EP2290317B1 - Schutzmodul für ein Objekt gegen insbesondere Hohlladungsgeschosse - Google Patents

Schutzmodul für ein Objekt gegen insbesondere Hohlladungsgeschosse Download PDF

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EP2290317B1
EP2290317B1 EP10007889.8A EP10007889A EP2290317B1 EP 2290317 B1 EP2290317 B1 EP 2290317B1 EP 10007889 A EP10007889 A EP 10007889A EP 2290317 B1 EP2290317 B1 EP 2290317B1
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EP
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protective
protective module
plates
capacitor
module
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Markus Dr. Jung
Jürgen Hofmann
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F41H5/0414—Layered armour containing ceramic material
    • F41H5/0421—Ceramic layers in combination with metal layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F41H5/007—Reactive armour; Dynamic armour

Definitions

  • the invention relates to the construction of an electrical armor for a stationary or movable type object to be protected, in particular shaped charge projectiles.
  • Hollow charges also pose a threat to armored (bicycle) vehicles.
  • Hollow charges are a special arrangement of explosive explosives (often based on nitropenta or hexogen / octogen) around a conical or hemispherical metal insert, which is particularly suitable for penetrating armor. It is used as armor-piercing ammunition accordingly.
  • the conical metal insert is surrounded by the explosive with a forward opening.
  • SLATs simple hollow charge protection devices
  • a preferably removable SLAT protective structure is disclosed by DE 10 2007 036 393 A1
  • a protective grille of the same type also describes that DE 10 2007 002 577 A1
  • Another protective device is with the DE 103 10 952 A1 published.
  • a protection module for the protection of objects with electrical current against threats, in particular by shaped charges, is provided with the DE 10 2005 021 348 B3 protected.
  • Such concepts consist of a plate arrangement, a capacitor, a feed line and a charger ( Fig. 1 ). If the hollow charge beam H reaches the armor, it short-circuits the capacitor by contacting the upper and lower (front / rear) plate. The capacitor discharges the circuit, which creates a strong magnetic field due to the high current around the waveguide beam, which in turn acts on the charged particles of the shaped charge beam in the form of strong forces. This causes the diameter of the shaped charge beam to increase, which in turn reduces the penetration capacity of the shaped charge beam.
  • the principle can be modified, for example by connecting a plurality of plates in series, providing dielectric liquids between the plates, or changing dielectric liquids and the ceramic between the plates.
  • the JP 2002 295996 A discloses a protection module with a plurality of plates arranged one behind the other or one above the other to form a plurality of capacitors. Ceramics are integrated between the plates.
  • the object of the invention is to create an earlier reaction to the shaped charge jet by means of shorter / lower slew rates.
  • the invention is based on the idea of dividing the capacitance of an otherwise used central capacitor into a multiplicity of plate capacitors, so that the capacitance of the capacitor is realized by a multiplicity of plate capacitors which are formed between the protective plates located one behind the other.
  • Each of the capacitors is charged to a voltage U 0 .
  • the shaped charge hits the Protection plate, due to the short "supply line", a rapid current rise is possible if the beam electrically connects the plates of the first capacitor to one another and thus only the first capacitor is short-circuited, as a result of which the shaped charge beam represents almost the only inductance of the short-circuit. So you can already get to the front of the beam be reacted to.
  • the charger is preferably located inside the vehicle or object to be protected.
  • the protection module formed from the many protection plates is charged by means of a coaxial HV cable. The voltage can be divided both in the charger and in the protection module.
  • the current rise and the amplitude are now only determined by the parameters of the shaped charge beam, the first capacitance C and the charging voltage U 0 . Since both the inductance and the capacitance of the short circuit are lower than is the case in conventional applications, this smaller circuit has a significantly lower rate of rise.
  • the plate spacing can also be chosen to be smaller than conventional plates, since several are arranged one behind the other. This also contributes to an earlier influence on the tip of the shaped charge beam. Another not insignificant advantage is the fact that the central capacitor is no longer required, since it no longer needs its own space in the vehicle.
  • the protection module can be constructed from several protection module parts. This has the advantage that the less important areas that need to be protected can have fewer plates, making the entire protection module lighter. Another advantage that can be realized with sub-modules is the interchangeability of defective sub-modules.
  • the protective part modules can be connected to one another in such a way that the capacitors in the bombardment area can be supplied with an additional voltage in the event of a detected attack, in order to increase the rate of increase. It can remain open whether the capacities outside the detected impact point of the shaped charge projectile release their voltage or whether a central source takes over this task.
  • Fig. 1 shows the basic structure of an electrical protection module 1, consisting of several successively attached plates P 1 , P 2 , to P n to form several capacitances C 1 to C n .
  • Dielectric ceramics 3 are preferably integrated between the plates P 1-n .
  • Each of the capacitances C1 to C n is charged to a charging voltage U 0 .
  • the shaped charge beam H strikes the first plate P 1 , it short-circuits the first capacitor C 1 (P 1 and P 2 ). With each further penetration of the capacitances C 2-n through the shaped charge beam H, these are successively short-circuited, the shaped charge beam H is weakened and the main mass is rendered ineffective.
  • Fig. 2 shows the division of the protection module 1, here on a sketched object 20, into different or divided protection areas 10 or protection part modules. It is possible to make them symmetrical, which makes them easy to replace in the event of a defect, or to allow asymmetry.
  • the structure of the sub-modules 10 ' can be constructed thicker in the most important areas to be protected on an object 20 than in other areas.
  • the protective part modules 10 can be connected to one another in such a way that, when an attack is detected, the capacitors C 1-n in the bombardment area 11 can be supplied with an additional voltage U, in order thus to increase the current amplitude at these capacitors between the plates.
  • a further distribution of the capacitance to C 1 (-n) which is (are) integrated in the protective module 1 / protective part module 10 and a central capacitor, is also conceivable.
  • the individual capacitor C 1 (-n) determines the current rise rate at the beginning and is then supplied with the main current by the central capacitor. It goes without saying that combinations of this and the variant already described are also possible.

