DE69703699T2

DE69703699T2 - Keramischer körper für verbundpanzerplatte

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Publication number: DE69703699T2
Application number: DE69703699T
Authority: DE
Inventors: Michael Cohen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2017-10-08
Also published as: IL119386A; DE69703699D1; AU719951B2; CA2264623A1; EP0929788A1; AU4567197A; WO1998015796A1; IL119386A0; EP0929788B2; CN1231723A; HK1022348A1; ATE198102T1; KR100529534B1; DE69703699T3; TR199900698T2; CN1068111C; US5972819A; NZ334417A; CA2264623C; KR20000048746A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen keramischen Körper zum Anordnen in einer Verbundpanzerplatte. Das heißt, die Erfindung schafft verbesserte keramische Körper zum Einsatz in Panzerplatten, zur Herstellung leichter kugelsicherer Kleidung, die vom Benutzer getragen werden kann, und zum Schutz von mobilen Einrichtungen sowie Land-, Luft- und Amphibienfahrzeugen vor Hochgeschwindigkeitsgeschossen oder -splittern. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Verbundpanzerung sowie ein kugelsicheres Panzerungsmaterial, das die Körper enthält.
Es gibt drei Aspekte bei Schutzpanzerplatten. Der erste Aspekt ist das Gewicht. Schutzpanzerung für schwere, jedoch mobile militärische Einrichtungen, wie beispielsweise Panzer und große Schiffe, ist bekannt. Eine derartige Panzerung umfasst normalerweise eine dicke Schicht aus Legierungsstahl, die Schutz vor schweren und explosiven Geschossen bieten soll. Aufgrund ihres Gewichtes ist eine derartige Panzerung für leichte Fahrzeuge, wie beispielsweise Pkw, Jeeps, leichte Boote oder Flugzeuge nicht geeignet, deren Leistung durch Stahlplatten mit einer Dicke von mehr als wenigen Millimetern beeinträchtigt wird.
Panzerung für Fahrzeuge einschließlich Land-, Luft- und Amphibienfahrzeuge soll das Eindringen von Geschossen mit jedem beliebigen Gewicht verhindern, selbst wenn diese mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 700 bis 1000 Meter pro Sekunde auftreffen. Das maximale Panzerungsgewicht, das für den Einsatz an leichten Fahrzeugen vertretbar ist, variiert je nach dem Fahrzeugtyp, liegt jedoch im Allgemeinen im Bereich von 40 bis 100 kg/m².
Ein zweiter Aspekt sind die Kosten. Zu komplexe Panzerungsanordnungen, vor allem diejenigen, die vollständig aus synthetischen Fasern bestehen, können einen erheblichen Teil der Gesamtkosten des Fahrzeugs ausmachen und bewirken, dass die Herstellung unprofitabel wird.
Jüngste Beispiele für Panzerungssysteme sind im US-Patent 4,836,084 beschrieben, das einen Panzerplatten-Verbundstoff offenbart, der eine Trägerplatte enthält, die aus einer offenen Wabenstruktur aus Aluminium besteht, sowie im US-Patent 4, 868,040, das eine kugelsichere Verbundpanzerung offenbart, die eine stoßdämpfende Schicht enthält. Des Weiteren ist US-Patent 4,529,640 von Interesse, dass eine Hohlpanzerung offenbart, die ein Sechseck-Waben-Kernelemerit enthält.
Keramische Materialien sind nichtmetallische anorganische Feststoffe mit einer kristallinen oder glasartigen Struktur und weisen viele nützliche physikalische Eigenschaften einschließlich der Beständigkeit gegenüber Wärme, Abrieb und Zusammendrücken, hoher Steifigkeit, geringem Gewicht im Vergleich zu Stahl und hervorragender chemischer Stabilität, auf.
Aufgrund dieser Eigenschaften interessieren sich Konstrukteure von Panzerungen seit langem dafür, und massive Keramikplatten mit einer Dicke zwischen 3 mm für den Personenschutz und 50 mm für schwere militärische Fahrzeuge sind für diesen Einsatz erhältlich.
Es sind erhebliche Forschungsanstrengungen unternommen worden, um die geringe Zug- und Biegefestigkeit sowie die mangelhafte Bruchzähigkeit von keramischen Materialien zu verbessern, diese stellen jedoch nach wie vor die Hauptnachteile beim Einsatz von keramischen Platten und anderen großen Elementen dar, die beim Stoß durch ein aufprallendes Geschoss brechen und/oder splittern können.
