DE69600574T2

DE69600574T2 - Verbundpanzerplatte und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69600574T2
Application number: DE69600574T
Authority: DE
Inventors: Michael Mobile Post North Yehuda 90200 Cohen; Avinoam Mobile Post North Yehuda 90200 Israeli
Original assignee: Mofet Etzion
Current assignee: Mofet Etzion
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: ATE170285T1; DE69600574D1; EP0843149B1; EP0843149A1; DK0843149T3; ES2124067T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbund-Panzerplatte. Insbesondere ergibt die Erfindung eine Panzerplatte, die einen ballistischen Schutz bei geringem Gewicht gewährt, von dem Benutzer getragen werden kann, und auch zum Schutz leichter beweglicher Ausrüstung und von Fahrzeugen gegen panzerbrechende Geschosse hoher Geschwindigkeit oder ihrer Fragmente dient. Die Erfindung betrifft auch mehrschichtige gepanzerte Tafeln, die diese Platte enthalten, und Verfahren zum Herstellen der Platte.
Es sind drei hauptsächliche Überlegungen bekannt, die Schutz-Panzerplatten und -Tafeln betreffen. Die erste Überlegung ist das Gewicht. Ein Schutzpanzerung für schwere, jedoch mobile militärische Ausrüstung, wie Tanks und große Schiffe, ist bekannt. Eine derartige Panzerung umfaßt üblicherweise eine dicke Schicht, die aus einer Stahllegierung besteht und dazu gedacht ist, einen Schutz gegen schwere und explosive Geschosse zu schaffen. Infolge ihres Gewichts ist eine solche Panzerung ganz ungeeignet für leichte Fahrzeuge wie Kraftfahrzeuge, Geländefahrzeuge, leichte Boote oder Luftfahrzeuge, deren Verhalten durch Stahltafeln mit einer Dicke von mehr als einigen Millimetern beeinträchtigt wird.
Von einer Panzerung für Leichtfahrzeuge wird erwartet, daß sie das Eindringen von Geschossen jeden Gewichtes verhindert, auch wenn sie mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 700 bis 1000 m/s auftreffen. Das maximale Panzerungsgewicht, das für Verwendung bei Leichtfahrzeugen annehmbar ist, ist je nach Fahrzeugart unterschiedlich, fällt jedoch im allgemeinen in den Bereich von 40 bis 70 kg/m².
Eine zweite Überlegung betrifft die Kosten. Das Auflegen komplexer Panzerungs- Anordnungen, insbesondere solcher, die insgesamt auf synthetischen Fasern beruhen, kann für einen bemerkenswerten Anteil der gesamten Fahrzeugkosten verantwortlich sein, und kann ihre Herstellung unprofitabel gestalten.
Eine dritte Überlegung der Auslegung einer Panzerung ist die Kompaktheit. Eine dicke Panzerplatte, welche Lufträume zwischen ihren verschiedenen Schichten enthält, erhöht das Zielprofil und den Windwiderstand des Fahrzeugs. Im Falle von nachgerüsteten gepanzerten Zivilfahrzeugen, die mit einer inneren Panzerung versehen sind, ist einfach kein Raum für eine dicke Tafel in den meisten der Bereiche vorhanden, die einen Schutz erfordern.
Ziemlich neuere Beispiele von Panzerungs-Systemen sind in der US-PS 4 836 084 beschrieben, die eine Verbund-Panzerplatte offenbart, welche eine Stützplatte enthält, die aus einer offenen Aluminium-Honigwabenstruktur besteht; und in der US-PS 4 868 040, die eine antiballistische Verbund-Panzerung offenbart, welche eine stoßabsorbierende Schicht enthält. Von Interesse ist auch die US-PS 4 529 640, die eine mit Abstandsräumen versehene Panzerung mit einem Hexagonalwaben-Kernteil enthält.
Andere Panzerplatten-Tafeln werden beispielsweise in den GB-Patentschriften 1 081 464, 1 352 418, 2 272 272 und in der US-PS 4 061 815 geoffenbart, bei denen die Verwendung von gesintertem hochtemperaturbeständigen Material wie auch die Verwendung von Keramikmaterialien beschrieben wird.
Keramikmaterialien sind nichtmetallische anorganische Feststoffe mit einer kristallinen oder glasigen Struktur, die viele nützliche physikalische Eigenschaften haben, einschließlich der Beständigkeit gegen Hitze, Abrieb und Komprimierung, hohe Steifigkeit und niedriges Gewicht im Vergleich zu Stahl, und die herausragende chemische Stabilität besitzen. Derartige Eigenschaften haben seit langer Zeit die Aufmerksamkeit von Panzerungs- Entwerfern auf sich gezogen, und massive Keramikplatten in Dicken im Bereich von 3 mm für Personenschutz bis 50 mm für schwere Militärfahrzeuge sind für solchen Einsatz kommerziell verfügbar.
