EP2053339A2 - Flächiges Verbundpanzerungselement - Google Patents

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EP2053339A2
EP2053339A2 EP08018139A EP08018139A EP2053339A2 EP 2053339 A2 EP2053339 A2 EP 2053339A2 EP 08018139 A EP08018139 A EP 08018139A EP 08018139 A EP08018139 A EP 08018139A EP 2053339 A2 EP2053339 A2 EP 2053339A2
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EP
European Patent Office
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composite armor
armor element
active
bodies
composite
Prior art date
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EP08018139A
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English (en)
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EP2053339A3 (de
EP2053339B1 (de
Inventor
Norbert Keil
Jürgen Weber
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Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Original Assignee
Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2053339A3 publication Critical patent/EP2053339A3/de
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    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0492—Layered armour containing hard elements, e.g. plates, spheres, rods, separated from each other, the elements being connected to a further flexible layer or being embedded in a plastics or an elastomer matrix

Definitions

  • the invention relates to a planar composite armor element, in particular for ballistic armoring of vehicles and buildings or other objects, with the features of the preamble of patent claim 1, a method for producing such a composite armor element and a vehicle with a surface to be protected, protected with a composite armor element is.
  • Composite armor elements such as composite armor plates, which consist of a composite of several materials are known per se. Often composite armor plates are constructed such that between two flat, parallel, rigid plate elements high-strength filling elements are introduced, which are then encapsulated with a pourable mass.
  • the DE 1 578 324 A1 describes such a rigid composite armor plate, being used as filling elements balls or cylinders made of a hard ceramic material.
  • the cylinders are arranged in rows in the plate in several discontinuous layers or layers, ie their longitudinal axes are substantially parallel to the plane of the plate and parallel to each other.
  • the cylinders are further spaced apart using a plurality of sheets of spacer material such that each layer of spacer material is alternately wound over and under the cylinders in their respective locations.
  • the DE 10 2005 050 981 A1 describes a planar composite armor plate for projectile protection, which comprises at least one layer of high-hardness rod-shaped elements arranged in rows next to each other in the plate such that their longitudinal axes are substantially parallel to the plane of the plate and parallel to each other, one row at least two in Axial direction one behind the other, rod-shaped elements, and wherein the joints between the rod-shaped elements within a row with respect to the joints of at least one adjacent row are arranged offset in the axial direction.
  • a composite armor plate for protection from projectiles which contains at least one layer of active bodies, which are arranged in rows next to each other in the plate and which are embedded in a matrix material, wherein the active bodies of a row are at least partially connected by webs fixedly connected to each other.
  • the basic idea described in the application is to connect the active bodies with, in particular, short and narrow webs to form longer rows and thus to create easily producible active-body chains. These are easier to handle in the context of the production of composite armor plate, as much fewer steps are necessary by reducing the number of parts.
  • no shock-absorbing materials need to be introduced between the active body, since the webs ensure a minimum gap between the active bodies and thus a shock absorption by means of the webs or the matrix material in the gaps between the active bodies.
  • Composite armor elements are often applied later as additional armor to existing armor such as a combat vehicle to give the object to be protected increased security against attacks.
  • a disadvantage of the known composite armor elements, which, viewed over the surface, have a constant protective effect resulting from a homogeneous structure is that vehicle-specific conditions can only be taken insufficiently into account.
  • the area to be protected may have ballistically weaker or stronger areas.
  • a ballistically weaker area can be, for example occur in the area of a weld.
  • a ballistically stronger area can result, for example, from the fact that in this area already an increased protective effect by a sheet metal doubling o. ⁇ . is present.
  • the protective effect of the composite armor element is adapted to the conditions prevailing in the object to be protected. This is achieved in that the planar composite armor element at least one contiguous, extending over the entire thickness d of the composite armor element partial section, in which there is at least one complete active body, in which the cumulative mass of the active body located in the partial section against the cumulative mass of the active body, which is located in a Whole thickness d of the composite armor element extending reference partial section of the same extent in the direction of the length and width are changed, so that in the partial section results in a modified protective effect, with edge regions of the composite armor element disregarded.
  • the ratio of the cumulative mass of the active body located in the partial section to the mass of the matrix material in the partial section is changed.
  • the cumulative mass results from the addition of the individual masses of the active bodies, which are located in the partial section.
  • At least one complete active body is arranged in the reference partial cutout.
  • the composite armor element can thus also protect large, non-uniform surfaces, so that the number of required composite armor elements arranged on an object to be protected can be kept low. In addition, no complex mixing of different protection concepts is necessary.
  • the expansion in length and width of the partial section is just as limited as the number of partial sections. However, so that a significant change in the protective effect occurs, the partial section should have at least one surface in length and width of 5 cm 2 .
  • a change in the active body volume can be realized in various ways. Manufacturing-technically advantageous embodiments can be achieved in that the height of the active body or the number of active body is changed in the partial section.
