DE4114809C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein geschoßfestes Plattenmaterial nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solches geschoßfestes Plattenmaterial ist als geschoßhem­ mendes Flächengebilde mit einem textilen Laminat für schußsi­ chere Westen, Schilde, Panzerplatten und dgl. zur Aufhaltung von Geschossen mit hoher Energie aus der DE 34 26 457 C2 be­ kannt. Die Vielzahl der bereits bekannten Flächengebilde sind in der Beschreibungseinleitung zum Stand der Technik dieser DE 34 26 457 C2 ausreichend mit ihren Vor- und Nachteilen gewürdigt. Um bei einem möglichst geringen Gewicht eine Vielzahl von nahe beieinanderliegenden Schüssen, insbesondere Hartkerngeschossen mit hoher Geschwindigkeit und damit hoher Auftreffenergie, unwirksam zu machen, wird durch diese DE 34 26 457 C2 vorgeschlagen, ein erstes Bindemittel zwischen der metallischen oder keramischen Frontschicht und dem darunterliegenden Aramid-Laminat einzusetzen, dessen Haftfähigkeit um wenigstens 50% über der Haftfähigkeit des zweiten Bindemittels liegt, welches zwischen den Lagen des Laminats eingesetzt wird. Dabei soll die Haftfähigkeit des ersten Bindemittels wenigstens 60 N/cm² betragen. Das Bindemittel mit der höheren Haftfähigkeit soll beim Einsatz von Keramikkacheln bewirken, daß die zerstörte Keramikkachel mit ihrer Restmasse auch weiterhin mit der obersten Aramid-Gewebelage verbunden bleibt. Die umliegenden Kacheln dürfen sich im wesentlichen nicht verschieben können. Infolge der hohen Haftfähigkeit fängt also dieses Bindemittel die bei der Zerstörung der Kacheln auftretenden Kräfte auf und gibt diese insgesamt an die Verbundstruktur des Aramid-Schutzpaketes weiter. Aus diesem Grunde ist auch vorgesehen, zwischen den Kacheln in den Spalten ebenfalls das Bindemittel mit hoher Haftfähigkeit einzusetzen, um dadurch einerseits die Reibung zwischen den Kanten der Kacheln zu vermindern und andererseits die elastische Übertragung der Kräfte ohne Kachelbruch auf das gesamte Kachelpaket zu fördern.

Aus der DE 29 43 680 A1 ist ein plattenförmiges Panzerelement offenbart, welches eine Platte aus einem geschoßbrechenden Hartstoff aufweist, auf deren bezüglich des erwartungsgemäß auftreffenden Geschosses als Rückseite zu bezeichnenden Seite ein geschoßhemmender Stützstoff angeordnet ist. Als geschoßhemmender Stützstoff kommen spezielle Aramidfasergewebe infrage, die mehrere lose geschichtete Lagen bilden und nur schwach miteinander verbunden sind. Dieses Stützgewebe hat die Aufgabe, den durch einen Beschuß zerstörten bzw. verformten Hartstoff im Gesamtaufbau zusammenzuhalten.

Durch die DE 35 08 848 A1 ist ein Panzerelement bekannt, das eine oberste Schicht aus mosaikförmig aneinandergefügten Hartstoffplatten aus Keramikmaterial aufweist. Diese oberste Schicht ist mit einem darunter angeordneten Träger verbunden, der eine energieaufnehmende Schicht darstellt und nur so steif ausgebildet ist, daß er gerade den Verbund mit den Hartstoffplatten zu tragen vermag. Gleichzeitig kann der Träger als energieaufnehmende Schicht ausgebildet sein, die relativ grobporig ist, um beim Eindringen des Geschosses in die Panzerplatte weniger Material wegdrängen zu müssen. Die geringe Steifigkeit des Trägers wird durch einen weiteren Träger aus Metall oder Kunststoff ergänzt. Ein auf das Panzerelement auftreffendes Geschoß zertrümmert die Hartstoffplatten und wird zusammen mit den Hartstoffsplittern durch die erste und zweite Trägerschicht abgebremst, wobei sich diese beiden Trägerschichten verformen. Eine schlagzähe Umhüllung verbindet die Hartstoffplatten zusammen mit den Trägerschichten und bietet einen allseitigen Splitterschutz.

