EP1990598A2 - Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen Download PDF

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EP1990598A2 EP08008657A EP08008657A EP1990598A2 EP 1990598 A2 EP1990598 A2 EP 1990598A2 EP 08008657 A EP08008657 A EP 08008657A EP 08008657 A EP08008657 A EP 08008657A EP 1990598 A2 EP1990598 A2 EP 1990598A2
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    • F41H5/045—Layered armour containing metal all the layers being metal layers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sandwich structure for use as armor against ballistic projectiles, in particular shaped charges, in which metallic plates or sheets are subjected to a surface treatment and then bonded together by gluing or vulcanization.
  • Another major disadvantage of mechanical pretreatment processes is that a weakening of the component can be caused by incorrect process control (eg too high pressure, too short distance from the blasting material).
  • material is ideally removed, so the sheet becomes thinner.
  • the sheet loses the surface tension and can become wavy very easily.
  • a possible consequence of this is a shortened and / or reduced fatigue strength and fatigue strength of the protective component.
  • This results in a significantly reduced ballistic performance of the protective plates, since the high back pressure during penetration of the shaped charge spike plastically deforms the metal plates and break earlier or tear because of the weakening due to the mechanical pretreatment.
  • the shaped charge spike is subject to a shorter "disruption time", it is not so heavily particulated that the penetration performance is hardly attenuated.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a sandwich structure for use as armor against ballistic projectiles, in particular shaped charges with the features specified in the preamble of claim 1 in such a way that on the Füge tone, ie the plates or sheets, Surface conditions are generated, which provide the conditions for optimal adhesion properties of the adhesive or vulcanization over a longer period of time. It is thus an improvement in the bondability and aging resistance can be achieved, as well as a preservation of the pretreated surfaces, a protection in the adhesive joint before the diffusion of liquids and corrosion protection of the adherend surface.
  • a basic idea of the invention is the use of a chemical surface pretreatment method for the plates or sheets to be joined, in which the adherend surface is not adversely affected and thus the ballistic protective effect is fully retained.
  • the plates or sheets may advantageously be subjected to surface treatment prior to surface treatment, for example by use of a low pressure plasma or corona. They may also be subjected to a surface treatment before physical-chemical surface treatment, for example by ion etching or flaming.
  • the plates or sheets are subjected to a mechanical surface pretreatment, for example for weld preparations, at least in partial areas of their surfaces prior to the surface treatment.
  • the plates or sheets can additionally be galvanized or powder-coated.
  • the plates or sheets can be subjected to a surface treatment with a primer or adhesion promoter or else an elastomeric binder.
  • Surface pretreatment and / or surface treatment and / or surface finishing on the panels or panels may be unilateral or bilateral. Furthermore, it is possible to perform the surface pretreatment and / or the surface treatment and / or the surface post-treatment only in partial areas of the surfaces of the plates or sheets.
  • the plates subjected to the surface treatment or surface pretreatments and / or surface aftertreatments described above are then joined together by gluing or vulcanization to form a sandwich structure which can be used both for protection against shaped charges and, more generally, for protective components in passive, reactive and active protection It can also be used to protect against kinetic energy (kinetic energy) bullets and also for protection against ETC projectiles (electrothermal cannon). It has been found to be particularly advantageous that a sandwich structure composed of plates which have been subjected to a surface treatment according to the inventive method, a better protection against shaped charges, as a sandwich structure in which the plates in the are treated in the usual way. This will be explained in more detail below with reference to an embodiment.
  • Fig. 1 shows in a greatly enlarged sectional view of a metallic plate, or a sheet 1, which is provided on its two surfaces in the usual way with a KTL coating 3, or 3 '. Before applying this coating was the sheet 1 with a Zinkphosphat ist 2, or 2 'provided.
  • the sheet 1 may in principle have a thickness between 0.1 mm and 100 mm, while the thickness of the coating 3, or 3 ', in each case between 1 .mu.m and 120 .mu.m.
  • FIGS. 2A and 2B show in a highly schematic representation of the state of a sandwich structure at or shortly after the impingement of a hollow charge whose direction of flight is denoted by S.
  • the sandwich structure after Fig. 2A consists of a first metal plate 4 and a second metal plate 6, which, before being bonded together by gluing or vulcanization, were subjected to a conventional pretreatment.