Viele Untersuchungen wurden der Verbesserung der niedrigen Zug- und der niedrigen Biegungsfestigkeit und der schlechten Bruchbeständigkeit von Keramikmaterialien gewidmet, jedoch bleiben diese die hauptsächlichen Nachteile bei Verwendung von Keramikplatten und anderen großen Komponenten, welche auf einen Stoß durch ein aufprallendes Geschoß brechen und/oder zertrümmert werden können.
Eine bekannte Form einer Panzerplatte mit Benutzung von Keramik wird in Israel dadurch hergestellt, daß 5 mm Stahlplatten auf die erforderlichen Größen geschnitten, der Stahl wärmebehandelt und eine Keramikbeschichtung hinzugefügt wird. Der Nachteil dieser Art von Panzerplatten besteht darin, daß es fast unmöglich ist, die fertiggestellten Platten zu modifizieren. Im Gebrauch verhält sich die Keramikbeschichtung gut gegen das erste auftreffende Geschoß, neigt jedoch dazu, in Trümmer zu gehen und versagt so beim Schutz gegen weitere Projektile.
Flexible gepanzerte Bekleidungs-Gegenstände wurden auch seit vielen Jahrzehnten für den persönlichen Schutz vor Feuerwaffen-Projektilen und Projektilsplittern verwendet. Beispiele dieser Art von Panzerung sind in US-PS 4 090 005 zu finden. Eine derartige Kleidung ist sicherlich gegen Projektile mit niedriger Energie wertvoll, wie solche, die aus einem Abstand von etlichen 100 m abgeschossen werden, versagen jedoch beim Schutz des Trägers gegen mit hoher Geschwindigkeit auftreffende Projektile, die aus einem näheren Bereich kommen. Bei dem Schaffen eines solchen Schutzes sind das Gewicht und/oder die Kosten derartiger Bekleidung für ihren Gebrauch entmutigend. Ein weiteres bekanntes Problem bei solcher Bekleidung ist, daß auch dann, wenn es möglich ist, ein Projektil zu stoppen, der Benutzer Verletzungen erleiden kann infolge des Eindellens des Kleidungsstücks in den Körper, verursacht durch einen zu kleinen Körperbereich, der beaufschlagt wird und die Energie eines Geschosses aufnehmen muß.
Ein gemeinsames Problem bei Keramik-Panzerungen nach dem Stand der Technik betrifft die Beschädigung, die an der Panzerstruktur durch das erste Geschoß herbeigeführt wird, ob es nun angehalten wird oder eindringt. Eine derartige Beschädigung schwächt die Panzertafeln und ermöglicht so das Eindringen eines nachfolgenden Geschosses, das innerhalb weniger Zentimeter neben der ersten Auftreffstelle auftrifft.
In der FR-PS 2 711 782 wird eine mit Keramikmaterialien verstärkte Stahlplatte beschrieben. Infolge der Steifigkeit und der fehlenden Elastizität des Stahls der Platte hat diese Platte nicht die Fähigkeit, panzerbrechende Projektile abzulenken, wenn nicht Stahl mit einer Dicke von etwa 8-9 mm eingesetzt wird, wodurch die Tafel ziemlich schwer wird.
US-PS 5 361 678, die die Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, offenbart eine Verbund-Panzerplatte, die eine dicht gepackte Lage von sphärischen Keramikkugeln umfaßt, welche in einer Aluminium- oder Titanlegierungsmatrix verteilt sind. Die Kugeln sind mit einer Beschichtung versehen, um eine Beschädigung durch den thermischen Schock bei der Herstellung der Platte herabzusetzen.
US-PS 3 705 558 offenbart eine Leichtgewicht-Panzerplatte, die mindestens zwei Schichten von Keramikkugeln umfaßt. Die Keramikkugeln sind miteinander in Berührung und besitzen kleine Spalte zum Eindringen von Materialschmelze. Bei einer Ausführungsform sind die Keramikkugeln in einem Edelstahl-Drahtschirm aufgenommen, und bei einer anderen Ausführung ist die Verbund-Panzerung hergestellt, indem nickel-beschichtete Aluminiumoxidkugeln mittels eines Polysulfid-Klebers an eine Platte aus Aluminiumlegierung angehaftet werden. Eine derartige Panzerplatte ist schwierig herzustellen, da die Keramikkugeln durch den bei der Berührung mit der Metallschmelze entstehenden thermischen Schock beschädigt werden. Die Keramikkugeln werden auch manchmal während des Eingießens der Metallschmelze in die Zwischenräume zwischen den Kugeln verschoben.
Um ein solches Verschieben zu minimieren, schlagen US-PS 4 534 266 und 4 945 814 ein Netzwerk aus miteinander verbundenen Metallmänteln vor, um Keramikeinsätze während des Eingießens der Metallschmelze zu umgeben. Nachdem das Metall sich verfestigt hat, werden die Metallmäntel in den Verbundpanzer aufgenommen. Man hat jedoch festgestellt, daß ein solches Netzwerk aus miteinander verbundenen Metallmänteln das Gesamtgewicht der gepanzerten Platten wesentlich erhöht und ihre Haltefähigkeit vermindert.