  • the height of at least one active body is changed relative to the height of an active body located outside the partial section, wherein the height of the active body in the partial section does not have to be constant.
  • the change is designed according to the local protection needs of the surface to be protected, the changes in height may be in the range of 1% to 500%, with the range of 50% to 200% in particular proving favorable.
  • a change in the number of active bodies in a partial cutout can be achieved, in particular, in that there is an altered number of layers of active bodies in the partial cutout.
  • the composite armor element on at least two layers, in which case the lower layer is completely occupied and at least one overlying layer in the region of the partial section incomplete.
  • the number of superimposed active body is reduced in the partial section.
  • an additional layer can be introduced.
  • the composite armor element preferably has a flat surface on the side facing the threat.
  • the invention also allows an optically uniform image of the protective elements used to be achieved with a high degree of protection.
  • the active bodies of a series are at least partially connected by webs chain-like or matrix-shaped firmly together.
  • Such an advantageous embodiment of the active body is in the aforementioned German patent application DE 10 2006 053 047 A1 described. All embodiments and combinations of the composite armor plate described there with the corresponding advantages can also be advantageously used in the present invention, so that these embodiments are hereby fully incorporated, in particular the design of the geometry and size of the individual active body, the configuration of the webs of the active body chains, or WirkMechmatrizen, the configuration of the end faces of the active body, the materials used of the active body and the matrix material, the measures for Shock damping, the arrangement of the active body to each other and the structure of the composite armor plate.
  • An advantageous manufacturing method is also in the EP 1 959 223 A2 described, the content of which is hereby fully incorporated into the present application.
  • a polymeric matrix material is used.
  • At least one additional filler in particular of a metallic or non-metallic solid, is added to the matrix material.
  • the partial cutouts are filled in which the cumulative mass, in particular the height, of the active body is reduced.
  • the filler can reduce the weight of the matrix material. For this reason, the filler preferably has a density of less than 3 g / cm 3 , since it is thus lighter than common matrix materials.
  • a weight reduction can also be achieved in that the filler is foamy (eg polyurethane foam), honeycomb (eg plastic honeycomb), powdered (eg glass microspheres, hollow glass microspheres or chalk powder) or fibrous (eg short fibers of glass, carbon or aramid), where he may also be liquid or gaseous.
  • foamy eg polyurethane foam
  • honeycomb eg plastic honeycomb
  • powdered eg glass microspheres, hollow glass microspheres or chalk powder
  • fibrous eg short fibers of glass, carbon or aramid
  • softer active bodies of any geometry for example, in a partial cutout instead of high-hardness active bodies, e.g. made of plastic, to be used.
  • high-hardness active bodies e.g. made of plastic
  • the invention also includes a vehicle, in particular a combat vehicle, with a surface to be protected, which has at least one ballistically weaker or stronger area, wherein on the surface to be protected for protection a composite armor element according to the invention is arranged, wherein the partial cutout, in which the cumulative mass the active body located in the partial section is enlarged or reduced, protects the ballistically weaker or stronger area.
  • vehicle-specific conditions in the individual composite armor elements can be taken into account. In this case, for example, vehicle components such as fuse and control boxes, panels etc. in the protection conception with their ballistic performance are taken into account.
  • armor ballistic weak points such as welds stronger and to provide already well protected areas with a weaker protection.
  • a method according to the invention for producing a composite armor element provides that during manufacture the area to be protected by the composite armor element is taken into account such that the active bodies are introduced into the composite armor element such that in the partial section of the composite armor element that has a ballistically weaker or stronger area Protected to protect surface, the cumulative mass of the active body located in the partial section is increased or decreased.
  • a composite armor plate is shown as a planar composite armor element 10 of length l, width b and the constant thickness over the length and width d.
  • the composite armor element 10 is a layer of several, arranged in rows one behind the other active bodies 11, wherein the active body 11 are joined together via webs 16 to integrally produced chains of active bodies.
  • active body 11b are arranged, which have a height h2.
  • the active bodies 11 are embedded in a polymeric matrix material 12, which is enriched with additional fillers.
  • the composite armor element 10 is arranged as an auxiliary armor plate on a surface 13 to be protected of a combat vehicle, not shown.
  • the surface 13 is composed of two welded together elements of armor steel, whereby the weld 14, a ballistically weak point is formed.
  • the composite armor element 10 has an increased protective effect in this area. This is achieved in that in the Part cutout T1, which extends over the entire thickness d of the planar composite armor element 10, the active body 11a have a height h1 which is greater than the height h2 of the active body in the likewise over the entire thickness d extending reference partial section T2, which also the same extent in length and width as the partial section T1.
  • the cumulative mass which results from the masses of the individual active bodies 11a located in the partial section T1, changes the active body 11a in the partial section T1 relative to the cumulative mass of the active bodies 11b, which are located in the reference partial area T2 , so that there is an altered protective effect.
