegten Zuschnitten bestehen, eine bestimmte relative Lage der Zuschnitte zueinander erfordern, die sich beim Pressen verändern kann. Zum anderen ist das beschriebene Verfahren aufgrund des hohen Zeitaufwandes für das Handverlegen wirtschaftlich unvorteilhaft. In the manufacture of these composite helmets pre-impregnated tissue areas in optimal partial areas cut, approx. 6-8 pieces per shift. These partial areas are warmed up, becoming softer, and in introduced a laying form. You change at the Laying between the individual part compartments and a rosette, that forms a surface in the upper part of the helmet and on the Pages are superimposed. If the helmet looks like this these individual fabric sections are folded together, it is placed in the steel dome. The steel dome is in the press and is in through the molding warmed the press. The woven fabric is then in the heated steel dome inserted and pressed. These The manual laying procedure closes the Possibility of error of incorrect positioning of the Cuts one, because helmet shells made from a combination of superimposed blanks, one certain relative position of the blanks to each other require that can change during pressing. To the another is the method described due to the high Time expenditure for manual laying economical unfavorable.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kunststoffhelm mit einer verbesserten Schutzwirkung und einen Verbundhelm aus äußerem Stahlhelm und innerem Kunststoffhelm mit einer geringeren Deformierbarkeit zu schaffen.The object of the present invention is a plastic helmet with an improved protective effect and a composite helmet made of an outer steel helmet and an inner one Plastic helmet with less deformability too create.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, Verfahren zur Herstellung dieser Helme zur Verfügung zu stellen, die die technischen und wirtschaftlichen Nachteile der bekannten Verfahren überwinden.Another task is to develop methods for Manufacture of these helmets to provide the technical and economic disadvantages of the known Overcome procedures.
Die vorstehend gestellte Aufgabe kann durch einen Kunststoffhelm aus Geweben oder Gewirken hochfester Kunstfasern, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die einzelnen Gewebe- oder Gewirkelagen durch Kunststoffolien miteinander verbunden sind, gelöst werden.The above task can be done by a Plastic helmet made of woven or knitted fabric with higher strength Synthetic fibers, which is characterized in that the individual layers of fabric or knitted fabric with plastic films are connected to each other.
Die hochfesten Kunstfasern bestehen vorzugsweise aus Kunststoffasern, Glasfasern, Kohlenstoffasern oder Keramikfasern. Die Kunststoffasern sind bevorzugt aus Aramid, Polyethylen oder Nylon aufgebaut.The high-strength synthetic fibers are preferably made of Plastic fibers, glass fibers, carbon fibers or Ceramic fibers. The plastic fibers are preferably made of Aramid, polyethylene or nylon constructed.
Als Kunststoffolie wird vorzugsweise eine Polyethylenfolie oder eine Klebefolie eingesetzt.A polyethylene film is preferably used as the plastic film or an adhesive film is used.
Die Verbindung der einzelnen Gewebe- oder Gewirkelagen durch geeignete Kunststoffolien bewirkt, daß bei gleicher Festigkeit des Gewebes beim Auftreffen eines Partikels eine Gruppe von benachbarten Fäden des Gewebes die Partikelenergie aufnehmen kann. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Beweglichkeit der einzelnen Fäden in gewissem Umfang erhalten bleibt, da das freie Volumen in den Maschen nicht vollständig von dem Material der Folien ausgefüllt wird. Bei der starren Einbettung der Fäden in eine Harzmasse, die bei einer Verbindung der einzelnen Gewebe- oder Gewirkelagen durch ein Tränkharz erfolgt, ist eine Verteilung der Energie auf mehrere Fäden (Maschen) nicht möglich.The connection of the individual fabric or knitted fabric layers by means of suitable plastic foils causes the same The strength of the tissue when it hits a particle a group of adjacent threads of tissue Can absorb particle energy. This will be enables the mobility of the individual threads in remains to a certain extent since the free volume in the stitches are not completely made of the material of the foils is filled out. When the threads are rigidly embedded in a resin mass, which when connecting the individual Woven or knitted layers are made with an impregnating resin a distribution of the energy over several threads (stitches) not possible.
Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffhelmes der oben genannten Art, bei dem man zwischen die Gewebe- oder Gewirkelagen aus hochfesten Kunstfasern Folien einbringt und unter Anwendung von Druck und Temperatur einen Verbund erzeugt und den Verbund anschließend durch Tiefziehen in die endgültige Form bringt.The invention further comprises a method for Production of a plastic helmet of the type mentioned above, where you look between the fabric or knitted fabric layers introduces high-strength synthetic fibers foils and under Application of pressure and temperature creates a composite and then deep drawing the composite into the brings final form.
In einer bevorzugten Ausführungform werden die Gewebe- bzw. Gewirkelagen zunächst mit Folien beschichtet, anschließend zu einem Verbund vereinigt und schließlich durch Tiefziehen zu dem Kunststoffhelm verarbeitet.In a preferred embodiment, the Fabric or knitted fabric layers first coated with foils, then united into a union and finally processed by deep drawing to the plastic helmet.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht es, das von Metallen und Kunststoffen her bekannte Tiefziehverfahren auch auf den Verbund Gewebe bzw. Gewirke mit Folie zu übertragen, was einen technischen und wirtschaftlichen Fortschritt darstellt.The method described above enables the Metals and plastics are known from deep-drawing processes also to the composite fabric or knitted fabric with film transfer what a technical and economic Represents progress.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Folien frei von gesundheitsschädlichen Phenolen sind, während Harze üblicherweise Phenol enthalten.Another advantage of the method is that the films are free of harmful phenols, while resins usually contain phenol.
Die Erfindung beinhaltet einen Verbundhelm aus einer äußeren Stahlkalotte und einem inneren Kunststoffhelm der erfindungsgemäßen Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen der äußeren Stahlkalotte und dem aus einem Kunststoffverbund aufgebauten inneren Kunststoffhelm eine Zwischenschicht aus einer Kunststoffolie mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als dem der Folien des Kunststoffverbundes eingelagert ist. The invention includes a composite helmet from a outer steel dome and an inner plastic helmet the type according to the invention, which is characterized in that between the outer steel dome and the one Plastic composite inner plastic helmet a Interlayer from a plastic film with a lower melting point than that of the films of the Plastic composite is stored.
Die als Zwischenschicht benutzte Folie ist vorzugsweise eine Polyethylenfolie oder eine Klebefolie.The film used as the intermediate layer is preferred a polyethylene film or an adhesive film.
Die Erfindung umfaßt schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundhelmes der oben genannten Art, bei dem man zwischen die Gewebe-/Gewirkelagen aus hochfesten Kunstfasern Folien einbringt, eine als Zwischenschicht gegenüber der Stahlkalotte dienende Folie mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als der der zwischen die Gewebe-/Gewirkelagen eingebrachten Folien ist, zwischen die Gewebe-/Gewirkelagen und die Stahlkalotte einlegt, unter Anwendung von Druck und Temperatur einen Verbund der Folien und der Gewebe-/Gewirkelagen herstellt, und den Verbund schließlich durch Tiefziehen in die Form des äußeren Stahlhelmes bringt.Finally, the invention comprises a method for Production of a composite helmet of the type mentioned above, in which one between the woven / knitted layers brings high-strength synthetic fibers foils, one as Interlayer opposite the steel dome foil with a melting point lower than that between the woven / knitted fabric layers are inserted foils, between the woven / knitted layers and the steel dome insert one using pressure and temperature Produces a composite of foils and woven / knitted layers, and finally the composite by deep drawing into the mold of the outer steel helmet.