In den US-PS 3 523 057 und 5 134 725 werden weitere mit Keramikkugeln bewehrte Tafeln beschrieben. Jedoch sind diese Tafeln flexibel, und es hat sich gezeigt, daß die Flexibilität der Tafeln ihre Haltefähigkeit bei Auftreffen wesentlich reduziert, da die Auftreffkraft selbst ein Ausbiegen der Tafeln verursacht und damit eine Herabsetzung der Stützwirkung für die getroffenen Keramikkugeln durch die benachbarten Keramikkugeln.
Die vorliegende Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, die Nachteile der Keramik- Bewehrung nach dem Stand der Technik zu umgehen und eine Panzerplatte zu schaffen, die gegen kleinkalibrige panzerbrechende Projektile wirksam ist, auch wenn sie leichtes Gewicht, d.h. ein Gewicht von weniger als 45 kg/m², äquivalent etwa 9 lb/ft², und ein niedriges Raumgewicht aufweist.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Panzertafel zu schaffen, die besonders wirksam beim Aufhalten einer Vielzahl von Geschossen ist, die in den gleichen Hauptbereichen der Tafel auftreffen.
Dementsprechend schafft die Erfindung gegenüber dem aus US-A-5 361 678 bekannten Stand der Technik eine Verbund-Panzerplatte zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden panzerbrechenden Geschossen, welche Platte eine einzelne Innenschicht von hochdichten Keramik-Pellets umfaßt, die direkt in Plattenform durch ein verfestigtes Material gebunden und zurückgehalten werden, so daß die Pellets in einer Vielzahl aufeinanderliegender Reihen gebunden sind, und jedes einer Mehrzahl der Pellets mit mindestens vier benachbarten Pellets in Berührung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets einen Al&sub2;O&sub3; Gehalt von mindestens 93% und eine relative Dichte von mindestens 2,5 haben, wobei die Mehrzahl der Pellets jeweils eine Hauptachse mit einer Länge im Bereich von 3 bis 12 mm besitzt, das verfestigte Material und damit die Platte bei Temperaturen unter 250ºC elastisch ist und das Gewicht der Platte 45 kg/m² nicht übersteigt.
Das verfestigte Material kann jedes entsprechende Material sein, das bei einer Temperatur unter 250ºC elastisch ist, wie Aluminium oder ein ähnliches Material, Epoxidharz, ein thermoplastisches Polymer oder ein warmhärtender Kunststoff. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Panzerplatte geschaffen, bei der das verfestigte Material mindestens 80% Aluminium enthält.
Es ist weiter zu bemerken, daß die Elastizität des bei der vorliegenden Erfindung benutzten Materials bis zu einem gewissen Ausmaß dazu dient, die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß ein Projektil gleichzeitig auf mehrere Pellets auftrifft und dadurch die Wirksamkeit der Anhaltestärke der Tafel dieser Erfindung erhöht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine mehrschichtige Panzerplatte geschaffen, die eine äußere stoßaufnehmende Schicht, die aus einer Verbund-Panzerplatte der vorher bestimmten Art zum Verformen und Zertrümmern eines mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden panzerbrechenden Projektils besteht und eine der Außenschicht benachbarte Innenschicht umfaßt, welche ein dicht gewebtes Textilmaterial umfaßt, um eine asymmetrische Verformung der restlichen Bruchteile des Geschosses und Absorbieren der restlichen kinetischen Energie von diesem Bruchteil herbeizuführen, welche innere Schicht eine Dicke von mindestens 50% der äußeren stoßaufnehmenden Schicht hat, und wobei die Tafel dazu ausgelegt ist, drei nacheinander auf einen Dreieckbereich der Tafel mit einer Seitenlänge von jeweils 5 cm abgefeuerte Geschosse anzuhalten.
Wie zu erkennen ist, lehrt keines der bekannten Patente die überraschende und unerwartete Anhaltestärke einer Einzelschicht keramischer Pellets, die in direkter Berührung miteinander stehen, wodurch, wie nachfolgend gezeigt wird, das Eindringen eines panzerbrechenden AK-47-Geschosses vom Kaliber 7,6 mm trotz des leichten Gewichtes der die Pellets enthaltenden Platte erfolgreich verhindert wird.
So hat es sich gezeigt, daß die neuartige Bewehrung nach der vorliegenden Erfindung ankommende Geschosse zwischen verschiedenen kugelartigen sehr harten Keramik- Pellets fängt, die in einer einzelnen Schicht in starrer gegenseitiger Beziehung gehalten sind. Die gemäßigte Größe der Pellets stellt sicher, daß die durch ein erstes Geschoß verursachte Beschädigung örtlich begrenzt bleibt und sich nicht in benachbarte Bereiche ausdehnt.
Ein ankommendes Geschoß kann die Pellet-Anordnung in einer von drei Weisen berühren:

