DE4244048C2 - Thermisch und ballistisch hochfeste Verbundsicherheitsscheibe - Google Patents

Thermisch und ballistisch hochfeste Verbundsicherheitsscheibe

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Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundsicherheitsscheibe, die bevorzugt in gepanzerten Fahrzeugen und industriellen Sicherheitsbereichen zum Einsatz kommt und dort auch extremen ballistischen Angriffen widerstehen muß.
Zur Verbesserung der thermischen und ballistischen Wider­ standsfähigkeit von Verbundscheiben für Fahrzeuge und andere sicherheitsrelevante Einrichtungen ist es bekannt, z. B. Kunststoffscheiben aus Polycarbonat als Schutzelemente auf die innenliegende Verbundscheibe zu laminieren.
Bekannt ist beispielsweise durch DE 23 47 955 C2 auch die Festigkeitssteigerung der zu verbindenden Glasscheiben durch die chemische Härtung bzw. chemische Vorspannung, die durch einen Ionen-Austausch zwischen Natrium im Glas und Kalium in einem Salzbad veranlaßt wird. Die größeren Kalium-Ionen verursachen in der Glasoberfläche die erwünschte Druckspannung. Dieser "Druckspannungsberg" ist erst zu überwinden, bevor das Glas bei Einwirkung von Belastungen durch Zugspannungen zerbricht.
Die Verwendung von Polycarbonatplatten als außenliegende Schutzscheiben bei Verbundsicherheitsgläsern kann problematisch sein hinsichtlich der sehr unterschiedlichen Wärmeausdehnungsindizes Glas/Kunststoff. Die chemische Vorspannung steigert die Temperaturfestigkeit, insbesondere die Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) häufig nur unzureichend.
Bei den bekannten Verbundsicherheitsgläsern bzw. Glas- Kunststoff-Produkten wird als Flachglas allgemein ein Kalknatronglas (wie normales Fensterglas) verwendet, dessen Zusammensetzung bei allen Herstellern nahezu gleich ist, auch wenn nach der DE 23 47 955 die Verwendung nicht auf Kalknatronglas beschränkt bleiben soll und beiläufig auch Borosilikatglas als eines von verschiedenen brauchbaren Gläsern erwähnt wird, ohne damit einen Einfluß auf die Festigkeit zu verbinden. Wesentlich nach dieser Vorveröffentlichung ist vielmehr die Verwendung unterschiedlicher Dicken von Glas- und Kunststoffschichten und deren Abstimmung aufeinander unter der Voraussetzung der chemischen Härtung zumindest der ersten Scheibe dieser Baugruppe. Die erwähnten Beschußbeispiele lassen keine besonderen Festigkeitseigenschaften erkennen, insbesondere keine Beschußfestigkeit gegen Hartkernmunition.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beseitigen, insbesondere eine Verbundsicherheits­ scheibe mit einer ballistischen Festigkeit gegen den Beschuß mit Hartkernmunition zu schaffen.
Die Erfindung, mit welcher die Aufgabe gelöst wird, besteht aus einer ballistisch hochfesten Verbundsicherheitsscheibe aus wenigstens vier Glasscheiben aus Borosilikatglas gleicher Stärke, die durch transparente, hochschlagzähe thermoplastische Folien oder duroplastische Gießharze verbunden sind. Aufgrund des neu verwendeten Glasmaterials wird neben einem relativ geringen Flächengewicht eine hohe ballistische und thermische Festigkeit - bei höchster- - chemischer Beständigkeit der Glasoberflächen erreicht. Es entsteht auch ohne zusätzlich chemisch gehärtete Gläser eine überraschend hochfeste Verbundscheibe.
Kennzeichnend für Borosilikatgläser, deren Anwendungen hauptsächlich in Bereichen der Chemie, Labortechnik und der Pharmazie zu finden sind, ist der wesentliche Anteil von Borsäure (B₂O₃ < 8 Gew.-%) als Glasbildner (Bortrioxid B₂O₃, das Anhydrid der Borsäure H₃BO₃).
Neben der 12%igen Gewichtsverringerung infolge geringerer Dichte der Borosilikatglas-Verbunde gegenüber üblichen Verbundscheiben gleicher Dicke ist die sehr geringe Wärmeausdehnung von 3,3·10-6/K besonders vorteilhaft und erschließt neue Einsatzgebiete. Der Borosilikatglas-Verbund nimmt mit dieser Eigenschaft eine Sonderstellung ein.