In einer speziellen Ausführung wird die Stahlkalotte in die vorgewärmte Form der Presse eingelegt und erhitzt, dann wird eine Klebefolie in die vorgewärmte Stahlkalotte eingelegt. Bei Berühren der Folie mit der Stahlkalotte schmilzt die Klebefolie etwas an und wird dadurch fixiert. Das Paket Gewebeschichten, welches aus quadratischen Gewebezuschnitten über der ganzen Fläche besteht und wobei zwischen den einzelnen Gewebeschichten Folien liegen, wird mit einer Maschine verlegt. Das Paket wird hierbei zwischen die Presse gelegt, seitlich mit Halterungen fixiert, und dann wird der erhitzte Kern, also das Oberteil, heruntergefahren. Die Gewebeschichten, welche nur lose aufeinanderliegen, werden durch den Kern in die Stahlkalotte gepreßt. Hierbei gibt es auf Grund dessen, daß keine Schnitte vorhanden sind, keine Ungleichmäßigkeiten.In a special version, the steel dome is made in the preheated form of the press inserted and heated, then an adhesive film is placed in the preheated steel dome inserted. When the foil touches the steel dome the adhesive film melts somewhat and is thereby fixed. The package of fabric layers, which consists of square There are fabric cuts across the entire surface and being there are foils between the individual fabric layers laid with a machine. The package is here placed between the press, on the side with brackets fixed, and then the heated core, that is Top, shut down. The layers of fabric, which only lying loosely on top of each other are inserted into the core Pressed steel cap. Because of this, that there are no cuts, none Irregularities.
Die Vorteile dieses Verfahrens sind, daß der Helm an allen Stellen gleichmäßig beschußfest ist. Die Horizontalkräfte können optimal aufgenommen werden. Dadurch ergibt sich eine hohe Beschußfestigkeit und die Ausbeulung wird stark gemindert. Die Herstellungszeiten werden von ca. 50 Min. Handverlegung auf ca. 2 Min. Maschinenverlegung reduziert. Dabei kann auf die zwischen den Gewebeschichten verlegten Folien dann verzichtet werden, wenn man die Folie vor dem Zuschnitt auf das Gewebe kaschiert.The advantages of this procedure are that the helmet is on is evenly bulletproof in all places. The Horizontal forces can be optimally absorbed. This results in high bullet resistance and Bulge is greatly reduced. The manufacturing times from approx. 50 min. manual laying to approx. 2 min. Machine laying reduced. It can be on the between the foils laid in the fabric layers are then dispensed with if you put the film on the Laminated fabric.
Druck und Temperatur beeinflussen bei dieser Herstellung die Werte des Helmes folgendermaßen: Niedriger Druck und geringe Temperatur ergeben eine höhere Beschußfestigkeit, aber gleichzeitig eine größere Ausbeulung des Materials.Pressure and temperature influence this production the values of the helmet as follows: Low pressure and low temperature result in a higher one Bulletproof, but at the same time a larger one Bulge of the material.
Eine höhere Temperatur und höherer Druck ergeben eine schlechtere Widerstandsfähigkeit gegen Durchschuß, allerdings eine geringere Ausbeulung.A higher temperature and higher pressure result in a poor resistance to penetration, however, less bulge.
Bei der Stabilität gegen Ausbeulen entsteht folgender Zusammenhang: Durch die Folie wird, wie zuvor beschrieben, das Gewebe nicht starr fixiert, so daß es in Projektilrichtung ausweichen kann. Da das hochwertige Gewebe vor allen Dingen Zugkräfte optimal in Faserlängsrichtung aufnimmt, ergibt sich hier die optimale Widerstandsfähigkeit. Durch die Klebefolie, mit der die Innenschichten am Stahlhelm befestigt sind, wird nach Durchschuß der Stahlkalotte die Stahlkalotte im Grenzbereich zur Unterstützung des Gewebes herangezogen, um die Durchbeulung möglichst gering zu halten. In the case of stability against bulging, the following occurs Context: As described above, the film becomes the tissue not rigidly fixed so that it is projectile can dodge. Because the high quality fabric above all Absorbs tensile forces optimally in the longitudinal direction of the fiber, this results in the optimal resistance. By the adhesive film with which the inner layers on the steel helmet are attached, the bullet is shot through the Steel dome in the border area to support the tissue used to minimize the bulge hold.