Die DE-AS 19 52 759 offenbart eine Panzerung aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Werkstoffschichten, die von außen nach innen abnehmende Härte und zunehmende Verformbarkeit aufweisen. Die Außenschicht besteht dabei aus nebeneinander angeordneten Plättchen aus einem sehr harten und demzufolge spröden Werkstoff, die durch einen Elastomerleim auf einer Auflageschicht aus einem verformbaren, jedoch zähen Werkstoff befestigt sind. Als Kontur der Plättchen wird ein regelmäßiges Sechseck vorgeschlagen. An ihrer Auflagefläche besitzen diese Plättchen eine am Rand vorgesehene Abschrägung. Die Plättchen sind alle durch einen Elastomerleim voneinander getrennt. Die sechseckige Ausbildung der Plättchen ermöglicht es, durch einfaches Anordnen nebeneinander eine nahezu durchgehende Außenschicht der Panzerung herzustellen, die sich gut jeder Form einer Auflageschicht bzw. einer Trägerkonstruktion anpassen kann.

Schließlich ist aus der DE-OS 19 35 056 noch ein Körperpanzer für den Personenschutz bekannt, bei dem ein Stützelement aus einem Glasgewebe direkt unter eine keramische Frontschicht angebracht ist.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein geschoßfestes Plattenmaterial der eingangs genannten Art weiter zu verbessern und trotz leichter Bauweise eine hohe Gewähr für das Aufhalten eines mit hoher Energie auftreffenden Geschosses, insbesondere Hartkerngeschosses, zu bieten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiter­ bildungen und Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 genannt.

Mit dieser Erfindung sind eine Reihe von Vorteilen verbunden. Ein ganz wichtiges Merkmal ist die Systemtrennung, die mit dem erfinderischen geschoßfesten Plattenmaterial erzielt wird. Diese Systemtrennung schafft eine Frontschicht aus ei­ nem vielstückigen keramischen oder metallischen Material mit einer nachfolgenden, sehr harten Laminatlage als Stützschicht und darunter mindestens eine gegenüber der ersten Laminatlage weichere und damit elastisch verformbare weitere Laminatlage als Trägerschicht oder Fangschicht. Dadurch wird dem auftreffenden Hartkerngeschoß kurz ein Widerstand durch die Frontschicht entgegengesetzt. Das Hartkerngeschoß durch­ schlägt die Frontschicht aus Keramik, woraufhin die erste Laminatlage bei hervorragender Abstützung der Frontschicht für das durchdringende Geschoß nur leicht nach innen nach­ gibt. Das Hartkerngeschoß kann unter Vernichtung von Energie diese erste Systemlage aus Frontschicht und sehr harter Laminatlage durchdringen und trifft dann auf die zweite, weichere Trägerplatte. Diese zweite, weichere und elastisch verformbare Fangplatte stoppt das Hartkerngeschoß, ohne durchdrungen zu werden. Die weichere Fangplatte beult sich im Kernbereich des eingedrungenen Geschosses aus, ohne jedoch zu zerreißen. Wie Versuche ergeben haben, darf die erste Laminatlage nicht aus Aramid hergestellt sein, da dieses Material für hohe Geschoßgeschwindigkeiten ungeeignet ist. Deshalb wird der Werkstoff Aramid als duktiles Material nur für die zweite und für weitere Laminatlagen eingesetzt.