Leichte, flexible Panzerungskleidungsstück sind ebenfalls seit Jahrzehnten beim Personenschutz gegen Schusswaffengeschosse und Geschosssplitter im Einsatz. Beispiele für diesen Typ Panzerung finden sich im US-Patent Nr. 4,090,005. Derartige Kleidung ist sicher nützlich gegen Geschosse mit geringer Energie, wie sie beispielsweise aus einer Entfernung von mehreren hundert Metern geschossen werden, sie schützen jedoch den Träger nicht vor Hochgeschwindigkeitsgeschossen, die aus näherer Entfernung geschossen werden. Wenn ein derartiger Schutz erforderlich ist, stehen das Gewicht und/oder die Kosten für derartige Kleidung ihrem Einsatz im Weg. Ein weiteres bekanntes Problem bei derartiger Kleidung besteht darin, dass, selbst wenn damit ein Geschoss aufgehalten wird, der Benutzer aufgrund des Eindrückens der Weste in den Körper Verletzungen erleiden kann, die dadurch verursacht werden, dass der Aufprall auf eine zu geringe Körperfläche erfolgt, die die Energie eines Geschosses absorbieren muss.
Ein verbreitetes Problem bei Keramikpanzerung nach dem Stand der Technik betrifft den Schaden, den die Panzerungsstruktur durch ein erstes Geschoss erleidet, und zwar unabhängig davon ob es aufgehalten wird oder eindringt. Dieser Schaden schwächt die Panzerplatte und ermöglicht das Eindringen eines folgenden Geschosses, das innerhalb einer Entfernung von wenigen Zentimetern zum ersten auftrifft.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen daher die Nachteile von keramischen Panzerungen nach dem Stand der Technik vermieden werden und keramische Körper zur Anordnung in Verbundpanzerplatten geschaffen werden, die gegen panzerbrechende, schnelle kleinkalibrige Schusswaffengeschosse wirken, die jedoch dennoch leicht sind und daher in eine Verbundplatte integriert werden können, deren Gewicht weniger als 45 kg/m² beträgt, was ungefähr 9 lbs/ft² entspricht, wenn Einsatz für den Personenschutz und von leichten Fahrzeugen vorgesehen ist, und die ein größeres Gewicht haben kann, wenn sie an schwereren Fahrzeugen und/oder in Panzerungen gegen schwerere Munition eingesetzt wird.
Auf dem Gebiet des Panzerungsmaterials werden die Begriffe "Oberflächenmasse" (surface mass) und "Gewicht" (weight) häufig austauschbar verwendet, wie dies auch in der vorliegenden Patentbeschreibung getan wird.
Eine andere Möglichkeit, diese Größe auszudrücken, besteht darin, sich auf "ein Flächengewicht, das 450 Newton/m²" nicht übersteigt" zu beziehen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Panzerplatte zu schaffen, die sich besonders dafür eignet, eine Vielzahl von Geschossen aufzuhalten, die auf die gleiche allgemeine Fläche der Platte auftreffen.
Aus FR-A-2559254 ist eine Panzerplatte bekannt, die eine Schicht aus harten Körpern umfasst, so beispielsweise aus Stahl oder Wolframcarbid, die in ein weicheres Material eingebettet sind, wobei die Körper kugelförmig oder zylindrisch mit einer halbkugelförmigen Fläche an jedem Ende sind. Dieses Dokument bildet die Basis für den Oberbegriff von Anspruch 1.
Des Weiteren sind Panzerverkleidungselemente aus DE-A-39 40 623 bekannt, die einen Körper umfassen, der zylindrisch sein und aus einem keramischen Material bestehen kann und eine teilkugelförmige konvexe Fläche an einem Ende aufweist.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein keramischer Körper zum Anordnen in einer Verbunäparazerplatte geschaffen, wobei der Körper im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und wenigstens eine konvex gekrümmte Abschlussfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers zum Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche wenigstens 0,64 : 1 beträgt.
Bei bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung beträgt das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers zum Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche wenigstens 0,85 : 1.
Bei besonders bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung liegt das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers zum Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche zwischen 0,85 : 1 und 1,28 : 1.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung beträgt das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers zum Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche wenigstes 1,28 : 1.
Das US-Patent Nr. 4,665,794 offenbart den Einsatz von keramischen Teilchen mit Röhren- oder Kugelform bei einer Verbundpanzerung. Die US-Patente 4,179,979; 3,705,558; sowie 4,945,814 offenbaren den Einsatz keramischer Kugeln in einer Verbundpanzeranordnung. Keines der Patente lehrt jedoch die speziellen Formen der keramischen Körper, wie sie hier definiert sind oder schlägt diese vor, und die überraschend herausragenden Eigenschaften derselben, wie sie weiter unten in Vergleichsbeispiel A dargestellt sind.