Der Vorgang stellt sich wie folgt dar: Das Projektil durchschlägt die Stahlschale bei max. Geschwindigkeit etwa in Größe der eigenen äußeren Form. Die neben dem Durchschlagsloch befindliche Stahlfläche ist danach noch völlig intakt und kann über die Klebefolie die Gewebeschichten festhalten, um eine zu große Durchbeulung zu verhindern.The process is as follows: The projectile penetrates the steel shell at max. Speed roughly the size of your own outer shape. The steel surface next to the penetration hole is then completely intact and can be attached to the adhesive film Hold on layers of fabric to prevent excessive bulging to prevent.
Des weiteren trifft ein Projektil, das ca. 3 cm neben dem ersten die Stahlkalotte trifft, auf ein völlig intaktes System, so daß auch unmittelbar neben dem Einschuß des ersten Projektils das zweite Projektil den gleichen Widerstand findet.Furthermore, a projectile hits, which is about 3 cm next to the first hits the steel cap, on a completely intact System, so that immediately next to the bullet of the first projectile the second projectile the same Resistance.
Die Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden können, werden anhand von Beispielen näher erläutert.The advantages achieved with the present invention can be explained in more detail using examples explained.
Um in einem ballistischen Test einen Wert V 50 von 620 m/Sek. zu erreichen, benötigt man bei einem herkömmlichen Helm aus hochfestem getränkten Gewebe eine Masse von 12,5 kg/m2. Bei Verwendung von mit Folien verklebten Geweben der gleichen Fasern ist eine um 10% geringere Masse notwendig. Hält man die Massen der Helme gleich, erhöht sich der V 50-Wert entsprechend. Im vorgenannten Beispiel bestand das Gewebe/Gewirke aus hochfesten Polyethylenfasern und die Folie aus Polyethylen. To achieve a V 50 value of 620 m / sec in a ballistic test. To achieve this, a mass of 12.5 kg / m 2 is required with a conventional helmet made of high-strength impregnated fabric. When using fabrics of the same fibers glued with foils, a 10% lower mass is necessary. If the masses of the helmets are kept the same, the V 50 value increases accordingly. In the aforementioned example, the woven / knitted fabric consisted of high-strength polyethylene fibers and the film made of polyethylene.
Ein Verbundhelm mit Stahlkalotte der herkömmlichen Art wird mit einem Splitter (1,1 g) mit einer Auftreffgeschwindigkeit von 620 m/Sek. beschossen, wobei der Helm sich 30-35 mm einbeult. Ein Helm der erfindungsgemäßen Art, bei dem eine Polyethylenklebefolie zwischen dem als Tiefziehform benutzten Stahlhelm und der ersten Gewebelage eines Verbundes aus Gewebe/Gewirke und Polyethylenfolien eingebracht wurde, führte zu einer erheblichen Verringerung der Einbeultiefen (15-20 mm).A composite helmet with a traditional steel calotte comes with a sliver (1.1 g) with a Impact speed of 620 m / sec. shelled, being the helmet bulges 30-35 mm. A helmet that type according to the invention, in which a polyethylene adhesive film between the steel helmet used as a deep-drawing mold and the first fabric layer of a composite of woven / knitted fabrics and Polyethylene film was introduced resulted in a Significant reduction in dent depths (15-20 mm).
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung werden Kunststoffhelme und Verbundhelme aus einem Stahlhelm und einem inneren Kunststoffhelm geschaffen, die hinsichtlich ihrer Schutzwirkung und mechanischen Beständigkeit deutlich verbessert sind. Ferner konnte ein Verfahren zur Herstellung dieser Helme entwickelt werden, das gegenüber dem Stand der Technik deutliche technische und wirtschaftliche Vorteile aufweist.With the help of the present invention Plastic helmets and composite helmets from a steel helmet and an inner plastic helmet created that respect their protective effect and mechanical resistance are significantly improved. Furthermore, a method for Manufacture of these helmets are developed against that the state of the art clear technical and has economic advantages.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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DE4001894A DE4001894A1 (en) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | Synthetic helmet - comprising textile fabric or weft layers of high-strength synthetic fibres bonded by synthetic films |
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