Die bisherigen geschoßfesten Plattenmaterialien gingen von einem Keramikverbund aus und legten Wert auf Fugen, in die beispielsweise ein Bindemittel eingefügt wurde. Bei einem solchen Keramikverbund besteht die grundsätzliche Gefahr, daß ein auftreffendes Hartkerngeschoß sich durch die Fugen hindurchzwängt, ohne dabei die angrenzenden Keramikplatten in besonderer Weise zu zerstören. Dies liegt daran, daß die im Keramikverbund angeordneten Fugen "atmen" können. Dieses "Atmen" bedeutet ein seitliches Ausweichen bzw. Abtauchen der Keramikplatten im Verbund, was durch die mit Bindemittel gefüllten Fugen ermöglicht wird. Ferner hat es sich nicht als optimal erwiesen, Keramikplatten in Form eines Rechteckes, Quadrates auszubilden, weil dadurch durchgehende Fugen ent­ stehen, die das "Atmen" besonders fördern. Für die Front­ schicht ist es daher vorteilhaft, sechseckige Keramikplatten ohne Fugen toleranzfrei aneinander zu setzen.

Fügt man jedoch einen Verbund aus Hartstoffplatten, bei­ spielsweise Keramikplatten fugenlos zusammen, so ist die Ei­ genschaft der Verklebung von Frontschicht zum Laminat von erheblicher Bedeutung. Eine weiche Verklebung, zum Beispiel mit Silikon oder PU, ist ebenso ungünstig wie ein weicher Hintergrund selbst. Eine weitere erhebliche Bedeutung kommt der Schockdämpfung in der Klebeschicht zu. Nur bei ausrei­ chend harter und dünner Verklebung mit hoher Schockdämpfung wird eine Übertragung der Rißfortpflanzung über die Kanten der Keramikplatten vermieden. Ist die Klebeschicht bzw. die Klebefolie unterschiedlich dick, so ergeben sich ebenfalls unterschiedliche Beschußergebnisse.

Zur Verklebung hat es sich als sehr vorteilhaft herausge­ stellt, mit dünnen Kautschuk- oder Acrylat-Klebstoff-Folien zu arbeiten. Im Hinblick auf eine möglichst gleichmäßige Bindemittelschicht zwischen den Systemlagen hat die Folie Vorteile gegenüber einer aufgetragenen Klebemittelschicht.

Das gesamte System zeichnet sich dadurch aus, daß bei einem Auftreffen eines Hartkerngeschosses auf die Frontschicht aus Keramik die sehr harte erste Laminatlage sich nicht durchbiegt, so daß das Hartkerngeschoß sowohl die Keramik als auch diese sehr harte Laminatlage durchdringen muß. Dieser erste Verbund delaminiert grundsätzlich nicht in der Stütz­ schicht. Durch die hartgestützte Frontschicht erfolgt neben einer ersten und sehr wirkungsvollen Energievernichtung des Hartkerngeschosses auch ein Zerbrechen des Hartkerns in mehrere Teile oder zumindest ein Abtrag der Geschoßspitze. Um die Energie des auftreffenden Hartkerngeschosses ganz zu vernichten, muß in besonders vorteilhafter Weise nach der Erfindung die obere Frontschicht mit der ersten Laminatlage insgesamt flexibel an die Geschwindigkeit des auftreffenden Hartkerngeschosses angepaßt werden. So ist es möglich, diese erste Systemschicht entsprechend dicker zu machen. Notwendig ist jedoch dabei, daß in diesem Fall sowohl die Frontschicht als auch die erste Laminatlage gemeinsam in ihrer Dicke der Geschwindigkeit des Hartkerngeschosses angepaßt und somit abhängig voneinander verstärkt werden. Das Verhältnis kann dabei zwischen der Frontschicht und der ersten Laminatlage etwa zwei Drittel zu ein Drittel betragen.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein geschoßfestes Platten­ material,

Fig. 2 das geschoßfeste Plattenmaterial im Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 ein anderes Plattenmaterial im Schnitt.

Die Draufsicht auf das geschoßfeste Plattenmaterial 1 zeigt einen Verbund aus sechseckigen Keramikplatten 2, die mit ih­ ren Seitenkanten 3 fugenlos aneinandergesetzt sind. Die Schlüsselweite 4 der Keramikplatten beträgt vorzugsweise 40-50 mm. Eine Schlüsselweite von 50 mm nach Fig. 2 ist optimal bei hohen Geschoßgeschwindigkeiten von etwa 860 m/s für das Kaliber 7,62 mm und Hartkernmunition. Eine Schlüsselweite 4 von etwa 40 mm ist noch günstig für eine Auftreffgeschwindigkeit des Hartkerngeschosses von etwa 800 m/s. Es hat sich aber auch herausgestellt, daß beispielsweise eine Schlüsselweite 4 von 30 mm nur noch bis zu relativ geringen Geschwindigkeiten der 7,62-Hartkernmunition einsetz­ bar ist, solange man den Hintergrund nicht entsprechend ver­ stärkt.