Die keramischen Körper, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, haben vorzugsweise einen Al&sub2;O&sub3;-Gehalt von wenigstens 85 Gew.-% und eine relative Dichte von wenigsten 2,5 9/cm³, und besonders bevorzugt werden keramische Körper mit einem Al&sub2;O&sub3;-Gehalt von wenigstens 90 Gew.-% und einer relativen Dichte von wenigstens 32,5 g/cm³, die eine Härte von wenigstens 9 auf der Mohs'schen Härteskala haben.
Keramische Körper, die im Wesentlichen zylindrisch geformt sind und wenigstens eine konvex gekrümmte Abschlussfläche aufweisen, sind bekannt und werden von verschiedenen Unternehmen in Israel, Italien, Indien, Deutschland und den Vereinigten Staaten als Schleifmittel hergestellt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese keramischen Körper hinsichtlich ihrer Eigenschaften für den Einsatz in einer Verbundpanzerplatte unterlegen sind, wie dies weiter unten im Vergleichsbeispiel 1 beschrieben ist, und zwar dahingehend, dass diese Körper, die eine Höhe H von 7,5 mm und einen Durchmesser D von 12,8 mm aufweisen, splittern, wenn sie in eine Brechpresse gegeben werden, die zwischen 1,9 und 2,5 Tonnen Druck ausübt, während die keramischen Körper der vorliegenden Erfindung, die die gleiche Höhe und den gleichen Durchmesser aufweisen, jedoch einen kleineren Krümmungsradius als die keramischen Körper nach dem Stand der Technik haben, wie er hier definiert ist, überraschenderweise unter den gleichen Bedingungen bei einem Druck über 5 Tonnen splittern, und besonders bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung splittern erst, wenn sie Drücken über 5 und sogar 7 Tonnen ausgesetzt werden.
Diese überraschend guten Eigenschaften der keramischen Körper der vorliegenden Erfindung, die sich auch in der Haltekraft gegenüber Hochgeschwindigkeitsgeschossen äußert, wird, wie im Folgenden erläutert, und dargestellt, erreicht, indem der Krümmungsradius der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche des Körpers verändert wird, wobei diese Veränderung dem Stand der Technik nach weder gelehrt noch vorgeschlagen wird, was weiter durch die Tatsache belegt wird, dass alle Hersteller derartiger Körper diese Körper bisher mit einem Krümmungsradius hergestellt haben, der sich erheblich von dem unterscheidet, der nunmehr ermittelt und in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wurde.
Was eine bevorzugte Reihe keramischer Körper angeht, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, so sind diese keramischen Körper dadurch gekennzeichnet, dass die Verhältnisse H/D/R der Höhe der zylindrischen Körper bis auf die Höhe ihrer jeweiligen konvex gekrümmten Abschlussflächen, des Durchmessers der zylindrischen Körper D und des Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche zueinander zwischen 7,5 : 12,8 : 9 sowie 7,5 : 12,8 : 20 liegen, während bei den keramischen Körpern nach dem Stand der Technik mit im wesentlichen zylindrischer Form und wenigstens einer konvex gekrümmten Abschlussfläche die Verhältnisse der Höhe der zylindrischen Körper bis auf die Höhe der konvex gekrümmten Abschlussflächen, des Durchmessers der zylindrischen Körper D und des Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche zueinander zwischen ungefähr 7,5 : 12,8 : 25 sowie 7,5 : 12,8 : 30 liegen.
Obwohl die Körper der vorliegenden Erfindung und die nach dem Stand der Technik, die zu Vergleichszwecken dargestellt sind, sämtlich mit einer Höhe H von 7,5 mm ausgewählt wurden, um zu Vergleichszwecken Einheitlichkeit zu gewährleisten, versteht sich, dass die Körper der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Höhen, beispielsweise zwischen 6 mm und 20 mm hergestellt werden können, wobei dies von den Schutzanforderungen abhängt, die sie erfüllen sollen, und auch einen Teil der vorliegenden Erfindung bilden, so lange die Verhältnisse D/R, wie sie hier definiert sind, beibehalten werden.
