EP1152207A2 - Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge - Google Patents

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EP1152207A2
EP1152207A2 EP01108365A EP01108365A EP1152207A2 EP 1152207 A2 EP1152207 A2 EP 1152207A2 EP 01108365 A EP01108365 A EP 01108365A EP 01108365 A EP01108365 A EP 01108365A EP 1152207 A2 EP1152207 A2 EP 1152207A2
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EP
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armor according
armor
steel
decarburized layer
layers
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Meinhard Schröder
Ute Grunenberg
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Volkswagen AG En Walzwerk Burg GmbH
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Walzwerk Burg GmbH
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    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0442—Layered armour containing metal

Definitions

  • the invention relates to armor, in particular for security motor vehicles, with which the energy of projectiles projecting is absorbed and their penetration is prevented.
  • DE G 92 15 781.5 U1 describes armor for vehicles in which the surface facing the interior of the vehicle is lined with armor plates made of armored steel. The joints are covered over a large area with fabric mats. The contour of the body parts of the vehicles cannot be reproduced with these very hard armor plates, since they have insufficient deformability.
  • the steel is mainly used as Forged, rolled or cast part in hard crushing and in mining and road construction for fangs, jackets for roller and cone crusher, blow bars for baffle cups, etc. used. This steel tends to undergo strong deformation, i.e. with strong degrees of deformation, to cracking and is for the Not yet known to be used as armor.
  • the invention has for its object armor to develop for safety motor vehicles, which of Contour of the vehicle body is completely customizable, without extensive changes to the body Vehicle can be installed and at a relatively low Weight ensures good bullet resistance.
  • At least one element made of steel is used as armor used, which is the energy of projectiles hitting absorbed and prevented their penetration.
  • the element consists of a hot-rolled one wear-resistant austenitic manganese steel, the none decarburized layer and strong when cold formed is hardening.
  • the ratio of carbon and manganese content of the steel is approximately 1:10. These properties are fulfilled, for example, by the steel X120Mn12 (No. 1.340), in which the decarburized layer formed during hot forming was removed mechanically, preferably by grinding with cooling (temperature maximum 250 ° C.).
  • the hardening of the surface structure of the basic structure during grinding or a processing step downstream of mechanical processing e.g. sandblasting, bombardment with steel balls, shot peening, diamond smoothing, calibration or rolling with low infeed
  • mechanical processing e.g. sandblasting, bombardment with steel balls, shot peening, diamond smoothing, calibration or rolling with low infeed
  • the element can either form the body or reinforce it and be formed in one or more layers, the individual layers being connected to one another at least in regions (for example welded) and reshaped together. It is also possible to backfill the element with bullet-resistant material, for example composite fiber mats (backing) and / or to weld it at least in some areas to the body or body parts and to shape it together (taylored blanks).
  • the thickness of the element preferably starts from 0.5 mm. During mechanical processing, a layer in the order of magnitude of up to 0.25 mm is removed on both sides, so that the decarburized structure is removed down to the basic structure.
  • the element is first rolled from wear-resistant austenitic manganese steel, either during the hot rolling to prevent the formation of a decarburized layer by using protective gas, or after the hot rolling, the decarburized layer is removed until on the basic structure.
  • the removal or prevention of the emergence of the edge decarburized layer thus has a positive effect on the ballistic behavior as well as on the cold formability out. Deformed when hitting a projectile the armor without cracks at this position and thereby increasingly solidified by the occurring strong curing, so that the energy of the projectile (Projectile) is completely absorbed.
  • FIG. 1 schematically shows the cross section of the outer part of a vehicle door, the inner and outer skin 2 of which consists entirely of a hot-rolled, wear-resistant austenitic manganese steel X120Mn12, the thickness of which is, for example, in the range from approximately 2.5 mm to 3.5 mm.
  • the chemical composition (analysis values in percent) is shown in the following overview: C. Si Mn P S Cr 1.10 0.25 11.5 Max. Max. Max. 1.30 0.50 13.5 0.10 0.040 o, 5th
  • the hardness is 210 to 240 HBW (Brinell hardness).
  • the total proportion of carbide-forming elements eg Crom -Cr-
  • This armor reliably keeps not only surface impact loads due to a vehicle crash, but also punctiform impact loads due to shelling of the fire classes FB3 and FB4 according to DIN EN 1522, both in flat and in curved door areas.