Als Material für die sechseckigen Keramikplatten hat sich Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Borcarbid oder Bornitrid als vorteilhaft erwiesen. Es sind auch andere Materialien, wie beispielsweise Metalle, einsetzbar. Über die Frontschicht 5 ist eine Gummiabdeckschicht 6 aufgetragen, um in an sich bekannter Weise die Keramikfragmente zusammenzu­ halten.

Wie die Schnittdarstellung in Fig. 2 zeigt, befindet sich unter der Frontschicht 5 eine sehr dünne Klebefolie 7, mit der die erste und sehr harte Laminatlage 8 verbunden ist. Diese erste Laminatlage 8 dient als Trägerplatte bzw. als sogenann­ te Abstützplatte für die Frontschicht und besteht z. B. aus einem harten, hochverdichteten GFK-Material mit einem Glasgehalt von etwa 90 Gewichtsprozent. Die Dichte dieses GFK- Werkstoffes liegt bei etwa 2,1-2,2 g/cm³. Diese Abstütz­ platte bietet der Frontschicht eine hervorragende Abstützung und biegt sich auch bei auftreffenden Hartkerngeschossen nicht durch. Dies bedeutet auch, daß der Verbund nicht in der Abstützschicht delaminiert, sondern erst in der darunterliegenden weicheren Fangschicht.

Unter der ersten Laminatlage 8 befindet sich wiederum eine Klebefolie 9, mit der die zweite Laminatlage 10 verbunden ist. Diese zweite Laminatlage 10 ist ebenfalls ein GFK- Werkstoff mit hoher Dichte und hat einen Glasgehalt von etwa 85 Gewichtsprozent. Dennoch ist diese zweite Laminatlage 10 weicher als die erste Laminatlage 8 und damit elastisch verformbar, da beispielsweise ein anderes Harzsystem ver­ wendet wird. Die zweite Laminatlage 10 kann aber auch aus einem Aramid-Laminat oder einem ähnlichen Werkstoff beste­ hen.

Die zweite Laminatlage 10 ist aufgrund ihrer Eigenschaften geeignet, sich als zweite weichere Fangplatte partiell zu deformieren, wenn das Hartkerngeschoßfragment nach dem Durchdringen der ersten Systemschicht aus Frontschicht 5 und erster Laminatlage 8 auf die zweite Laminatlage 10 auftrifft. Die dem Hartkerngeschoß noch innewohnende Restenergie wird durch die zweite Laminatlage 10 aufgefangen und vernichtet.

Die obere Gummiabdeckschicht 6 kann entgegen der Darstellung in Fig. 2 auch auf der Rückseite der zweiten Laminatlage 10 und alternativ auch über die Seitenkanten eines Plattenmate­ rials gezogen sein, wie dies Fig. 3 zeigt.

Bei Versuchen mit einem Hartkerngeschoß hat sich erwiesen, daß eine Keramikschicht von 8 mm Dicke und einer Schlüssel­ weite der Keramikplatten gemäß Fig. 2 von 50 mm bei GFK- Laminatlagen 8 und 10 von jeweils etwa 3,2 mm Dicke und den zwischengefügten Klebefolien von jeweils etwa 0,2 bis 0,4 mm Dicke hervorragende Ergebnisse erzielte. Auch bei drei im kleinen Radius zueinander aufgetroffenen Hartkerngeschossen hielt das Plattenmaterial stand. Es wurde immer nur die erste Systemschicht aus Frontschicht 5 und erster Laminatlage 8 durchdrungen, während die zweite Systemschicht aus der Laminatlage 10 das bereits abgebremste Geschoß auffing, wo­ bei dieses Auffangen durch partielle Verformung der Fang­ schicht sichtbar ist.