Des gleichen können die Durchmesser der Körper der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 8-11 dargestellt, verändert werden, so lange die Verhältnisse D/R, wie sie hier definiert sind, beibehalten werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der keramische Körper mit zwei konvex gekrümmten Abschlussflächen versehen, wobei das Verhältnis D/A des Durchmessers D des zylindrischen Körpers zum Radius R der Krümmung jeder der konvex gekrümmten Abschlussflächen wenigstens 0,64 : 1 beträgt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbundpanzerung zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von Hochgeschwindigkeitsgeschossen geschaffen, die eine Platte umfasst, die mit einer Schicht aus einer Vielzahl hochdichter keramischer Körper versehen ist, wobei jeder der Körper im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und wenigstens eine konvex gekrümmte Abschlussfläche aufweist und jeder der Körper eine Hauptachse aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse seiner entsprechend gekrümmten Abschlussfläche ist, wobei das Verhältnis DIR des Durchmessers D jedes der zylindrischen Körper zum Radius R der Krümmung der entsprechend konvex gekrümmten Abschlussfläche jedes der Körper wenigstens 0,64 : 1 beträgt, und wobei die Körper in einer Vielzahl aneinandergrenzender Spalten und Reihen angeordnet sind und die Hauptachsen der Körper im Wesentlichen parallel ausgerichtet und im Wesentlichen senkrecht zu einer angrenzenden Fläche der Platte sind.
Die Platte weist, wie auf der Hand liegt, normalerweise im Wesentlichen parallele Flächen auf, und die konvex gekrümmten Flächen der Körper sind zu einer der Flächen hin gerichtet, wenn die Hauptachsen der Körper im Wesentlichen senkrecht zu einer angrenzenden Fläche der Platte sind, es ist jedoch vorgesehen, dass die Platten auch gekrümmt sein können, wobei in diesem Fall die Beschreibung nicht genau zutrifft.
Entsprechend bevorzugter Ausführungen dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Verbundpanzerung zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von Hochgeschwindigkeitsgeschossen geschaffen, die eine Platte umfasst, die im wesentlichen aus einer einzigen inneren Schicht aus einer Vielzahl hochdichter keramischer Körper besteht, die durch ein verfestigtes Material direkt verbunden sind und in Plattenform gehalten werden, wobei jeder der Körper im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und wenigstens eine konvex gekrümmte Abschlussfläche aufweist und jeder der Körper eine Hauptachse im Wesentlichen senkrecht zur Achse seiner entsprechend gekrümmten Abschlussfläche aufweist, wobei das Verhältnis DIR des Durchmessers D jedes der zylindrischen Körper zum Radius R der Krümmung der entsprechend konvex gekrümmten Abschlussfläche jedes der Körper wenigstens 0,64 : 1 beträgt, und wobei die Körper in einer Vielzahl aneinandergrenzender Reihen und Spalten angeordnet sind und die Hauptachsen der Körper im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Bei besonders bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung weist die Platte eine Innen- und eine Außenfläche auf, wobei die Außenfläche der Aufschlagfläche zugewandt ist und die keramischen Körper in einer Vielzahl aneinandergrenzender Reihen angeordnet sind und die Zylinderachsen der Körper im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu den Flächen der Platte sind, wobei die konvex gekrümmte Abschlussflächen zur Außenfläche hin gerichtet sind, und die Verbundpanzerung umfasst des Weiteren eine innere Schicht an die Innenfläche der Platte angrenzend, wobei die innere Schicht aus einer Vielzahl aneinandergrenzender Schichten besteht und jede Schicht eine Vielzahl unidirektionaler koplanarer kugelsicherer Fasern umfasst, die in einer Polymermatrix eingebettet sind, und die Fasern aneinandergrenzender Schichten in einem Winkel zwischen 45 und 90º zueinander angeordnet sind.
Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit bestimmten bevorzugten Ausführungen unter Bezugnahme auf die folgenden veranschaulichenden Figuren dargestellt, so dass sie besser verständlich wird:
Unter besonderer Bezugnahme auf die Figuren im Einzelnen ist zu betonen, dass die dargestellten Details lediglich als Beispiel und zu Zwecken der veranschaulichenden Erläuterung der bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung dienen und dargestellt werden, um die als am sinnvollsten und leicht zu verstehende angesehene Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der Erfindung zu ermöglichen. Dabei wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der Erfindung detaillierter zu zeigen als dies für ein grundlegendes Verständnis der Erfindung erforderlich ist, wobei die Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen für den Fachmann deutlich macht, wie die verschiedenen Formen der Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können.