  • the surface 13 is reinforced by an additional armor plate 15, so that this area is ballistically stronger. For this reason, only a lower protective effect of the composite armor element 10 is necessary at this point, which therefore includes in the partial section T3 active body 11c having an approximately half the height h3 as the active body 11b with the height h2 from the reference portion T2.
  • the Fig. 3 shows in a sectional view a second inventive embodiment of a planar composite armor element 20 with a thickness d, which is on one of two welded armor plates assembled to be protected surface 23 of a vehicle not shown is applied.
  • the composite armor element 20 has a plurality of layers of offset one above the other arranged active bodies 21 of the height h, which are connected within a layer via webs 26 to chains of active substance.
  • the composite armor element 20 has a partial cutout T4 extending over the thickness d, in which an additional, third layer of active bodies 21 is arranged, so that an increased protective effect results.
  • the cumulative mass of the active body 21 arranged in the partial section T4 is changed relative to the mass of the active body 21 arranged in a reference partial section T5 of the same extension extending in the length and width direction over the entire thickness d, wherein the mass , the volume and the material of each individual active body 21 is unchanged.
  • the active bodies 21 are first lined up and potted with a matrix material.
  • the composite armor element 20 should have a flat end surface 27, cavities are formed.
  • cavities are filled with a particularly light matrix material which has been enriched by fillers with a low density, so that the total weight is reduced.
  • the fillers are added to the mostly 2-component matrix material after mixing as a third component. This avoids
  • Misch ensure and produces a uniformly filled with permeable, homogeneous matrix material.
  • the active body in a partial area, which covers a ballistically thicker area, made of plastic.

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Abstract

Ein flächiges Verbundpanzerungselement (10) zum Schutz vor Geschossen, welches mindestens eine Lage aus Wirkkörpern (11) enthält, die in Reihen nebeneinander in dem Verbundpanzerungselement (10) angeordnet sind und die in ein Matrixmaterial (12) eingebettet sind, wobei es mindestens einen zusammenhängenden, sich über die gesamte Dicke d des Verbundpanzerungselements (10) erstreckenden Teilausschnitt (T1, T3), in dem sich mindestens ein vollständiger Wirkkörper (11) befindet, aufweist, in dem die kumulierte Masse der sich in dem Teilausschnitt (T1, T3) befindenden Wirkkörper (11) gegenüber einem sich über die gesamte Dicke d des Verbundpanzerungselements (10) erstreckenden Referenz-Teilausschnitt (T2) der gleichen Ausdehnung in Richtung der Länge und Breite verändert ist, so dass sich in dem Teilausschnitt (T1, T3) eine veränderte Schutzwirkung ergibt. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundpanzerungselements (10) sowie ein Fahrzeug mit einer zu schützenden Fläche (13), die mit einem Verbundpanzerungselement (10) geschützt ist, beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein flächiges Verbundpanzerungselement, insbesondere zur ballistischen Panzerung von Fahrzeugen und Gebäuden oder sonstigen Objekten, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundpanzerungselements sowie ein Fahrzeug mit einer zu schützenden Fläche, die mit einem Verbundpanzerungselement geschützt ist.
  • Verbundpanzerungselemente, wie beispielsweise Verbundpanzerplatten, die aus einem Verbund mehrerer Materialien bestehen, sind an sich bekannt. Häufig sind Verbundpanzerplatten derart aufgebaut, dass zwischen zwei ebenen, parallelen, starren Plattenelementen hochharte Füllelemente eingebracht werden, welche anschließend mit einer gießfähigen Masse umgossen werden.
  • Die DE 1 578 324 A1 beschreibt eine solche starre Verbundpanzerplatte, wobei als Füllelemente Kugeln oder Zylinder aus einem harten keramischen Material verwendet werden. Die Zylinder werden in Reihen in der Platte in mehreren unterbrochenen Schichten oder Lagen angeordnet, d.h. ihre Längsachsen liegen im Wesentlichen parallel zur Plattenebene und parallel zueinander. Die Zylinder sind ferner in einem Abstand voneinander angeordnet, wobei mehrere Lagen aus einem Abstandsmaterial derart verwendet werden, dass jede Schicht aus Abstandsmaterial wechselweise über bzw. unter die Zylinder in ihrer betreffenden Lage gewickelt ist.
  • Diese Anordnung der Füllelemente hat allerdings den Nachteil, dass besonders bei modernen, hochharten Geschosskernen, insbesondere bei vielen Treffern mit geringem Abstand (sog. "Mulit-Hit"), ein vorgezogener Bruch auftreten kann, so dass Durchschüsse auftreten können.