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Description

  • Die Erfindung betrifft den Aufbau einer elektrischen Panzerung für ein zu schützendes Objekt stationärer oder beweglicher Art vor insbesondere Hohlladungsgeschossen.
  • Hohlladungen stellen auch für gepanzerte (Rad-)Fahrzeuge eine Bedrohung dar. Eine Hohlladung ist eine spezielle Anordnung von brisantem Sprengstoff (oft auf Nitropenta- oder Hexogen/ Oktogenbasis) um eine kegel- oder halbkugelförmige Metalleinlage, die sich besonders zum Durchschlagen von Panzerungen eignet. Sie wird als panzerbrechende Munition dementsprechend eingesetzt. Dabei ist die kegelförmige Metalleinlage mit einer nach vorne gerichteten Öffnung mit dem Sprengstoff umgeben. Wird die Ladung gezündet, bildet sich von der Spitze des Metallkerns ausgehend ein Stachel aus kalt verformtem Metall aus, der mit sehr hoher Geschwindigkeit das Ziel durchdringt, gefolgt von einem langsameren Stößel, der die Hauptmasse bildet.
  • Bekannte einfache Hohlladungsschutzeinrichtungen sind sogenannte SLATs, die am Fahrzeug angebracht sind. Einen vorzugsweise abnehmbaren SLAT Schutzaufbau offenbart die DE 10 2007 036 393 A1 . Ein Schutzgitter selbiger Art beschreibt auch die DE 10 2007 002 577 A1 . Eine weitere Schutzvorrichtung wird mit der DE 103 10 952 A1 publiziert.
  • Weitere Lösungen sind beispielsweise aktive Reaktivpanzerungen, die verschiedenen Projektilen entgegen geworfen werden, wie beispielsweise aus der DE 10 2005 056 178 A1 bekannt. Die Ausrichtung einer Vielzahl von reaktiven Schutzelementen in einem Wasserfahrzeug ist Gegenstand der DE 10 2007 022 767 A1 . Mit einer fluidischen Panzeranordnung beschäftigt sich die DE 10 2007 060 611A1 .
  • Ein Schutzmodul zum Schutz von Objekten mit elektrischem Strom gegen Bedrohungen, insbesondere durch Hohlladungen wird mit der DE 10 2005 021 348 B3 geschützt.
  • Zwischenzeitlich werden auch andere sogenannte elektrische Panzerungen als Schutzsysteme eingesetzt. Durch eine derartige elektrische Panzerung kann die Wirkreichweite eines Hohlladungsstrahls deutlich reduziert werden. Derartige Konzepte bestehen dabei aus einer Plattenanordnung, einem Kondensator, einer Zuleitung und einem Ladegerät (Fig. 1). Erreicht der Hohlladungsstrahl H die Panzerung, schließt dieser durch Kontaktierung der oberen und unteren (vorderen/ hinteren) Platte den Kondensator kurz. Der Kondensator entlädt den Stromkreis, wodurch sich aufgrund des hohen Stromes um den Hohlleitungsstrahl ein starkes Magnetfeld ausbildet, das wiederum auf die geladenen Teilchen des Hohlladungsstrahls in Form starker Kräfte wirkt. Das bewirkt die Vergrößerung des Durchmesser des Hohlladungsstrahls, was die Penetrationsleistung des Hohlladungsstrahls selbst dadurch reduziert. Je nach Ausführung kann das Prinzip modifiziert werden, beispielsweise durch ein Hintereinanderschalten mehrerer Platten, das Vorsehen von dielektrischen Flüssigkeiten zwischen den Platten oder einem Wechsel von dielektrischen Flüssigkeiten und der Keramik zwischen den Platten.