  • This type of armor can be implemented very easily, which also results in a high reliability of the fire protection.
  • Several layers of these steels are not shown, which are welded together in some areas and formed together. Their total thickness can in turn be, for example, approximately 2.5 to 3.5 mm. Of course, larger sheet thicknesses of egg sheets or multi-layer sheets are also possible.
  • FIG. 2 A further variant is shown in FIG. 2, in which the body panel 4, approximately 1 mm thick, is reinforced by an internal armor 2.
  • this reinforcement can of course be restricted to particularly vulnerable areas, which can also be strongly shaped.
  • FIG. 3 Another type of reinforcement can be seen in FIG. 3.
  • the outer skin 2 which consists of a hot-rolled, wear-resistant austenitic manganese steel, is fully or partially backed by a fiber material 6, for example a fiber composite material.
  • FIG. 4 A combination in which the body panel 4 is reinforced by armor 2 made of multiphase steel backed with fiber composite material is shown in FIG. 4. Overall, armoring was realized with the invention, which offers a reliable defense against bullets and can be easily reformed desired vehicle contours.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, die unter Verwendung wenigstens eines Elementes aus Stahl die Energie auftreffender Geschosse absorbiert und deren Durchdringung verhindert. Erfindungsgemäß besteht das Element (2) aus warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl, der keine randentkohlte Schicht aufweist und bei Kaltumformung stark aufhärtend ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, mit welcher die Energie auftreffender Geschosse absorbiert und deren Durchdringung verhindert wird.
Es sind zahlreiche Lösungen zur Auskleidung von Fahrzeugen mit beschußsicheren Matten oder der Karosserie nachgebildeten Formteilen aus faserverstärkten Kunststoffen bekannt, die als Panzerungselemente für Sicherheitskraftfahrzeuge Anwendung finden. Um auch hohen Beschußklassen standzuhalten muß die Dicke dieser Elemente jedoch so erhöht werden, daß der Einstieg und der Innenraum des Fahrzeuges unkomfortabel verringert werden. In DE G 92 15 781.5 U1 wird eine Panzerung für Fahrzeuge beschrieben, bei welcher die dem Innenraum des Fahrzeuges zugekehrte Oberfläche mit Panzerplatten aus Panzerstahl ausgekleidet wird. Die Stoßstellen werden mit Gewebematten großflächig übergreifend überdeckt. Die Kontur der Karosserieteile der Fahrzeuge kann mit diesen sehr harten Panzerplatten nicht nachgebildet werden, da diese eine ungenügende Umformbarkeit aufweisen.
Es sind weiterhin warmgewalzte Baustähle aus austenitischen Manganhartstahl bekannt. Der Stahl wird vorwiegend als Schmiede-, Walz- oder Gußteil in der Hartzerkleinerung und im Berg- und Straßenbau für Reißzähne, Mäntel für Walzen- und Kegelbrecher, Schlagleisten für Prellbecher, usw. eingesetzt. Dieser Stahl neigt bei starker Umformung, d.h. bei starken Umformgraden, zu Rißbildung und ist für den Einsatz als Panzerung bisher nicht bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Panzerung für Sicherheitskraftfahrzeuge zu entwickeln, welche der Kontur der Fahrzeugkarosserie vollständig anpaßbar ist, ohne aufwendige Veränderungen der Karosserie in das Fahrzeug eingebaut werden kann und bei relativ geringem Gewicht eine gute Beschußsicherheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst. Als Panzerung wird wenigstens ein Element aus Stahl eingesetzt, welches die Energie auftreffender Geschosse absorbiert und deren Durchdringung verhindert. Erfindungsgemäß besteht das Element aus einem warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl, der keine randentkohlte Schicht aufweist und bei Kaltumformung stark aufhärtend ist.
Das Verhältnis von Kohlenstoff- und Mangangehalt des Stahles liegt in etwa bei 1:10. Diese Eigenschaften werden beispielsweise von dem Stahl X120Mn12 (Nr. 1.340) erfüllt, bei welchem die bei der Warmumformung entstandene randentkohlte Schicht mechanisch, vorzugsweise durch Schleifen unter Kühlung (Temperatur maximal 250°C) entfernt wurde.