  • the adhesive or vulcanization layer is denoted by 5.
  • the sandwich structure Upon impact of the shaped charge, the sandwich structure is penetrated and the two plates 4 and 6 separate from each other in the impact area and from the adhesive or vulcanization layer 5 from. These processes remove some of the energy from the particle beam.
  • Fig. 2B shows a sandwich structure, which is also made up of two metal plates or sheets 4 'and 6', previously the basis of Fig. 1 were subjected to pre-treatment described and then connected to each other by means of the plastic or rubber layer 5 'with each other.
  • Fig. 3A and 3B show in a highly schematic representation of the impact and the passage of the particle beam of a hollow charge through a constructed of several sandwich structures armor element.
  • the figures show the fundamental course of the passage of the particle beam obtained from photographic images.
  • the armor element 7 after Fig. 3A is constructed of sandwich structures 8, which are arranged at predetermined intervals from each other and are composed of metal plates 4 and 6, as they are based on Fig. 2A have been described, which have been subjected to a conventional pretreatment.
  • the armor element 7 'after Fig. 3B consists of several arranged at predetermined intervals sandwich structures 8 ', which are composed of metal plates 4' and 6 'and, as with reference to Fig. 2B portrayed the basis of Fig. 1 have been subjected to described pretreatment.
  • the particle jet 9 penetrates a hollow charge impinging from the direction of flight S significantly deeper into the armor element 7 than is the case with the particle jet 9 'of the armor element 7' impinging on the armor element S.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen. Bei dem Verfahren werden metallische Platten oder Bleche (1) einer Oberflächenbehandlung unterworfen und anschließend durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden. Eine vereinfachte Fertigung und besonders günstige Lagereigenschaften verbunden mit einer besseren ballistischen Wirksamkeit werden erreicht, wenn als Oberflächenbehandlung eine KTL-Beschichtung (3) durchgeführt wird, der eine Zinkphosphatierung (2) vorangehen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen, bei welchem metallische Platten oder Bleche einer Oberflächenbehandlung unterworfen und anschließend durch Verkleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden werden.
  • Es ist bekannt, gegen Bedrohungen, insbesondere gegen Hohlladungsgefechtsköpfe, passive, reaktive und aktive Schutztechnologien zu verwenden. Bei der Anwendung von passiven Schutztechnologien werden größtenteils Beulblech-anordnungen aufgebaut. Hierzu werden in der Regel mehrere, dünne, bruchfeste metallische Platten oder Bleche durch Verkleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden.
  • Zur Behandlung der Platten oder Bleche vor der Verbindung miteinander werden im allgemeinen mechanische Oberflächenbehandlungsverfahren angewandt, die dazu dienen, die Ausbildung von zwischenmolekularen Kräften entweder zu ermöglichen, oder zu verstärken. In Ergänzung zu diesen Vorbehandlungen werden dann Haftvermittler, sogenannte Primer, auf die Fügeteil-oberfläche aufgetragen, die als "chemische Brücke" dienen. Diese Behandlungen müssen in einem möglichst kurzen zeitlichen Abstand durchgeführt werden, um eine erneute Deaktivierung der Oberfläche zu vermeiden. Dies hat natürlich einen erheblichen Nachteil, da es einen ununterbrochenen Prozeß ohne Zwischenlagerung der Fügeteile erfordert, was einen hohen Einsatz von Maschinen und Anlagen mit sich bringt und schnell unwirtschaftlich wird.