Die geringe spezifische Wärmespannung kennzeichnet seine besondere Temperaturwechsel- und Temperaturunterschieds­ festigkeit. Diese ermöglichen Verbunde, die, z. B. in gepanzerten Fahrzeugen eingebaut, größte schockartige Temperaturwechsel ohne Risse oder Bruch ertragen.
Durch Sonneneinstrahlung werden dickere Verbundsicherheits­ scheiben bis 80°C erhitzt. Wird eine solche Scheibe durch ein Gewässer (schwimmfähige gepanzerte Fahrzeuge) oder eine Waschanlage gefahren, so besteht das Risiko des Scheibenrisses.
Noch größer ist die Gefahr des Verbundscheibenbruchs bei Scheinwerferschutzscheiben, die direkt vor große Suchschein­ werfer montiert werden. Bei Erwärmung der Gläser bis 100°C ist bei einsetzendem Regen ein Temperaturwechsel von knapp 100°C möglich. Bei Borosilikatglas-Verbunden fällt keine Scheibe durch Bruch aus.
Beim letztgenannten Beispiel werden die Eigenschaften des Borosilikatglas-Verbundes auch hinsichtlich der Temperatur­ unterschiedsfestigkeit (TUF) genutzt. Sie charakterisiert das Verhalten der Scheibe, der Temperaturdifferenz zwischen heißer Scheibenmitte (Brennpunkt des Scheinwerfers) und kaltem Scheibenrand standzuhalten. Auch hier ist kein Sicherheitsrisiko bei einer TUF von ca. 100°C gegeben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt schematisch dargestellt und nachstehend erläutert:
Der Verbund 1 besteht aus vier Borosilikatscheiben 2, 3, 4, 5 mit einer jeweiligen Scheibendicke von 6,5 mm. Diese werden durch Gießharzzwischenschichten 6, 7, 8, Dicke ca. 1 mm, miteinander fest verbunden.
Ballistische Erprobungen von Borosilikatglas-Verbunden erfolgten beim staatlichen Beschußamt Nellrichstadt. Die besonderen Vorteile der Erfindung sind durch die nachstehend wiedergegebenen Ergebnisse dreier Beschußversuche erkennbar:
Beispiel 1
Verbundscheibe aus Borosilikatglas
Probenabmessung: 500×500×51,9 mm³
Flächengewicht: 108,8 kg/m²
Beschuß mit NATO-Gewehr G3
Munition: Hartkern
Beschußentfernung: 30 m
Beschußwinkel: 90° (Senkrechtbeschuß)
Projektilgeschwindigkeit: V (5,00) = 790 ±20 m/s
Das Trefferbild zeigte ein gleichseitiges Dreieck mit s = 300 mm.
Ergebnis: Die Rückseite blieb splitterfrei.
Beispiel 2
Verbundscheibe aus Borosilikatglas
Probenabmessung: 500×500×40,3 mm³
Flächengewicht: 83 kg/m²
Beschuß mit NATO-Gewehr G3
Munition: Hartkern
Beschußentfernung: 30 m
Beschußwinkel: 58°
Projektilgeschwindigkeit: V (5,00) = 790 ±20 m/s
Trefferbild: gleichseitiges Dreieck mit s = 300 mm.
Ergebnis: rückseitig splitterfrei
Beispiel 3
Verbundscheibe aus Borosilikatglas
Probenabmessung: 500×500×72,5 mm³
Flächengewicht: 153,6 kg/m²
Beschuß mit Gewehr Dragunow 7,62 mm×54 R M.N.
Munition: Hartkern VMS/API
Beschußentfernung: 30 m
Projektilgeschwindigkeit: V (3,00) = 900 m/s
Trefferbild: zweifach auf Diagonale mit Trefferabstand 300 mm
Ergebnis: rückseitig splitterfrei.

Claims (6)

1. Ballistisch hochfeste Verbundsicherheitsscheibe aus wenigstens vier Glasscheiben aus Borosilikatglas gleicher Stärke, die durch transparente, hochschlagzähe, thermoplastische Folien oder duroplastische Gießharze verbunden sind.
2. Verbundsicherheitsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Scheiben ein oder mehrere Polycarbonatplatten befinden.
3. Verbundsicherheitsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheiben ein oder mehrere Laserschutzfilter angeordnet sind.
4. Verbundsicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheiben wenigstens ein bleihaltiges Strahlenschutzglas verklebt ist.
5. Verbundsicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlungen eine oder mehrere Scheiben mit dünnen, transparenten, metallischen Schichten belegt sind.
6. Verbundsicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbunde mittels Heizdrähten oder leitfähigen Beschichtungen elektrisch beheizbar sind.
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