In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführung des keramischen Körpers gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer speziellen Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vorgegebenen Abmessungen;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer zweiten speziellen Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vorgegebenen Abmessungen;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer dritten speziellen Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vorgegebenen Abmessungen;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines keramischen Körpers mit zwei gekrümmten Abschlussflächen;
Fig. 6 eine Teilperspektivansicht einer Platte, bei der keramische Körper eingesetzt werden;
Fig. 7 eine Perspektivansicht eines kleinen Abschnitts einer Platte, bei der ein vergießbares Material die Zwischenräume zwischen den Körpern ausfüllt;
Fig. 8 eine Schnittansicht einer weiteren speziellen Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vorgegebenen Abmessungen;
Fig. 9 eine Schnittansicht einer weiteren speziellen Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vorgegebenen Abmessungen;
Fig. 10 eine Schnittansicht einer weiteren speziellen Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vorgegebenen Abmessungen; und
Fig. 11 eine Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vorgegebenen Abmessungen.
In Fig. 1 ist ein keramischer Körper 10 zur Anordnung in einer Verbundpanzerplatte zu sehen. Der Körper 10 ist im Wesentlichen zylindrisch geformt und weist eine konvex gekrümmte Abschlussfläche 12 auf. Der Radius der Krümmung der konvex gekrümmten Abschlussfläche 12 ist mit dem Buchstaben R gekennzeichnet. Der Durchmesser des zylindrischen Körpers ist mit dem Buchstaben D gekennzeichnet, und die Höhe des zylindrischen Körpers bis auf die Höhe der konvex gekrümmten Abschlussfläche ist mit dem Buchstaben H gekennzeichnet.
Was die Zusammensetzung der keramischen Körper angeht, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, so besteht der bevorzugte Typ aus Aluminiumoxid und hat einen Al&sub2;O&sub3;-Gehalt von wenigstens 90 Gew.-% und eine relative Dichte von wenigstens 2,5. Vorteilhafterweise beträgt der Al&sub2;O&sub3;-Gehalt wenigstens 90 Gew.-%, und die relative Dichte liegt bei 3 oder darüber. Die Härte beträgt wenigstens 9 auf der Mohs'schen Härteskala.
In Fig. 2 ist ein Körper 14 gemäß der vorliegenden Erfindung mit speziellen Abmessungen dargestellt. Der Krümmungsradius R der konvex gekrümmten Abschlussfläche 16 beträgt 20 mm, und die Höhe H des zylindrischen Körpers bis auf die Höhe der konvex gekrümmten Abschlussfläche beträgt 7,5 mm. Das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers, der 12,8 mm beträgt, zum Radius der Krümmung R, der bei dieser Ausführung 20 mm beträgt, beträgt 12,8/20 = 0,64. Die Zusammensetzung des keramischen Materials ist die gleiche wie bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Körper.
Fig. 3 zeigt einen keramischen Körper 18 zum Einsatz in einer Panzerung, der einen noch kleineren Krümmungsradius der konvexen Abschlussfläche 20 aufweist, was zu einer weiteren Verbesserung bezüglich der Splitterfestigkeit des Körpers 18 und zu besserer Kugelsicherheit führt. Bei dieser Ausführung beträgt der Radius der Krümmung R der konvex gekrümmten Abschlussfläche 20 15 mm, und die Höhe H des zylindrischen Körpers bis auf die Höhe der konvex gekrümmten Abschlussfläche beträgt 7,5 mm. Das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers, der 12,8 mm beträgt, zum Radius der Krümmung R, der bei dieser Ausführung 15 mm beträgt, beträgt 12,8/15 = 0,85. Die Zusammensetzung des keramischen Materials ist die gleiche wie bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Körper.
In Fig. 4 ist ein keramischer Körper 22 mit noch vorteilhafteren Abmessungen zu sehen. Der Radius der Krümmung der konvex gekrümmten Abschlussfläche beträgt 9 mm, und die Höhe H des zylindrischen Körpers bis auf die Höhe der konvex gekrümmten Abschlussfläche beträgt 7,5 mm. Das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers, der 12,8 mm beträgt, zum Radius der Krümmung R, der bei dieser Ausführung 9 mm beträgt, beträgt 12,8/9 = 1,4. Die Zusammensetzung des keramischen Materials ist die gleiche wie bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Körper.