  • Ein weiterer großer Nachteil mechanischer Vorbehandlungsverfahren, wie beispielsweise Sandstrahlen oder Schleifen, ist, dass durch falsche Prozeßführung (z. B. zu hoher Druck, zu geringer Abstand vom Strahlgut) eine Schwächung des Bauteils hervorgerufen werden kann. Das heißt, es wird auch im Idealfall Material abgetragen, das Blech wird also dünner. Außerdem verliert das Blech die Oberflächenspannung und kann sehr leicht wellig werden. Eine mögliche Folge daraus ist eine verkürzte und/oder verringerte Dauerfestigkeit und Biegewechselfestigkeit der Schutzkomponente. Hieraus resultiert eine erheblich reduzierte ballistische Leistung der Schutzplatten, da der hohe Staudruck beim Eindringen des Hohlladungsstachels die Metallplatten plastisch verformt und diese wegen der Schwächung durch die mechanische Vorbehandlung früher brechen oder reißen. Dadurch unterliegt der Hohlladungsstachel einer kürzeren "Störzeit", er wird nicht so stark partikuliert, so dass die Penetrationsleistung kaum abgeschwächt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen mit den eingangs und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen so auszugestalten, dass auf den Fügeteilen, also den Platten oder Blechen, Oberflächenzustände erzeugt werden, die die Voraussetzung für optimale Haftungseigenschaften der Kleb- oder Vulkanisationsschicht auch über einen längeren Zeitraum bieten. Es soll somit eine Verbesserung der Klebbarkeit und der Alterungsbeständigkeit erreicht werden, sowie eine Konservierung der vorbehandelten Oberflächen, ein Schutz in der Klebefuge vor dem Eindiffundieren von Flüssigkeiten und ein Korrosionsschutz der Fügeteiloberfläche.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sandwich-Struktur ist Gegenstand von Patentanspruch 12 und besonders vorteilhafte Anwendungsarten dieser Sandwich-Struktur sind in den Ansprüchen 13 und 14 beschrieben.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung besteht in der Anwendung eines chemischen Oberflächenvorbehandlungsverfahrens für die miteinander zu verbindenden Platten oder Bleche, bei denen die Fügeteiloberfläche nicht negativ beeinflußt wird und somit die ballistische Schutzwirkung in vollem Umfang erhalten bleibt.
  • Aufgrund der Erfindung ergeben sich folgende weitere Vorteile:
    • kein Materialverzug durch frei werdende Materialspannungen (Welligkeit),
    • höhere Maßgenauigkeit für die Montage,
    • Verbesserung der Klebbarkeit und Alterungsbeständigkeit,
    • Konservierung vorbehandelter Oberflächen,
    • Schutz in der Klebefuge vor dem Eindiffundieren von Feuchtigkeit,
    • Korrosionsschutz der Fügeteiloberfläche,
    • kein kontinuierlicher Fertigungsprozeß erforderlich,
    • Möglichkeit der zeitlich unbegrenzten Lagerhaltung beziehungsweise der Materialbevorratung,
    • wirtschaftlichere Fertigung,
    • kein abrasiver Materialabtrag beziehungsweise Bauteilschwächung,
    • keine Verringerung der ballistischen Schutzwirkung,
    • Einsatzfähigkeit des Schutzes unter extremen Klimabedingungen.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn vor der als Oberflächenbehandlung durchgeführten KTL-Beschichtung (kataphoretische Tauchlackierung) an der zu behandelnden Oberfläche eine Zinkphosphatierung durchgeführt wird.
  • Die Platten oder Bleche können in vorteilhafter Weise vor der Oberflächenbehandlung einer physikalischen Oberflächenvorbehandlung, beispielsweise durch Anwendung eines Niederdruck-Plasmas oder einer Korona, unterworfen werden. Sie können auch vor der Oberflächenbehandlung einer physikalisch-chemischen Oberflächenvorbehandlung, beispielsweise durch lonenätzen oder Beflammen, unterworfen werden.
  • Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Platten oder Bleche vor der Oberflächenbehandlung mindestens in Teilbereichen ihrer Oberflächen einer mechanischen Oberflächenvorbehandlung, zum Beispiel für Schweißnahtvorbereitungen, unterworfen werden. Um den Korrosionsschutz noch zu erhöhen, können die Platten oder Bleche zusätzlich verzinkt oder pulverbeschichtet werden.
  • Weiterhin können die Platten oder Bleche einer Oberflächennachbehandlung mit einem Primer oder Haftvermittler oder auch einem Elastomer-Bindemittel unterworfen werden.
  • Die Oberflächenvorbehandlung und/oder die Oberflächenbehandlung und/oder die Oberflächennachbehandtung an den Platten oder Blechen können einseitig oder beidseitig durchgeführt werden.
    Weiterhin ist es möglich, die Oberflächenvorbehandlung und/oder die Oberflächenbehandlung und/oder die Oberflächennachbehandlung nur in Teilbereichen der Oberflächen der Platten oder Bleche durchzuführen.