Vorteilhaft auf das ballistische Verhalten der Panzerung kann sich dabei auch die Verfestigung der Oberflächenstruktur des Grundgefüges beim Schleifen oder einer der mechanischen Bearbeitung nachgeordneten Bearbeitungsstufe (z.B. Sandstrahlen, der Beschuß mit Stahlkugen -Kugelstrahlen-, Diamantglätten, Kalibrieren oder Walzen mit geringer Zustellung) auswirken.
Das Element kann entweder die Karosserie bilden oder diese verstärken und ein- bzw. mehrlagig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Lagen zumindest bereichsweise miteinander verbunden (z.B.verschweißt) und gemeinsam umgeformt sind.
Es ist auch möglich, das Element mit beschußhemmendem Material, beispielsweise Verbundfasermatten, zu hinterfüttern (backing) und/oder zumindest bereichsweise mit der Karosserie oder Karosserieteilen zu verschweißen und gemeinsam mit diesen umzuformen (taylored blanks). Die Dicke des Elements beginnt vorzugsweise ab 0,5 mm. Bei der mechanischen Bearbeitung wird beidseitig eine Schicht in der Größenordnung bis 0,25 mm abgetragen, so daß das randentkohlte Gefüge bis auf das Grundgefüge entfernt wird. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, erfolgt zuerst das Warmwalzen des Elements aus verschleißfesten austenitischen Manganstahl, wobei entweder während des Warmwalzens die Entstehung einer randentkohlten Schicht durch Einsatz von Schutzgas vermieden wird, oder nach dem Warmwalzen das Abtragen der randentkohlten Schicht bis auf das Grundgefüge erfolgt.
Bei Beschußversuchen wurde überraschender Weise festgestellt, daß sich die ballistischen Eigenschaften des Elements aus einem warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl nach dem Abschleifen wesentlich verbessert haben. Bereits mit einer Blechdicke von 2,5 mm wurde der Beschußklasse B4 standgehalten.
Dabei wurde ursprünglich die mechanische Bearbeitung vorgenommen, um eine gleichmäßige Blechdicke für einen vorgesehenen Umformprozeß zu erzielen.
Als weiterer nicht vorhersehbarer positiver Effekt ist die bessere Kaltumformbarkeit und damit eine gute dreidimensionale Formbarkeit nach dem Entfernen der Randentkohlten Schicht zu verzeichnen. Es sind wesentlich höhere Umformgrade möglich, wobei eine Rißbildung in der Oberfläche, insbesondere bei kleinen Biegeradien, vermieden wird. Dadurch ist die Panzerung nahezu vollständig in der Art eines dreidimensionalen Formteiles an die Kontur der Fahrzeugkarosserie anpaßbar, da auch geringe Radien formbar sind. Die nicht vorhersehbaren hervorragenden ballistischen Eigenschaften ermöglichen die Herstellung einer Panzerung mit nur geringer Blechdicke, wodurch sich aufwendige Veränderungen der Karosserie und der Innenausstattung zum Einbau der Panzerung in das Fahrzeug auf ein Minimum reduzieren oder auch vollständig vermeiden lassen.
Die Entfernung oder das Verhindern der Entstehung der randentkohlten Schicht wirkt sich somit positiv auf das ballistische Verhalten als auch auf die Kaltumformbarkeit aus. Beim Auftreffen eines Geschosses (Projektils) verformt sich die Panzerung ohne Rißbildung an dieser Position und verfestigt sich dabei zunehmend durch die dabei auftretende starke Aushärtung, so daß die Energie des Geschosses (Projektils) vollständig absorbiert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisierte Türausschnitte eines Sicherheitspersonenkraftwagens im Querschnitt, und zwar
Fig. 1:
mit einer die Karosserie bildenden Panzerung,
Fig. 2:
mit einer die Karosserie verstärkenden Panzerung,
Fig. 3:
mit einer die Karosserie bildenden hinterfütterten Panzerung und
Fig. 4:
mit einer die Karosserie verstärkenden hinterfütterten Panzerung.
Fig. 1 zeigt in schematisierter Weise den Querschnitt des äußeren Teils einer Fahrzeugtür, deren Innen- und Außenhaut 2 vollständig aus einem warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl X120Mn12 besteht, dessen Dicke z.B. im Bereich von etwa 2,5 mm bis 3,5 mm liegt. Die chemische Zusammensetzung (Analysewerte in Prozent) ist in der nachfolgenden Übersicht dargestellt:
C Si Mn P S Cr
1,10 0,25 11,5 max. max. max.