1. Mittenkontakt

Das Auftreffen erlaubt es, das volle Volumen der Pellets am Anhalten des Geschosses teilnehmen zu lassen, das nicht durchdringen kann, ohne das gesamte Pellet zu pulverisieren, was eine energie-intensive Aufgabe ist. Die benutzten Pellets sind entweder Kugeln oder von einer der Kugelform nahekommenden Form, und diese Form ist, wenn sie in einer starren Matrix gestützt wird, als bedeutend besser beim Widerstand gegen Zertrümmerung befunden worden, als rechtwinklige Formen.

2. Flankenkontakt

Der Aufprall läßt das Projektil in seiner Richtung abweichen, so daß ein Anhalten des Projektils erleichtert wird, da eine größere Frontalfläche und nicht nur die scharfe Spitze des Geschosses berührt wird. Das Geschoß wird seitlich abgelenkt und dazu gebracht, daß es, um durchdringen zu können, für sich selbst eine größere Öffnung schaffen muß, so daß es möglich wird, daß die Bewehrung die Energie des Geschosses absorbiert.

3. Kehlkontakt

Das Projektil wird üblicherweise zwischen den Flanken von drei Pellets eingeklemmt, von denen alle drei an dem Anhalten des Geschosses beteiligt sind. Den hohen Seitenkräften, die auf die Pellets einwirken, wird durch die benachbarten Pellets Widerstand entgegensetzt, da sie durch die feste Matrix gehalten werden, und ein Durch dringen wird verhindert. Eine Prüfung wurde ausgeführt mit Benutzung einer AK 47 Schußwaffe mit Laser-Zielgerät, die ein panzerbrechendes, in Rußland hergestelltes AK 47 Geschoß von 7,62 mm Kaliber abfeuerte, um diesen bestimmten Kontaktmodus zu erreichen, und die Theorie wurde bestätigt, daß ein solches Ergebnis in der Praxis tatsächlich erreicht wird.
Während der Untersuchung und Entwicklung für die vorliegende Erfindung war die Herstellung eines plattenartigen Verbund-Gußteils erforderlich, bei dem Keramik-Pellets eine Zentralschicht einnahmen und die Pellets vollständig in Aluminiumguß eingebettet waren. Bei Benutzung von Metallschmelze kühlen die Pellets die Metallschmelze ab, und weiter konnte die erforderliche Ausbildung der Pellet-Lagen durch das Gußverfahren gestört werden. Wie vorher erwähnt, wird diesem Problem durch McDougal in US-PS 3 705 558 entgegengewirkt. Ein Versuch, dieses Problem zu lösen, wurde durch Huet in den US-PS 4 534 266 und 4 945 814 vorgeschlagen, und Roopchand u.a. regten in US-PS 5 361 678 eine weitere Lösung an, bei der die Keramik-Körper mit einem Binder und Keramik-Partikeln beschichtet wurden, gefolgt durch das Einführen der Metallschmelze in die Form.
Es ist deswegen ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbund-Panzerplatte der beschriebenen Art zu schaffen, ohne unwesentliche und nicht dazugehörige weitere Komponenten in die endgültige Tafel einzuführen und dadurch direkten Kontakt zwischen benachbarten Pellets sicherzustellen.
So schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verbund- Panzerplatte der vorher bestimmten Art, das umfaßt das Bereitstellen einer Form mit einem Boden, zwei Hauptflächen, zwei Nebenflächen (Kantenflächen) und einer offenen Oberseite, bei der der Abstand zwischen den beiden Hauptflächen etwa das 1,2- bis etwa das 1,8- fache der Hauptachse der Pellets beträgt, Einsetzen der Pellets in die Form zur Bildung einer Vielzahl aufeinanderliegender Reihen von Pellets, die sich im wesentlichen über den gesamten Abstand zwischen den Nebenflächen und von dem Boden im wesentlichen bis zu der offenen Oberseite erstrecken; schrittweises Erwärmen der Form und der darin enthaltenen Pellets auf eine Temperatur von mindestens 100ºC über dem Fließpunkt des in die Form einzugießenden Materials, Eingießen von flüssigem geschmolzenen Material in die Form, um diese anzufüllen, Verfestigenlassen des geschmolzenen Materials und Entnehmen der Verbund-Panzerplatte aus der Form.