  • Die der oben beschriebenen Oberflächenbehandlung beziehungsweise den Oberflächenvorbehandlungen und/oder Oberflächennachbehandlungen unterworfenen Platten werden dann durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander zu einer Sandwich-Struktur verbunden, die sowohl zum Schutz gegen Hohlladungen, als auch ganz allgemein für Schutzkomponenten im Passiv-, Reaktiv- und Aktivschutz verwendbar ist, sie kann auch zum Schutz gegen KE-Geschosse (kinetic energy) und auch zum Schutz gegen ETC-Geschosse (elektrothermische Kanone) verwendet werden.
    Es hat sich in besonders vorteilhafter Weise gezeigt, dass eine Sandwich-Struktur, die aus Platten aufgebaut ist, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren einer Oberflächenbehandlung unterworfen wurden, einen besseren Schutz gegen Hohlladungen darstellt, als eine Sandwich-Struktur, bei der die Platten in der üblichen Weise behandelt sind. Dies wird weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Im Folgenden werden anhand eines Ausführungsbeispiels das erfindungsgemäße Verfahren sowie die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelten Platten und eine aus diesen Platten aufgebaute Sandwich-Struktur näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    in einem stark vergrößerten Teilschnitt eine einer Oberflächenbehandlung unterworfene Metallplatte;
    Fig. 2 A
    in schematisierter Schnittdarstellung den Zustand einer Sandwich-Struktur aus Platten, die nach dem Stand der Technik vorbehandelt sind, beim Auftreffen einer Hohlladung;
    Fig. 2 B
    in einer Darstellung analog Fig. 2A den Zustand einer Sandwich-Struktur, deren Platten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt sind, beim Auftreffen einer Hohlladung;
    Fig. 3 A
    in einer stark schematisierten Schnittdarstellung ein aus mehreren Sandwich-Strukturen nach Fig. 2A aufgebautes Panzerungselement beim Auftreffen einer Hohlladung;
    Fig. 3 B
    in einer Darstellung analog Fig. 3A ein aus mehreren Sandwich-Strukturen gem. Fig. 2B aufgebautes Panzerungselement beim Auftreffen einer Hohlladung.
  • Fig. 1 zeigt in einer stark vergrößerten Schnittdarstellung eine metallische Platte, beziehungsweise ein Blech 1, das an seinen beiden Oberflächen in üblicher Weise mit einer KTL-Beschichtung 3, beziehungsweise 3', versehen ist. Vor dem Aufbringen dieser Beschichtung wurde das Blech 1 mit einer Zinkphosphatierung 2, beziehungsweise 2', versehen.
  • Das Blech 1 kann grundsätzlich eine Dicke zwischen 0,1 mm und 100 mm aufweisen, während die Dicke der Beschichtung 3, beziehungsweise 3', jeweils zwischen 1 µm und 120 µm liegen kann.
  • Die Figuren 2A und 2B zeigen in einer stark schematisierten Darstellung den Zustand einer Sandwich-Struktur bei oder kurz nach dem Auftreffen einer Hohlladung, deren Flugrichtung mit S bezeichnet ist. Die Sandwich-Struktur nach Fig. 2A besteht aus einer ersten Metallplatte 4 und einer zweiten Metallplatte 6, die, bevor sie durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden wurden, einer üblichen Vorbehandlung unterworfen wurden. Die Klebe- oder Vulkanisierungsschicht ist mit 5 bezeichnet. Beim Auftreffen der Hohlladung wird die Sandwich-Struktur durchschlagen und die beiden Platten 4 und 6 lösen sich im Einschlagbereich voneinander und von der Klebe- oder Vulkanisierungsschicht 5 ab. Durch diese Vorgänge wird dem Partikelstrahl ein Teil seiner Energie entzogen.
  • Fig. 2B zeigt eine Sandwich-Struktur, die ebenfalls aus zwei metallischen Platten oder Blechen 4' und 6' aufgebaut ist, die vorher der anhand von Fig. 1 erläuterten Vorbehandlung unterworfen wurden und dann miteinander mittels der Kunststoff- oder Gummischicht 5' miteinander verbunden wurden.