1,30 0,50 13,5 0,10 0,040 o,5
Die Härte beträgt 210 bis 240 HBW (Brinellhärte).
Der Anteil der karbidbildenden Elemente (z.B. Crom -Cr-) soll dabei in der Summe unter 5% liegen und es sollen keine zeilenförmigen Ausscheidungen vorhanden sein.
Diese Panzerung hält nicht nur flächenhafte Stoßbelastungen aufgrund eines Fahrzeug-Crashs, sondern auch punktförmige Stoßbelastungen aufgrund von Beschuß der Beschußklassen FB3 und FB4 nach DIN EN 1522 zuverlässig ab, und zwar sowohl in ebenen als auch in gekrümmten Türbereichen. Diese Art von Panzerung läßt sich sehr einfach realisieren, woraus auch eine hohe Zuverlässigkeit der Beschußabwehr resultiert. Nicht dargestellt sind mehrere Lagen dieser Stähle, die bereichsweise miteinander verschweißt und gemeinsam umgeformt sind. Ihre Gesamtdicke kann wiederum beispielsweise bei etwa 2,5 bis 3,5 mm liegen. Selbstverständlich sind auch größere Blechdicken von Eizelblechen oder Mehrlagenblechen möglich.
In Fig. 2 ist eine weitere Variante dargestellt, bei der das Karosserieblech 4 von etwa 1 mm Dicke durch eine innenliegende Panzerung 2 verstärkt ist. Obwohl ausschnittsweise vollflächig dargestellt, kann diese Verstärkung selbstverständlich auf besonders gefährdete Bereiche beschränkt bleiben, die auch stark geformt sein können.
Eine andere Art der Verstärkung ist Fig. 3 zu entnehmen. Hier ist die aus einem warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl bestehende Außenhaut 2 durch ein Fasermaterial 6, beispielsweise ein Faserverbundmaterial, vollflächig oder bereichsweise hinterfüttert.
Eine Kombination, bei der das Karosserieblech 4 durch eine mit Faserverbundmaterial hinterfütterte Panzerung 2 aus Mehrphasenstahl verstärkt ist, zeigt Fig. 4.
Insgesamt wurde mit der Erfindung eine Panzerung realisiert, die eine sichere Beschußabwehr bietet und auf einfache Weise gewünschten Fahrzeugkonturen nachformbar ist.

Claims (15)

  1. Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, die unter Verwendung wenigstens eines Elementes (2) aus Stahl die Energie auftreffender Geschosse absorbiert und deren Durchdringung verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) aus warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl besteht, der keine randentkohlte Schicht aufweist und sich bei Kaltumformung extrem stark verfestigt.
  2. Panzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Verhältnis von Kohlenstoff- und Mangangehalt des Stahles in etwa 1:10 beträgt, der Anteil karbidbildender Elemente in der Summe unter 0,5% liegt und keine zeilenförmigen Ausscheidungen vorhanden sind.
  3. Panzerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) aus einem Stahl X120Mn12 besteht.
  4. Panzerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Warmumformung des Elements (2) entstandene randentkohlte Schicht mechanisch entfernt ist.
  5. Panzerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die randentkohlte Schicht durch spanende Bearbeitung entfernt ist.
  6. Panzerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Entfernung der randentkohlten Schicht unter starker Kühlung erfolgt ist.
  7. Panzerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch bearbeitete Oberfläche des Elements gezielt verfestigt ist.
  8. Panzerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) durch ein dreidimensionales Umformverfahren erzeugt ist.
  9. Panzerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) die Karosserie bildet.
  10. Panzerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) die Karosserie (4) verstärkt.
  11. Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) mehrlagig ausgebildet ist.
  12. Panzerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen zumindest bereichsweise miteinander verbunden und gemeinsam umgeformt sind.
  13. Panzerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen zumindest bereichsweise miteinander verschweißt sind.
  14. Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) mit beschußhemmendem Material (6) hinterfüttert ist.
  15. Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) zumindest bereichsweise mit einem oder mehreren Karosserieteilen (4) verbunden und gemeinsam mit diesen umgeformt ist.
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