In Fig. 5 ist ein keramischer Körper 24 dargestellt, der dem unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen ähnelt, jedoch mit zwei konvex gekrümmten Abschlussflächen 26, 28 versehen ist. Das Verhältnis von Körperdurchmesser zu Abschlussradius ist das gleiche wie das in Fig. 4 angegebene. Diese Form stellt die am meisten bevorzugte von allen Ausführungen der vorliegenden Erfindung dahingehend dar, dass die Wirkung der gekrümmten Abschlussfläche nicht nur bei der Reaktion gegenüber dem auftreffenden Geschoss zur Geltung kommt, sondern auch an dem Trägermaterial für die Platte.
Die konvexe Krümmung an jedem Ende des Körpers führt zu einer weiteren Verbesserung der Splitterbeständigkeit beim Aufschlag und erweist sich als praktisch im Einsatz, da keine besondere Rücksicht auf die Ausrichtung des Körpers beim anschließenden Einbau in eine Panzerplatte genommen werden muss.
In Fig. 6 ist eine Verbundpanzerung zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von Hochgeschwindigkeitsgeschossen, normalerweise Gewehrkugeln sowie Granatsplittern, zu sehen.
Eine Platte 30 ist mit einer Schicht aus einer Vielzahl hochdichter keramischer Körper 32 versehen. Diese sind im Wesentlichen zylindrisch geformt und weisen wenigstens eine konvex gekrümmte Abschlussfläche 34 auf. Die Hauptachse AA jedes Pellets ist im Wesentlichen senkrecht zur Achse seiner entsprechenden gekrümmten Abschlussfläche 34. Das Verhältnis von Körperdurchmesser zu Abschlussradius beträgt wenigstens 0,64 : 1. Die Körper 32 sind in einer Vielzahl aneinandergrenzender Reihen und Spalten angeordnet. Die Hauptachsen AA der Körper 32 sind im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu der Plattenfläche 38.
Bei der vorliegenden Ausführung werden die Körper 32 zwischen einer äußeren Lage 40 aus Stahl und einer inneren Schicht 42 gehalten, die vorzugsweise aus hochfesten kugelsicheren Fasern besteht, so beispielsweise aus mehreren Schichten aus Kevlar®, Dyneema®, Goldshield®, einem Material, das unter dem Handelsnamen Famaston bekannt ist, Glasfaser, usw., wobei die Stahllagen vorhanden sein können, wenn die Körper der vorliegenden Erfindung in ein gepanzertes Fahrzeug integriert werden, obwohl es sich herausgestellt hat, dass die äußere Lage aus Stahl nicht erforderlich ist, um die Schutzwirkung bei Platten zu erzielen, die die Körper der vorliegenden Erfindung beinhalten.
Es ist anzumerken, dass bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung wenigstens eine innere Schicht enthalten, die vorzugsweise kugelsichere Fasern, wie beispielsweise aus Glas, Polyolefinen, Polyvinylalkohol, Polyaramiden und Flüssigkristallpolymeren enthalten. Vorzugsweise haben die Fasern einen Modul von mehr als 150 g/Denier und eine Zugfestigkeit von mehr als 7 g/Denier.
Fig. 7 zeigt eine weitere Verbundpanzerung zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von Hochgeschwindigkeitsgeschossen. Eine Platte 44 ist mit einer einzelnen inneren Schicht aus einer Vielzahl hochdichter keramischer Körper 32 versehen. Die Körper werden von einem verfestigten Material 48 verbunden und in Plattenform gehalten. Bei diesem Material handelt es sich vorzugsweise um ein Epoxydharz, das dort zum Einsatz kommt, wo das Gewicht den Hauptaspekt darstellt, so beispielsweise beim Einsatz zum Schutz von Personen und Flugzeugen. Für Boote und Landfahrzeuge gewährleistet ein Aluminiumlegierungsmaterial besseren Schutz, führt jedoch zu einer Zunahme des Gewichts. Die Körper 32, die bereits unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben wurden, sind in einer Vielzahl aneinandergrenzender Reihen und Spalten angeordnet. Die Hauptachsen AA der Körper 32 sind im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu der Plattenfläche 50.
In Fig. 8-11 sind verschiedene keramische Körper mit unterschiedlichen bevorzugten Abmessungen zu sehen. So beträgt in Fig. 8 und 9 der Durchmesser D der zylindrischen Körper 19, während der Durchmesser in Fig. 10 und 11 25,4 bzw. 32 beträgt. Bei diesen Körpern beträgt der Krümmungsradius R jeder der konvex gekrümmten Abschlussflächen 20 mm, 16,54 mm, 20 mm und 25 mm, so dass das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers zu dem Krümmungsradius R jeweils 0,95 : 1, 1,148 : 1, 1,27 : 1 bzw. 1,28 : 1 beträgt. Die Zusammensetzung des keramischen Materials ist die gleiche wie bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Körper.