  • Die DE 10 2005 050 981 A1 beschreibt eine ebene Verbundpanzerplatte zum Schutz vor Geschossen, welche mindestens eine Lage aus hochharten, stabförmigen Elementen enthält, die in Reihen nebeneinander in der Platte derart angeordnet sind, dass ihre Längsachsen im Wesentlichen parallel zur Plattenebene und parallel zueinander liegen, wobei eine Reihe zumindest zwei in axialer Richtung hintereinander liegende, stabförmige Elemente aufweist, und wobei die Fugen zwischen den stabförmigen Elementen innerhalb einer Reihe bezüglich der Fugen zumindest einer benachbarten Reihe in axialer Richtung versetzt angeordnet sind. In einer besonderen Ausgestaltung weist die Mehrzahl der stabförmigen Elemente zur Schockdämpfung an einem Ende konvex gewölbte oder kegelförmig nach außen gerichtete Stirnflächen und am anderen, gegenüberliegenden Ende entsprechend konkav bzw. kegelförmig nach innen gerichtete Stirnflächen auf, so dass ein Ineinandergreifen der stabförmigen Elemente erreicht wird.
  • In der DE 10 2006 053 047 A1 wird eine Verbundpanzerplatte zum Schutz vor Geschossen offenbart, welche mindestens eine Lage aus Wirkkörpern enthält, die in Reihen nebeneinander in der Platte angeordnet sind und die in ein Matrixmaterial eingebettet sind, wobei die Wirkkörper einer Reihe zumindest teilweise durch Stege kettenförmig fest miteinander verbunden sind. Der in der Anmeldung beschriebene Grundgedanke ist, die Wirkkörper mit insbesondere kurzen und schmalen Stegen zu längeren Reihen zu verbinden und somit einfach herstellbare Wirkkörperketten zu schaffen. Diese sind im Rahmen der Herstellung der Verbundpanzerplatte einfacher zu handhaben, da durch die Reduzierung der Teileanzahl wesentlich weniger Arbeitsschritte notwendig sind. Zudem brauchen keine schockdämpfenden Materialien mehr zwischen die Wirkkörper eingebracht zu werden, da die Stege einen Minimalspalt zwischen den Wirkkörpern sicherstellen und damit eine Schockdämpfung mittels der Stege bzw. dem Matrixmaterial in den Spalten zwischen den Wirkkörpern erfolgt.
  • Verbundpanzerungselemente werden häufig nachträglich als Zusatzpanzerung auf bereits bestehende Panzerungen beispielsweise eines Kampffahrzeugs aufgebracht, um dem zu schützenden Objekt eine erhöhte Sicherheit gegen Angriffe zu geben.
  • Nachteilig an den bekannten Verbundpanzerungselementen, die, über die Fläche gesehen, eine aus einem homogenen Aufbau resultierende konstante Schutzwirkung aufweisen, ist, dass fahrzeugspezifische Gegebenheiten nur unzureichend berücksichtigt werden können. So kann die zu schützende Fläche ballistisch schwächere oder stärkere Bereiche aufweisen. Ein ballistisch schwächerer Bereich kann beispielsweise im Bereich einer Schweißnaht auftreten. Ein ballistisch stärkerer Bereich kann beispielsweise daraus resultieren, dass in diesem Bereich bereits eine erhöhte Schutzwirkung durch eine Blechdoppelung o.Ä. vorliegt.
  • Damit keine ballistischen "Löcher" entstehen, wurden bislang die Verbundpanzerungselemente auf die schwächste Stelle in den einzelnen Bedrohungsflächen ausgelegt, wodurch sie an anderen Bereichen überdimensioniert waren, woraus ein unnötig erhöhtes Gesamtgewicht resultierte. Eine weitere Möglichkeit bestand darin, die Anzahl der Verbundpanzerungselemente auf Grund des unterschiedlichen Schutzbedarfs individuell zu erhöhen. Durch diese Erhöhung entsteht jedoch eine zerklüftete Oberfläche mit vielen ballistisch und optisch ungünstigen Kanten und Rändern. Ferner wurden Mischungen aus verschiedenen, bekannten Schutzkonzepten wie die Mischung von Metallpanzerplatten mit Verbundpanzerplatten eingesetzt, wobei bei ebenfalls erhöhtem Gewicht ein größerer logistischer und fertigungstechnischer Aufwand notwendig ist.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, für ein zu schützendes Objekt einen Schutz mit einer hohen Schutzwirkung bei geringem Gewicht zu erzielen.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 sowie mit den Merkmalen der Patentansprüche 13 und 14. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil der abhängigen Ansprüche.