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Erzeugen einer Verbund- Panzerplatte, das umfaßt das Bereitstellen einer Form mit einem Boden, zwei Hauptflächen, zwei Nebenflächen und einer offenen Oberseite, bei der der Abstand zwischen den beiden Hauptflächen etwa vom 1,2-fachen bis zuml,8-fachen der Hauptachse der Pellets beträgt; Einsetzen der Pellets in die Form zur Bildung einer Vielzahl aufeinanderliegender Reihen von Pellets, die sich im wesentlichen über den gesamten Abstand zwischen den Nebenflächen und von dem Boden im wesentlichen bis zu der offenen Oberseite erstrekken; Eingießen von flüssigem Epoxidharz in die Form, um diese anzufüllen; Verfestigenlassen des Epoxidharzes und Entnehmen der Verbund-Panzerplatte aus der Form.
Wie man bemerkt, brauchen die Pellets beim Herstellen der Verbund-Panzerplatte der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise vollständig an beiden Seiten durch das verfestigte Material bedeckt zu werden, sie können an den Außenflächen der geformten Tafeln anliegen oder sogar von diesen vorstehen.
Weitere Ausführungen der Erfindung einschließlich einer gewichtskritischen bewehrten Kleidung werden ebenfalls weiter unten beschrieben.
Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit gewissen bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die folgenden erklärenden Figuren beschrieben, so daß sie vollständiger verstanden werden kann.
Im folgenden wird mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen Betonung darauf gelegt, daß die gezeigten Einzelheiten als Beispiele dienen und nur zum Zwecke der erklärenden Besprechung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt sind, und mit der Absicht vorgestellt werden, darzustellen, was als die nützlichste und am leichtesten zu verstehende Beschreibung der Prinzipien und der konzeptionellen Aspekte der Erfindung gilt. In dieser Beziehung wird kein Versuch gemacht, strukturelle Einzelheiten der Erfindung genauer darzustellen, als es für ein grundsätzliches Verständnis der Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung, mit den Zeichnungen genommen, dem Fachmann anschaulich machen sollen, wie die verschiedenen Formen der Erfindung in der Praxis verkörpert werden können.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine perspektivisch aufgebrochene Darstellung einer bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Panzerplatte;
Fig. 2 und 3 perspektivische Ansichten weiterer Pellets-Ausführungen;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Zweischicht-Ausführungsform der Panzerplatte; und
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer bei den Herstellverfahren für die Platte verwendeten Form.
In Fig. 1 ist ein Verbund-Bewehrungsmaterial 10 zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von Hochgeschwindigkeits-Projektilen 12 gezeigt. Eine Tafel 14 ist aus einem verfestigten Material 16 gebildet, und die Tafel besitzt eine Innenschicht aus hochdichten Keramik-Pellets 18. Die Außenflächen der Tafel sind aus verfestigtem Material 16 gebildet, und die Pellets 18 darin eingebettet. Die Art des verfestigten Materials 16 ist ausgewählt gemäß den Gewichts- Verhaltens- und Kosten-Betrachtungen, die für den beabsichtigten Einsatz der Bewehrung anwendbar sind.
Eine Panzerung für Land- und Seefahrzeuge wird in passender Weise mit Benutzung einer Metallguß-Legierung hergestellt, die mindestens 80% Aluminium enthält. Eine geeignete Legierung ist die Legierung Nr. 535.0 der Aluminum Association, die eine hohe Zugfestigkeit von 35000 kg/in² mit ausgezeichneter Duktilität bei 9% Längung verbindet. Weitere geeignete Legierungen sind von der Sorte B443.0 mit 5% Silicium-Gehalt. Diese Legierungen sind leicht zu dünnen Querschnitten gießbar, und ihre schlechte Bearbeitbarkeit beeinflußt die Anwendung bei der vorliegenden Erfindung wenig. Ein Epoxidharz oder ein anderes Kunststoff oder Polymer-Material, vorteilhafterweise faserverstärkt, ist ebenfalls geeignet.