VERGLEICHSBEISPIEL A

Eine Vielzahl keramischer Körper mit im Wesentlichen zylindrischer Form und wenigstens einer konvex gekrümmten Abschlussfläche wurde von Wheelabrator-Allevard (Italien), Jyoti Ceramic Industries Pvt., Ltd. (Indien), Spherotech GmbH (Deutschland) sowie Union Process (USA) bezogen, wobei jeder der keramischen Körper eine Höhe H von 7,5 mm, einen Durchmesser D von 12,8 mm und einen Krümmungsradius R von 33 mm, 28 mm, 34 mm bzw. 31 mm hatte, und sie wurden mit verschiedenen keramischen Körpern verglichen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden und einen Krümmungsradius von 20 mm, 15 mm, 10 mm, 9,5 mm bzw. 9 mm hatten. Diese keramischen Körper wurden aus keramischem Al&sub2;O&sub3;-Pulver hergestellt, das auf eine Größe von ungefähr 180-200 Mikrometer gemahlen wurde. Das gemahlene Pulver wird nach dem Reinigen mit einer Hydraulikpresse, die einen Druck von wenigstens 50 Tonnen ausübt, in einer geeigneten Form gepresst, um die gewünschten Körper herzustellen. Die hergestellten Körper werden dann über wenigstens 10 und vorzugsweise wenigstens 48 Stunden in einen Ofen mit einer Temperatur von wenigstens 700ºC gegeben.
Jeder der keramischen Körper wurde in eine hydraulische Presse des Typs M 50/1 gelegt, die von Taamal Mizra, Kibbutz Mizra (Israel) hergestellt wird und einen Kolben C-57-G enthielt und 50 Tonnen Druck ausüben konnte. Der Splitterpunkt jedes Körpers wurde wie folgt gemessen:
keramischer Körper aus Italien 2,1 Tonnen
keramischer Körper aus Indien. 3, 3 Tonnen
keramischer Körper aus Deutschland 1,9 Tonnen
keramischer Körper aus den USA 2,5 Tonnen
Körper der vorliegenden Erfindung mit R = 20 mm: 5 Tonnen
Körper der vorliegenden Erfindung mit R = 15 mm: 6 Tonnen
Körper der vorliegenden Erfindung mit R = 10 mm: 7,3 Tonnen
Körper der vorliegenden Erfindung mit R = 9,5 mm: 7,4 Tonnen
Körper der vorliegenden Erfindung mit R = 9 mm: 7,5 Tonnen
Platten, die aus keramischen Körpern der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, wurden Schussversuchen unterzogen und wiesen erstaunlich herausragende Eigenschaften auf.
Tabelle 1 ist eine Wiedergabe eines Versuchsberichtes, der sich auf Kugelsicherheitsversuche bezieht, die an einer Platte, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, ausgeführt wurden und die eine Anordnung von Körpern mit den in Fig. 9 dargestellten Abmessungen enthielt, die durch Epoxydharz verbunden waren, und die keine Stahllage 40 aufwies.
Die Platte in Fig. 6 war mit einer inneren Schicht mit einer Dicke von 17 mm aus Dyneema® versehen, sowie mit einer weiteren 6,35 mm dicken Trägerschicht aus Aluminium.
Bei der im ersten Versuch verwendeten Munition handelte es sich, wie in Tabelle 1 dargestellt, um ein 20-mm-Hochgeschwindigkeits-Splitter-STM-Geschoss, während bei den anderen Tests auf die gleiche Platte gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Abmessung von 24,5 · 24,5 mm mit panzerbrechenden 14,5 mm Geschossen B-32 geschossen wurde, und zwar mit zunehmend höheren Werten der Durchschnittsgeschwindigkeit. Es ist zu sehen, dass erst bei einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 3,328 ft/s das achte panzerbrechende Geschoss B-32 in die Platte eindrang, die bereits siebenmal getroffen worden war, während der Standard bei lediglich vier Schüssen pro Platte der gleichen Größe bei niedrigeren Geschwindigkeiten liegt.
Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der oben stehenden veranschaulichenden Ausführungen beschränkt ist. Die vorliegenden Ausführungen sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die untenstehende Beschreibung angegeben wird, und alle Veränderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereiches der Ansprüche liegen, sind daher als darin eingeschlossen zu betrachten. TABELLE 1

Claims

1. Keramischer Körper zum Entwickeln einer Verbundpanzerplatte, wobei der Körper (10; 14; 18; 24; 32) im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und wenigstens eine konvex. gekrümmte Abschlussfläche (12; 16; 20; 26, 28; 34) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers zum Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche wenigstens 0,64 : 1 beträgt.