  • Es ist ein Grundgedanke der Erfindung, dass die Schutzwirkung des Verbundpanzerungselements an die bei dem zu schützenden Objekt vorliegenden Gegebenheiten angepasst ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das flächige Verbundpanzerungselement mindestens einen zusammenhängenden, sich über die gesamte Dicke d des Verbundpanzerungselements erstreckenden Teilausschnitt, in dem sich mindestens ein vollständiger Wirkkörper befindet, aufweist, in dem die kumulierte Masse der sich in dem Teilausschnitt befindenden Wirkkörper gegenüber der kumulierten Masse der Wirkkörper, die sich in einem sich über die gesamte Dicke d des Verbundpanzerungselements erstreckenden Referenz-Teilausschnitt der gleichen Ausdehnung in Richtung der Länge und Breite befinden, verändert ist, so dass sich in dem Teilausschnitt eine veränderte Schutzwirkung ergibt, wobei Randbereiche des Verbundpanzerungselements unberücksichtigt bleiben. Insbesondere ist in dem Teilausschnitt das Verhältnis der kumulierten Masse der sich in dem Teilausschnitt befindenden Wirkkörper zur Masse des Matrixmaterials in dem Teilausschnitt verändert. Die kumulierte Masse ergibt sich aus der Addition der einzelnen Massen der Wirkkörper, die sich in dem Teilausschnitt befinden. In dem Referenz-Teilausschnitt ist mindestens ein vollständiger Wirkkörper angeordnet.
  • Es besteht somit die Möglichkeit, über die gesamte zu schützende Fläche eine gleich bleibend hohe Schutzwirkung bei geringem Gesamtgewicht zu erzeugen. Das Verbundpanzerungselement kann folglich auch große, uneinheitliche Flächen schützen, so dass die Anzahl der an einem zu schützenden Objekt angeordneten benötigten Verbundpanzerungselemente gering gehalten werden kann. Zudem ist keine aufwändige Mischfertigung verschiedener Schutzkonzepte notwendig.
  • Die Ausdehnung in Länge und Breite des Teilausschnitts ist ebenso wenig begrenzt wie die Anzahl der Teilausschnitte. Damit jedoch eine nennenswerte Veränderung der Schutzwirkung eintritt, sollte der Teilausschnitt mindestens eines Fläche in Länge und Breite von 5 cm2 aufweisen.
  • Eine Veränderung des Wirkkörpervolumens kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Fertigungstechnisch vorteilhafte Ausführungen können dadurch erreicht werden, dass die Höhe der Wirkkörper oder die Anzahl der Wirkkörper in dem Teilausschnitt verändert wird.
  • Weitere Möglichkeiten bestehen darin, in dem Teilausschnitt Wirkkörper eines anderen Materials mit einer veränderten Dichte oder Härte einzubringen oder die Packungsdichte der Wirkkörper zu erhöhen. Besonders vorteilhaft erweist sich die Erhöhung der Härte der Wirkkörper. Es ist auch möglich, einen einzelnen Wirkkörper aus zwei oder mehr Materialien herzustellen.
  • Die genannten Maßnahmen können auch kombiniert eingesetzt werden.
  • Bevorzugt ist in dem Teilausschnitt die Höhe mindestens eines Wirkkörpers gegenüber der Höhe eines sich außerhalb des Teilausschnitts befindenden Wirkkörpers verändert, wobei die Höhe der Wirkkörper in dem Teilausschnitt nicht konstant sein muss. Die Veränderung ist entsprechend dem lokalen Schutzbedarf der zu schützenden Fläche ausgestaltet, wobei die Veränderungen in der Höhe in dem Bereich von 1 % bis 500 % liegen können, wobei sich insbesondere der Bereich von 50 % bis 200 % als günstig erwiesen hat.
  • Eine Veränderung der Anzahl der Wirkkörper in einem Teilausschnitt kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass in dem Teilausschnitt eine veränderte Anzahl an Lagen von Wirkkörpern vorliegt. Vorzugsweise weist das Verbundpanzerungselement mindestens zwei Lagen auf, wobei dann die untere Lage vollständig und mindestens eine darüber liegende Lage im Bereich des Teilausschnitts unvollständig besetzt ist. Somit ist in dem Teilausschnitt die Anzahl der übereinander liegenden Wirkkörper verringert. Analog hierzu kann zur lokalen Erhöhung der Schutzwirkung in dem Teilausschnitt eine zusätzliche Lage eingebracht werden.
  • Bevorzugt weist das Verbundpanzerungselement auf der der Bedrohung zugewandten Seite ein ebene Fläche auf. Durch die Erfindung kann zudem ein optisch einheitliches Bild der verwendeten Schutzelemente bei hohem Schutzdeckungsgrad erreicht werden.