Die Pellets 18 besitzen einen Gehalt von Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) von mindestens 93% und haben eine Härte 9 an der Mohs'schen Skala. Was die Größe anbetrifft, hat der größte Anteil der Pellets eine Hauptachse im Bereich von etwa 3-12 mm, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 6 und 10 mm liegt.
In Fig. 1 sind zu Darstellungszwecken ein Gemisch von rundendigen zylindrischen Pellets 18a, flachendigen zylindrischen Pellets 18b und sphärischen Pellets 18c gezeigt. Symmetrie-Betrachtungen wie auch Versuche, die durch den Erfinder ausgeführt wurden, zeigen, daß die wirksamste Pellet-Form die sphärische Pellet-Form 18c ist. Keramik-Pellets werden als Schleifmedien in Zerkleinerungsmühlen verschiedener Arten eingesetzt, typischerweise in Trommelmühlen, und sind so zu vernünftigen Kosten im Handel erhältlich.
In der fertiggestellten Tafel 14 sind die Pellets 18 durch das verfestigte Schmelzenmaterial 16 in einer Vielzahl aufeinanderliegender Reihen 20 gemäß Fig. 1 gebunden, wobei zu verstehen ist, daß bei einer horizontal angeordneten Tafel die Reihen so, wie in Fig. 4 gezeigt, einander benachbart liegen. Eine Mehrheit der Pellets 18 ist jeweils mit mindestens vier benachbarten Pellets in Berührung.
Beim Einsatz wirkt die Tafel so, daß sie ankommende Projektile 12 auf eine der drei Arten zum Halt bringt: durch Mittenkontakt, Flankenkontakt und Kehlkontakt, wie vorher beschrieben.
In Fig. 2 ist ein weiteres Beispiel eines Pellets 18d abgebildet, welches Pellet eine regelmäßige geometrische Prismenform mit einem konvex gekrümmten Flächensegment 22 besitzt.
Fig. 3 zeigt ein Pellet 18e mit kreisförmigem Querschnitt 24, wenn nach Linie AA geschnitten. Das Pellet hat Satellitenform und ist im Handel erhältlich.
Fig. 4 zeigt eine mehrschichtige Panzerplatte 26 mit einer Gestaltung, die besonders für bewehrte Kleidung geeignet ist. Mit Bezug auf die nachfolgenden weiteren Figuren werden gleichartige Bezugszeichen zum Identifizieren gleichartiger Teile benutzt.
Eine äußere Aufschlagtafel 28 aus Verbund-Panzermaterial ist gleichartig mit der vorstehend mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Tafel 14. Die Tafel 28 wirkt so, daß sie ein auftreffendes Hochgeschwindigkeits-Projektil 12 verformt und zertrümmert. Eine leichtgewichtige Panzerung für Personenschutz wird mit Benutzung eines zähen und trotzdem harten thermoplastischen Harzes hergestellt, z.B. aus Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien- Styrol.
Eine Innentafelschicht 30 ist der äußeren Tafel 28 benachbart und vorzugsweise mit ihr verbunden. Die Innentafelschicht 30 besitzt eine Dicke von mindestens 50% der Dicke der äußeren Stoßaufnahme-Tafel 28. Die Innentafel 30 ist aus einem dichtgewebten Material wie mehreren Lagen von Kevlar® oder einem Material, das durch seinen Handelsnamen Famaston bekannt ist. Bei einer weiteren Ausführung umfaßt die Innentafelschicht 30 mehrere Schichten eines Polyamid-Netzgewebes.
Im Einsatz verursacht die Innentafel 30 eine asymmetrische Verformung der restlichen Fragmente 32 des Projektils 12 und absorbiert die restliche kinetische Energie von diesen Fragmenten durch Ablenken und Komprimieren derselben in dem in Fig. 1 gezeigten Bereich 34. Es ist zu bemerken, daß der Bereich 34 viel größer als der Projektil-Querschnitt ist, so daß der an der Innenseite 36 der Innentafel 30 gefühlte Druck herabgesetzt wird. Dieser Faktor ist wichtig bei einer von Personen getragenen Panzerung.
In Fig. 5 ist eine Gießform 38 zu sehen, die zum Erzeugen eines Verbund-Panzermaterials 10 eingesetzt wird, wie es vorher mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde. Das folgende Herstellverfahren mit erhöhter Temperatur wird dabei eingesetzt:

Schritt A:

Eine Form 38 ist vorgesehen mit einem Boden 40, zwei Hauptflächen 42, zwei Kantenflächen 44 und einer offenen Oberseite 46, wobei der Abstand zwischen den beiden Hauptflächen 42 das 1, 2 bis 1,8-fach der Hauptachse der Pellets 18 beträgt. Z.B. werden 8 mm Pellets eingesetzt, und dann beträgt der Abstand zwischen den Hauptflächen 10 mm.

Schritt B:

Pellets 18 werden in die Form 38 so eingesetzt, daß sie eine Vielzahl von aufeinanderliegenden Reihen 20 von Pellets 18 bilden, die sich im wesentlichen über den ganzen Abstand zwischen den Kanten- oder Seitenflächen 44 erstrecken und vom Boden 40 im wesentlichen bis zu der offenen Oberseite 46.

Schritt C:

Die Form 38 und die darin enthaltenen Pellets 18 werden schrittweise erwärmt, zuerst auf eine Temperatur von etwa 100ºC, und dann weiter auf eine Temperatur von mindestens 100ºC über dem Fließpunkt des in die Form einzugießenden Materials erwärmt. Beispielsweise besitzt Aluminium einen Fließpunkt von etwa 540ºC, und das erfordert ein Erwärmen der Form zusammen mit den darin enthaltenen Pellets auf über 640ºC. In Abhängigkeit von der eingesetzten Legierung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Form auf eine Temperatur von 850ºC zu erwärmen.

Schritt D:

Geschmolzenes Material 16 wird in die Form 38 eingegossen, um sie zu füllen. Ein typischer Gießtemperaturbereich für Aluminium beträgt 830-900ºC. Polycarbonat wird zwischen 250 und 350ºC eingegossen. Vorteilhafterweise werden die Oberflächen der Form 38 mit einer Vielzahl von Luftlöchern 48 versehen, um das Entweichen von Luft zu ermöglichen, während Materialschmelze 16 eingegossen wird. Während des Gießens werden die Pellets 18 entsprechend den auf sie durch die Materialschmelze ausgeübten hydrostatischen und hydrodynamischen Kräften umgeordnet.

Schritt E:

Das geschmolzene Material 16 wird zum Verfestigen gebracht.

Schritt F:

Das Verbund-Panzermaterial 10 wird aus der Form 38 entnommen.
Die folgende Ausführungsform eines Herstellverfahrens enthält die Verwendung eines Epoxidharzes zur Bildung einer warmausgehärteten Matrix. Wie bekannt, können Epoxidharze bei Raumtemperatur gegossen und chemisch gehärtet werden, oder ihre Härtung kann durch Wärmeanwendung beschleunigt werden. Eine Epoxidbewehrung ist zum Einsatz an einem Luftfahrzeug geeignet. Sowohl die Streckgrenze wie auch der Elastizitätsmodul werden durch Zugabe von Faserverstärkung verbessert.

Schritt A:

Eine Form 38 mit einem Boden 40, zwei Hauptflächen 42, zwei Kantenflächen 44 und einer offenen Oberseite 46 wird vorgesehen, wobei der Abstand zwischen den beiden Hauptflächen 42 von etwa dem 1,2- bis zum 1,8-fachen der Hauptachse der Pellets 18 beträgt.

Schritt B:

Die Pellets 18 werden in die Form 38 so eingesetzt, daß sie eine Vielzahl von übereinandergeschichteten Reihen 20 von Pellets 18 bilden, die sich im wesentlichen über den ganzen Abstand zwischen den Kantenflächen 44 und vom Boden 40 im wesentlichen bis zur offenen Oberseite 46 erstrecken.

Schritt C:

Flüssiges Epoxidharz wird in die Form 38 gegossen, um diese aufzufüllen.

Schritt D:

Das Epoxidharz wird zur Verfestigung gebracht.

Schritt E:

Das Verbund-Panzermaterial wird aus der Form 38 entnommen.
Die Tabelle 1 ist eine Wiedergabe eines Prüfberichts, der sich auf die Aluminiummatrix-Mehrschichttafel bezieht, die vorstehend mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben wurde. Drei panzerbrechende Geschosse wurden im Nahbereich aus einem AK-47 Sturmgewehr auf eine mehrlagige Tafel mit einem Gesamtgewicht von 34,3 kg/m² abgefeuert, ein Gewicht, das gering genug zum begrenzten Einsatz als von Personen getragener Bewehrung ist. Die berichteten Ergebnisse beweisen die Wirksamkeit der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Tafel. TABELLE 1
Die vorliegend berichteten Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als darstellend und nicht als begrenzend zu betrachten, wobei der Bereich der Erfindung durch die Fassung der angefügten Ansprüche bezeichnet wird, statt durch die vorangehende Beschreibung, und alle Änderungen, die sich in der Bedeutung und dem Bereich in der Äquivalenz zu den Ansprüchen erstrecken, werden deshalb als von diesen umfaßt angesehen.

Claims

1. Verbundpanzerplatte zum Absorbieren und Ableiten von kinetischer Energie panzerbrechender Projektile mit hoher Geschwindigkeit, wobei die Platte eine einzelne innere Schicht so aus hochdichten Keramikpellets umfaßt, die so durch ein verfestigtes Material direkt verbunden und in Plattenform gehalten werden, daß die Pellets in einer Vielzahl übereinanderliegender Reihen verbunden sind, und jedes einer Mehrzahl der Pellets in Kontakt mit wenigstens vier benachbarten Pellets ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets einen Al&sub2;O&sub3;- Gehalt von wenigstens 93% und eine relative Dichte von wenigstens 2,5 haben, wobei die Mehrzahl der Pellets jeweils eine Hauptachse einer Länge im Bereich von 3 bis 12 mm hat, das verfestigte Material und damit die Platte bei einer Temperatur unter 250ºC elastisch ist und das Gewicht der Platte 45 kg/m² nicht übersteigt.

2. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Pellets jeweils eine Hauptachse einer Länge im Bereich von 6 bis 10 mm hat.

3. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei die Pellets regelmäßige geometrische Form mit wenigstens einem konvexen gekrümmten Flächensegment haben.

4. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei die Pellets wenigstens einen kreisförmigen Querschnitt haben.

5. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei die Pellets zylindrische Form mit runden Enden, zylindrische Form mit flachen Enden oder Kugelform haben.

6. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei die Keramik-Pellets eine relative Dichte von wenigstens 3 haben.

7. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei die Pellets eine Dichte von 9 auf der Mohs'schen Skala haben.

8. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei das verfestigte Material wenigstens 80% Aluminium enthält.

9. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei das verfestigte Material ein Thermoplastharz ist.

10. Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, wobei das verfestigte Material ein Epoxydharz ist.

11. Mehrschichtige Panzertafel, die eine äußere schlagaufnehmende Schicht, die aus einer Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1 besteht, um ein mit hoher Geschwindigkeit auftreffendes panzerbrechendes Projektil zu verformen und zu zertrümmern, sowie eine innere Schicht umfaßt, die an die äußere Schicht angrenzt und festgewebtes Textilmaterial umfaßt, um eine asymmetrische Verformung der restlichen Bruchteile des Projektils zu bewirken und die verbleibende kinetische Energie der Bruchteile zu absorbieren, wobei die innere Schicht eine Dicke von wenigstens 50% der äußeren schlagaufnehmenden Schicht hat, und die Tafel in der Lage ist, drei Geschosse aufzuhalten, die nacheinander auf einen dreieckigen Bereich der Tafel geschossen werden, wobei die Seiten des Dreiecks jeweils 5 cm lang sind.

12. Mehrschichtige Panzertafel nach Anspruch 11, wobei die innere Schicht aus Kevlar® besteht.

13. Mehrschichtige Panzertafel nach Anspruch 11, wobei die innere Schicht mehrere Schichten eines Polyamidnetzes umfaßt.

14. Verfahren zum Herstellen einer Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, das umfaßt:

Bereitstellen einer Form mit einem Boden, zwei Hauptflächen, zwei Nebenseitenflächen und einer offenen Oberseite, wobei der Abstand zwischen den beiden Hauptflächen ungefähr dem 1,2- bis 1,8-fachen der Hauptachse der Pellets entspricht;

Einbringen der Pellets in die Form, um eine Vielzahl übereinanderliegender Reihen von Pellets herzustellen, die sich im wesentlichen über den gesamten Abstand zwischen den Nebenseitenflächen und von dem Boden aus im wesentlichen bis zu der offenen Oberseite erstrecken;

schrittweises Erhitzen der Form und der darin enthaltenen Pellets auf eine Temperatur von wenigstens 100ºC über dem Fließpunkt des in die Form zu gießenden Materials;

Gießen des geschmolzenen Materials in die Form, um selbige zu füllen;

Verfestigen des geschmolzenen Materials; und

Entnehmen der Verbundpanzerplatte aus der Form.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das verfestigte geschmolzene Material eine Gießlegierung umfaßt, die wenigstens 80% Aluminium enthält, und die Form auf eine Temperatur von wenigstens 850ºC erhitzt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Flächen der Form mit einer Vielzahl von Luftlöchern versehen sind, um das Austreten von Luft zu erleichtern, wenn das geschmolzene Material eingegossen wird.

17. Verfahren zum Herstellen einer Verbundpanzerplatte nach Anspruch 1, das umfaßt:

Bereitstellen einer Form mit einem Boden, zwei Hauptflächen, zwei Nebenflächen und einer offenen Oberseite, wobei der Abstand zwischen den beiden Hauptflächen ungefähr dem 1,2- bis 1,8-fachen der Hauptachse der Pellets entspricht;

Einbringen der Pellets in die Form, um eine Vielzahl übereinanderliegender Reihen von Pellets herzustellen, die sich im wesentlichen über den gesamten Abstand zwischen den zwei Nebenseitenflächen und von dem Boden aus im wesentlichen bis zu der offenen Oberseite erstrecken;

Eingießen von flüssigem Epoxydharz in die Form, um selbige zu füllen;

Verfestigen des Epoxydharzes; und

Entnehmen der Verbundpanzerplatte aus der Form.