2. Keramischer Körper nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis D/R des Durchmessers D des zylindrischen Körpers (10; 18; 24) zum Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche (12; 20; 26, 28) wenigstens 0,85 : 1 beträgt.

3. Keramischer Körper nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers (10; 18) zum Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche (12; 20) zwischen 0,85 : 1 und 1,28 : 1 liegt.

4. Keramischer Körper nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers (24) zum Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche (26, 28) wenigstens 1,28 : 1 beträgt.

5. Keramischer Körper nach Anspruch 1, der einen Al&sub2;O&sub3;-Gehalt von wenigstens 85 Gew.-% und eine relative Dichte von wenigstens 2,5 g/cm³ hat.

6. Keramischer Körper nach Anspruch 1, der einen Al&sub2;O&sub3;-Gehalt von wenigstens 90 Gew.-% und eine relative Dichte von wenigstens 3 g/cm³ hat.

7. Keramischer Körper nach Anspruch 1, der eine Härte von wenigstens 9 auf der Mohs'schen Härteskala hat.

8. Keramischer Körper nach Anspruch 1, wobei die Verhältnisse H/D/R der Höhe H des zylindrischen Körpers (14; 18; 24) bis auf die Höhe der konvex gekrümmten Abschlussfläche (16; 20; 26, 28), des Durchmessers des zylindrischen Körpers D und des Radius R der Krümmung der wenigstens einen konvex gekrümmten Abschlussfläche zueinander zwischen 7, 5 : 12, 8 : 9 sowie 7, 5 : 12, 8 : 20 liegen.

9. Keramischer Körper nach Anspruch 1, der mit zwei konvex gekrümmten Abschlussflächen (26, 28) versehen ist, wobei das Verhältnis DIR des Durchmessers D des zylindrischen Körpers (24) zum Radius R der Krümmung jeder der konvex gekrümmten Abschlussflächen (26, 28) wenigstens 0,64 : 1 beträgt.

10. Verbundpanzerung zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von Hochgeschwindigkeitsgeschossen, die eine Platte (30) umfasst, die mit einer Schicht aus einer Vielzahl hochdichter keramischer Körper (32) nach einem der vorangehenden Ansprüche versehen ist, wobei die Körper in einer Vielzahl aneinandergrenzender Reihen und Spalten angeordnet sind, und die Hauptachsen (AA) der Körper im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und im Wesentlichen senkrecht zu einer angrenzenden Fläche (38) der Platte sind.

11. Verbundpanzerung zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von Hochgeschwindigkeitsgeschossen, die eine Platte (44) umfasst, die im Wesentlichen aus einer einzigen inneren Schicht aus einer Vielzahl hochdichter keramischer Körper (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 besteht, wobei die Körper durch ein verfestigtes Material (48) direkt verbunden sind und in Plattenform gehalten werden, und wobei die Körper in einer Vielzahl aneinandergrenzender Reihen und Spalten angeordnet sind und die Hauptachsen (AA) der Körper im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.

12. Verbundpanzerung nach Anspruch 10, wobei die Platte (30) eine Innen- und eine Außenfläche aufweist und die Außenfläche (38) der Aufschlagseite zugewandt ist, und die keramischen Körper (32) in einer Vielzahl aneinandergrenzender Reihen angeordnet sind und die Zylinderachsen (AA) der Körper im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu den Flächen der Platten sind, wobei die konvex gekrümmten Abschlussflächen (34) zur Außenfläche (38) hin gerichtet sind.

13. Verbundpanzerung nach Anspruch 12, die des Weiteren eine innere Schicht (42) an die Innenfläche der Platte angrenzend aufweist, wobei die innere Schicht aus einer Vielzahl aneinandergrenzender Schichten besteht und jede Schicht eine Vielzahl unidirektionaler, koplanarer, kugelsicherer Fasern umfasst, die in einer Polymermatrix eingebettet sind, und die Fasern aneinandergrenzender Schichten in einem Winkel zwischen 45º und 90º zueinander angeordnet sind.

14. Kugelsicheres Panzerungsmaterial zum Absorbieren und Ableiten kinetischer Energie von Hochgeschwindigkeitsgeschossen, das eine Platte umfasst, die mit einer Schicht aus einer Vielzahl hochdichter keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 9 versehen ist, wobei die Körper in einer Vielzahl aneinandergrenzender Reihen und Spalten angeordnet sind und die Hauptachsen der Körper im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und im Wesentlichen senkrecht zu einer angrenzenden Fläche der Platte sind.