  • Es sind vielfältige Ausgestaltungen hinsichtlich des Aufbaus des Verbundpanzerungselements und der einzelnen Wirkkörper möglich. In der bereits genannten DE 10 2005 050 981 A1 sowie in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 019 392.2 sowie in der europäischen Patentanmeldung Nr. 08 007 562.5 ( EP 198 59 61 ) werden vorteilhafte Ausgestaltungen von Verbundpanzerungselementen beschrieben, die auch in vorteilhafter Weise bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, so dass diese Ausführungsformen und Kombinationen hiervon mit den entsprechenden Vorteilen hiermit vollumfänglich einbezogen werden, insbesondere die Ausgestaltung der stabförmigen Geometrie und Größe der einzelnen Wirkkörper, die Ausgestaltung der Stirnflächen der Wirkkörper, die verwendeten Materialien der Wirkkörper und des Matrixmaterials, der Maßnahmen zur Schockdämpfung, die Anordnung der Wirkkörper zueinander und der Aufbau der Verbundpanzerplatte.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Wirkkörper einer Reihe zumindest teilweise durch Stege kettenförmig oder matrizenförmig miteinander fest verbunden. Eine solche vorteilhafte Ausgestaltung der Wirkkörper wird in der bereits genannten deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 053 047 A1 beschrieben. Sämtliche Ausführungsformen und Kombinationen der dort beschriebenen Verbundpanzerplatte mit den entsprechenden Vorteilen können auch in vorteilhafter Weise bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden, so dass diese Ausführungsformen hiermit vollumfänglich einbezogen werden, insbesondere die Ausgestaltung der Geometrie und Größe der einzelnen Wirkkörper, die Ausgestaltung der Stege der Wirkkörperketten, bzw. Wirkkörpermatrizen, die Ausgestaltung der Stirnflächen der Wirkkörper, die verwendeten Materialien der Wirkkörper und des Matrixmaterials, die Maßnahmen zur Schockdämpfung, der Anordnung der Wirkkörper zueinander und der Aufbau der Verbundpanzerplatte. Ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren wird zudem in der EP 1 959 223 A2 beschrieben, deren Inhalt hiermit vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
  • Bevorzugt wird ein polymeres Matrixmaterial verwendet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist dem Matrixmaterial mindestens ein zusätzlicher Füllstoff, insbesondere aus einem metallischen oder nicht metallischen Feststoff, beigegeben. Bevorzugt werden hiermit die Teilausschnitte ausgefüllt, in denen die kumulierte Masse, insbesondere die Höhe, der Wirkkörper verringert ist. Durch den Füllstoff kann das Gewicht des Matrixmaterials verringert werden. Bevorzugt weist der Füllstoff aus diesem Grund eine Dichte von weniger als 3 g/cm3 auf, da er somit leichter als gängige Matrixmaterialien ist.
  • Eine Gewichtsreduzierung kann zudem dadurch erreicht werden, dass der Füllstoff schaumförmig (z.B. Polyurethanschaum), wabenförmig (z.B. Kunststoff-Honeycomb), pulverförmig (z.B. Mikroglaskugeln, Mikrohohlglaskugeln oder Kreidepulver) oder faserförmig (z.B. Kurzfasern aus Glas, Kohlenstoff oder Aramid) ist, wobei er auch flüssig oder gasförmig sein kann.
  • Um eine mechanische Bearbeitung des Verbundpanzerungselements zu ermöglichen, können in einem Teilausschnitt anstelle von hochharten Wirkkörpern auch weichere Wirkkörper beliebiger Geometrie, z.B. aus Kunststoff, verwendet werden. Somit ist es später beispielsweise möglich, Bohrungen durch das Panzerungselement zu bringen.
  • Die Erfindung umfasst zudem ein Fahrzeug, insbesondere ein Kampffahrzeug, mit einer zu schützenden Fläche, die mindestens einen ballistisch schwächeren oder stärkeren Bereich aufweist, wobei an der zu schützenden Fläche zum Schutz ein erfindungsgemäßes Verbundpanzerungselement angeordnet ist, wobei der Teilausschnitt, in dem die kumulierte Masse der sich in dem Teilausschnitt befindenden Wirkkörper vergrößert bzw. verkleinert ist, den ballistisch schwächeren bzw. stärkeren Bereich schützt. Auf Grund der lokal variierbaren Schutzwirkung können fahrzeugspezifische Gegebenheiten in den einzelnen Verbundpanzerungselementen berücksichtigt werden. Hierbei können beispielsweise Fahrzeugkomponenten wie Sicherungs- und Schaltkästen, Verkleidungen etc. in der Schutzkonzeption mit ihrer ballistischen Leistung berücksichtigt werden. Je nach Gegebenheit besteht somit die Möglichkeit, ballistische Schwachstellen wie Schweißnähte stärker zu panzern und bereits gut geschützte Stellen mit einem schwächeren Schutz zu versehen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Verbundpanzerungselements sieht vor, dass bei der Herstellung die mit dem Verbundpanzerungselement zu schützende Fläche derart berücksichtigt wird, dass die Wirkkörper derart in das Verbundpanzerungselement eingebracht werden, dass in dem Teilausschnitt des Verbundpanzerungselements, der einen ballistisch schwächeren oder stärkeren Bereich der zu schützenden Fläche schützt, die kumulierte Masse der sich in dem Teilausschnitt befindenden Wirkkörper vergrößert bzw. verkleinert wird.
  • Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren 1 und 3 beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Verbundpanzerungselement mit höhenangepassten Wirkkörpern in einer Schnittansicht;
    Fig. 2
    das Verbundpanzerungselement nach Fig. 1 in der Draufsicht und
    Fig. 3
    ein Verbundpanzerungselement mit mehreren Lagen von Wirkkörpern in einer Schnittansicht.
  • In den Fig. 1 und Fig. 2 ist eine Verbundpanzerplatte als flächiges Verbundpanzerungselement 10 der Länge l, Breite b und der über die Länge und Breite konstanten Dicke d dargestellt. In dem Verbundpanzerungselement 10 ist eine Lage von mehreren, in Reihen hintereinander liegenden Wirkkörpern 11 angeordnet, wobei die Wirkkörper 11 über Stege 16 zu einstückig hergestellten Wirkkörperketten zusammengefügt sind. In weiten Teilen des Verbundpanzerungselements 10 sind Wirkkörper 11b angeordnet, die eine Höhe h2 aufweisen. Die Wirkkörper 11 sind in ein polymeres Matrixmaterial 12 eingebettet, welches mit zusätzlichen Füllstoffen angereichert ist.
  • Das Verbundpanzerungselement 10 ist als Zusatzpanzerplatte auf einer zu schützenden Fläche 13 eines nicht weiter dargestellten Kampffahrzeugs angeordnet. Die Fläche 13 setzt sich aus zwei zusammengeschweißten Elementen aus Panzerstahl zusammen, wobei durch die Schweißnaht 14 eine ballistisch schwache Stelle entsteht. Aus diesem Grund weist das Verbundpanzerungselement 10 in diesem Bereich eine erhöhte Schutzwirkung auf. Dies wird dadurch erreicht, dass in dem Teilausschnitt T1, der sich über die gesamte Dicke d des flächigen Verbundpanzerungselements 10 erstreckt, die Wirkkörper 11a eine Höhe h1 aufweisen, die größer ist als die Höhe h2 der Wirkkörper in dem sich ebenfalls über die gesamte Dicke d erstreckenden Referenz-Teilausschnitt T2, der zudem die gleiche Ausdehnung in Länge und Breite aufweist wie der Teilausschnitt T1.
  • Somit ist die kumulierte Masse, die sich aus den Massen der einzelnen, sich in dem Teilausschnitt T1 befindenden Wirkkörpern 11a ergibt, der Wirkkörper 11a in dem Teilausschnitt T1 gegenüber der kumulierten Masse der Wirkkörper 11b, die sich in dem Referenz-Teilbereich T2 befinden, verändert, so dass sich eine veränderte Schutzwirkung ergibt.
  • In einem Bereich ist die Fläche 13 durch eine zusätzliche Panzerplatte 15 verstärkt, so dass dieser Bereich ballistisch stärker ist. Aus diesem Grund ist an dieser Stelle nur eine geringere Schutzwirkung des Verbundpanzerungselements 10 notwendig, welches deshalb in dem Teilausschnitt T3 Wirkkörper 11c beinhaltet, die eine etwa halb so große Höhe h3 aufweisen wie die Wirkkörper 11b mit der Höhe h2 aus dem Referenz-Teilbereich T2.
  • Nach außen hin ist wegen der ebenen Abschlussfläche 17 der inhomogene Aufbau des Verbundpanzerungselements 10 mit lokal unterschiedlicher, an die zu schützende Fläche 13 angepasste Schutzwirkung nicht erkennbar, so dass sich eine optisch einheitliche sowie ballistisch günstige Ausgestaltung ergibt.
  • Die Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung eines flächigen Verbundpanzerungselements 20 mit einer Dicke d, welches auf eine aus zwei verschweißten Panzerplatten zusammengesetzte zu schützende Fläche 23 eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs aufgebracht ist.
  • Das Verbundpanzerungselement 20 weist mehrere Lagen von versetzt übereinander angeordneten Wirkkörpern 21 der Höhe h auf, die innerhalb einer Lage über Stege 26 zu Wirkkörperketten verbunden sind.
  • Über dem ballistisch schwachen Bereich der Schweißnaht 24 weist das Verbundpanzerungselement 20 einen sich über die Dicke d erstreckenden Teilausschnitt T4 auf, in dem eine zusätzliche, dritte Lage an Wirkkörpern 21 angeordnet ist, so dass sich eine erhöhte Schutzwirkung ergibt. Somit ist in dem Teilausschnitt T4 die kumulierte Masse der in dem Teilausschnitt T4 angeordneten Wirkkörper 21 gegenüber der Masse der in einem sich über die gesamte Dicke d erstreckenden Referenz-Teilausschnitt T5 der gleichen Ausdehnung in Längen- und Breitenrichtung angeordneten Wirkkörper 21 verändert, wobei die Masse, das Volumen und das Material jedes einzelnen Wirkkörpers 21 unverändert ist.