Prinzipiell kann man durch den geschilderten Aufbau eines ge­ schoßfesten Plattenmaterials erreichen, daß nur jeweils eine Sechseckplatte oder Teile davon zerstört werden. Hierdurch ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Multi- Hit-Fähigkeit eines Plattenmaterials zu solch kleinen Werten hin zu bewegen, daß ein Plattenmaterial der erfindungsgemäßen Art Mehrfachtreffer in der Größenordnung von Panzerstahl ermöglicht, dabei aber trotzdem wesentlich leichter ist.

Man erreicht dies durch Verkleinerung der Keramikplatten 2 auf eine Schlüsselweite von 20 bis 30 mm und Verstärkung des Hintergrundes oder durch einen Mehrschichtaufbau nach Fig. 3. Hier befindet sich unter der Frontschicht 5 die harte GFK- Stützschicht 8, darunter die weichere erste Fangschicht 10 und darunter eine weichere zweite Fangschicht 12 aus Aramid. Zwischen der ersten und der zweiten Fangschicht 10, 12 befindet sich eine Klebefolie 11.

Die Hinzufügung weiterer weicher Fangschichten mit Zwischen­ fügung von Klebefolien ist natürlich möglich.

Claims (10)

1. Geschoßfestes Plattenmaterial mit einer vielstückigen keramischen oder metallischen Frontschicht, die mit einem mehrschichtigen Laminat über eine Schicht aus einem elastischen Bindemittel verbunden ist, wobei die Laminatlagen ebenfalls durch ein elastisches Bindemittel miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Laminatlage (8) als sowohl die Frontschicht (5) stützende, biegeharte als auch deren Geschoßenergie vernichtende Wirkung fortsetzende, im wesentlichen nicht elastische Schicht ausgebildet ist, und zumindest eine folgende zweite Laminatlage (10) als biegeweiche und elastisch verformbare Fangschicht ausgebildet ist, wobei die beiden oder weitere Laminatlagen (8, 10) durch eine dünne Kautschuk- oder Acrylklebefolie (7, 9, 11) mit einer gleichmäßigen Dicke von etwa 0,2 bis 0,4 mm verbunden sind.

2. Plattenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Stützschicht (8) eine erste, gegenüber der Stützschicht (8) weichere Trägerschicht (10) als Fangschicht angeordnet ist, unter welche zumindest eine weitere Trägerschicht (12) als Fangschicht unter Zwischenfügung eines Bindemittels (7, 11) vorgesehen ist.

3. Plattenmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Fangschicht (12) aus Aramid gebildet ist.

4. Plattenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Laminatlage (8) ein harter, hochverdichteter GFK-Werkstoff mit einer Dichte von etwa 2,1 bis 2,2 g/cm³ ist.

5. Plattenmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasgehalt der ersten Laminatlage (8) etwa 90 Ge­ wichtsprozent beträgt.

6. Plattenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite oder weitere Laminatlagen (10) ein hochver­ dichteter GFK-Werkstoff oder Aramidgewebeschichten sind.

7. Plattenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Laminatlage (8) eine Dicke von etwa einem Drittel der Frontschicht (5) aufweist.

8. Plattenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontschicht (5) aus mehreckigen, vorzugsweise aus sechseckigen Keramikplatten (2) aus Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Borcarbid oder Bornitrid gebildet ist, die im wesentlichen ohne Fuge aneinander stoßen.

9. Plattenmaterial nach einem der Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Frontschicht (5) eine Gummiabdeckschicht (6) von mindestens 0,7 mm aufgetragen ist.

10. Plattenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel zwischen der Frontschicht (5) und der ersten Laminatlage (8) vorzugsweise eine dünne Kautschuk- oder Acrylklebefolie (7) mit einer gleichmäßigen Dicke von etwa 0,2 bis 0,4 mm ist, wobei die Folien (7) entsprechend den Anforderungen und dem gewählten Schichtenverbund eine angepaßte, geeignete Shore-Härte, Stoßstabilität und Temperaturfestigkeit besitzt.