  • Versuche und entsprechende fotografische Aufnahmen haben gezeigt, dass in diesem Fall einerseits die Platten 4' und 6' etwas verzögert voneinander abheben, die Zwischenschicht 5' dagegen sich rascher ablöst und Teile des Materials 5.1' der Zwischenschicht 5' in den Partikelstrahl der Hohlladung eingespült werden. Dies führt zu einer erheblich stärkeren Störung dieses Partikelstrahls und somit zu einer erhöhten Wirksamkeit der Sandwich-Struktur.
  • Der Unterschied in der Störung des Partikelstrahls einer Hohlladung in Abhängigkeit von der Vorbehandlung der Metallplatten der Sandwich-Struktur ist aus den Fig. 3A und 3B zu erkennen, die in stark schematisierter Darstellung das Auftreffen und den Durchgang des Partikelstrahls einer Hohlladung durch ein aus mehreren Sandwich-Strukturen aufgebautes Panzerungselement zeigen. Die Figuren zeigen den aus fotografischen Aufnahmen gewonnenen, grundsätzlichen Verlauf des Durchgangs des Partikelstrahls.
  • Das Panzerungselement 7 nach Fig. 3A ist aus Sandwich-Strukturen 8 aufgebaut, die in vorgegebenen Abständen voneinander angeordnet sind und aus Metallplatten 4 und 6 aufgebaut sind, wie sie anhand von Fig. 2A geschildert sind, die einer üblichen Vorbehandlung unterworfen worden sind.
  • Das Panzerungselement 7' nach Fig. 3B besteht aus mehreren in vorgegebenen Abständen angeordneten Sandwich-Strukturen 8', die aus Metallplatten 4' und 6' aufgebaut sind und, wie anhand von Fig. 2B geschildert, der anhand von Fig. 1 erläuterten Vorbehandlung unterworfen worden sind.
  • Es ist zu erkennen, dass der Partikelstrahl 9 einer aus Flugrichtung S auftreffenden Hohlladung deutlich tiefer in das Panzerungselement 7 eindringt, als dies bei dem Partikelstrahl 9' der auf das Panzerungselement 7' in Flugrichtung S auftreffenden Hohlladung der Fall ist.
  • Es ergibt sich somit, dass zu den Vorteilen der vereinfachten Herstellung und den günstigen Eigenschaften bei der Lagerhaltung eine bessere ballistische Wirksamkeit der Sandwich-Struktur erreicht wird, wenn die Platten vor dem Verkleben oder Vulkanisieren der weiter oben erwähnten Vorbehandlung unterworfen wurden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen, bei welchem metallische Platten oder Bleche einer Oberflächenbehandlung unterworfen und anschließend durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Oberflächenbehandlung eine KTL-Beschichtung durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der KTL-Beschichtung eine Zinkphosphatierung durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche vor der Oberflächenbehandlung einer physikalischen Oberflächenvorbehandlung unterworfen werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche vor der Oberflächenbehandlung einer physikalisch-chemischen Oberflächenvorbehandlung unterworfen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche vor der Oberflächenbehandlung mindestens in Teilbereichen ihrer Oberflächen einer mechanischen Oberflächenvorbehandlung unterworfen werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche zusätzlich verzinkt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche zusätzlich pulverbeschichtet werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche einer Oberflächennachbehandlung mit einem Primer oder Haftvermittler unterworfen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche einer Oberflächennachbehandlung mit einem Elast omer-Bindemittel unterworfen werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenvorbehandlung und/oder die Oberflächenbehandlung und/oder die Oberflächennachbehandlung an den Platten oder Blechen beidseitig durchgeführt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung und/oder die Oberflächenvorbehandlung und/oder die Oberflächennachbehandlung nur in Teilbereichen der Oberfläche der Platten oder Bleche durchgeführt werden.
  12. Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen bestehend aus metallischen Platten oder Blechen (1, 1'), die durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche (1, 1') vor dem Kleben oder Vulkanisieren einer Oberflächenbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 unterworfen worden sind.
  13. Sandwich-Struktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Schutz gegen KE-Geschosse verwendet wird.
  14. Sandwich-Struktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Schutz gegen ETC-Geschosse verwendet wird.
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