  • Bei der Herstellung des Verbundpanzerungselements 20, bei der die zu schützende Fläche 23 bereits berücksichtigt wird, werden die Wirkkörper 21 zunächst aufgereiht und mit einem Matrixmaterial vergossen. Dadurch, dass im Teilausschnitt T4 eine zusätzliche Lage an Wirkkörpern 21 eingebracht wird und das Verbundpanzerungselement 20 eine ebene Abschlussfläche 27 aufweisen soll, entstehen Hohlräume.
  • Diese Hohlräume werden mit einem besonders leichten Matrixmaterial, welches durch Füllstoffe mit einer geringen Dichte angereichert wurde, aufgefüllt, so dass sich das Gesamtgewicht reduziert.
  • Die Füllstoffe werden dem meist 2-komponentigen Matrixmaterial nach dem Mischen als dritte Komponente beigegeben. Dies vermeidet
  • Mischfehler und erzeugt ein gleichmäßig mit Füllstoff durchzogenes, homogenes Matrixmaterial.
  • In einer nicht dargestellten Ausführung sind die Wirkkörper in einem Teilbereich, der einen ballistisch stärkeren Bereich überdeckt, aus Kunststoff hergestellt.

Claims (14)

  1. Flächiges Verbundpanzerungselement (10, 20) zum Schutz vor Geschossen, welches mindestens eine Lage aus Wirkkörpern (11, 21) enthält, die in Reihen nebeneinander in dem Verbundpanzerungselement (10, 20) angeordnet sind und die in ein Matrixmaterial (12, 22) eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen zusammenhängenden, sich über die gesamte Dicke d des Verbundpanzerungselements (10, 20) erstreckenden Teilausschnitt (T1, T3, T4), in dem sich mindestens ein vollständiger Wirkkörper (11, 21) befindet, aufweist, in dem die kumulierte Masse der sich in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) befindenden Wirkkörper (11, 21) gegenüber einem sich über die gesamte Dicke d des Verbundpanzerungselements (10, 20) erstreckenden Referenz-Teilausschnitt (T2, T5) der gleichen Ausdehnung in Richtung der Länge und Breite verändert ist, so dass sich in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) eine veränderte Schutzwirkung ergibt.
  2. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) die Höhe (h1, h3) mindestens eines Wirkkörpers (11, 21) gegenüber der Höhe (h2) eines sich außerhalb des Teilausschnitts (T1, T3, T4) befindenden Wirkkörpers (11, 21) verändert ist.
  3. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung in der Höhe in dem Bereich von 1 % bis 500 %, insbesondere in dem Bereich von 50 bis 200 %, liegt.
  4. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) die Anzahl der Wirkkörper (11, 21) verändert ist.
  5. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) eine veränderte Anzahl an Lagen vorliegt.
  6. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) die Wirkköper (11, 21) aus einem veränderten Material hergestellt sind.
  7. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine ebene Abschlussfläche (17, 27) aufweist.
  8. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkkörper (11, 21) einer Reihe zumindest teilweise durch Stege (16, 26) kettenförmig oder matrizenförmig miteinander fest verbunden sind.
  9. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Matrixmaterial (12, 22) mindestens ein zusätzlicher Füllstoff, insbesondere bestehend aus einem Feststoff, beigegeben ist.
  10. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff eine Dichte von weniger als 3 g/cm3 aufweist.
  11. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff schaumförmig, wabenförmig, pulverförmig oder faserförmig ist.
  12. Verbundpanzerungselement (10, 20) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff flüssig oder gasförmig ist.
  13. Fahrzeug, insbesondere Kampffahrzeug, mit einer zu schützenden Fläche (13, 23), die mindestens einen ballistisch schwächeren oder stärkeren Bereich aufweist, wobei an der zu schützenden Fläche (13, 23) zum Schutz ein Verbundpanzerungselement (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet ist, wobei der Teilausschnitt (T1, T3, T4), in dem die kumulierte Masse der sich in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) befindenden Wirkkörper (11, 21) vergrößert bzw. verkleinert ist, den ballistisch schwächeren bzw. stärkeren Bereich schützt.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Verbundpanzerungselements (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung die mit dem Verbundpanzerungselement (10, 20) zu schützende Fläche (13, 23) derart berücksichtigt wird, dass die Wirkkörper (11, 21) derart in das Verbundpanzerungselement (10, 20) eingebracht werden, dass in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) des Verbundpanzerungselements (10, 20), der einen ballistisch schwächeren oder stärkeren Bereich der zu schützenden Fläche (13, 23) schützt, die kumulierte Masse der sich in dem Teilausschnitt (T1, T3, T4) befindenden Wirkkörper (11, 21) vergrößert bzw. verkleinert wird.
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