  • Die JP 2002 295996 A offenbart ein Schutzmodul mit mehreren, hintereinander bzw. übereinander angebrachten Platten zur Bildung mehrere Kondensatoren. Zwischen den Platten sind Keramiken eingebunden.
  • Für das Wirkprinzip der elektrischen Panzerung ist es wichtig, dass möglichst schnell ein Kurzschluss zwischen den beiden Platten mit einem hohen Strom erzeugt wird. Dieser wird häufig aufgrund der Induktivität des Stromanstiegs in der Zuleitung gebremst, sodass dieser Stromanstieg dann einige 10 µs betragen kann. Ein weiteres Manko ist, dass der Kurzschluss erst zu fließen anfängt, wenn die beiden Platten miteinander durch den Hohlladungsstrahl verbunden werden. Dies kann dazu führen, dass die vordere Front des Hohlladungsstrahls unbeeinflusst ist, da die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes nicht schnell genug ist.
  • Hier stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine frühere Reaktion auf den Hohlladungsstrahl durch kürzere / geringere Anstiegsgeschwindigkeiten zu schaffen.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Kapazität eines sonst verwendeten zentralen Kondensator auf eine Vielzahl von Plattenkondensatoren aufzuteilen, sodass die Kapazität des Kondensators durch eine Vielzahl von Plattenkondensatoren, die zwischen den hintereinander liegenden Schutzplatten gebildet werden, realisiert wird. Dabei wird jeder einzelne der Kondensatoren auf eine Spannung U0 geladen. Trifft nun der Hohlladungsstrahl auf die Schutzplatte, ist aufgrund der kurzen "Zuleitung" ein schneller Stromanstieg möglich, wenn der Strahl die Platten des ersten Kondensators elektrisch miteinander verbindet und so nur der erste Kondensator kurzgeschlossen wird, wodurch der Hohlladungsstrahl nahezu die einzige Induktivität des Kurzschlusskreises darstellt. So kann bereits auf die Front des Strahles reagiert werden. Durch jedes weitere Penetrieren des Schutzelementes bzw. -moduls werden sukzessive weitere Kondensatoren kurzgeschlossen. Das Ladegerät befindet sich vorzugsweise innerhalb des Fahrzeuges oder zu schützenden Objektes. Das aus den vielen Schutzplatten gebildete Schutzmodul wird mittels eines koaxialen HV- Kabels aufgeladen. Die Spannungsaufteilung kann sowohl im Ladegerät als auch im Schutzmodul erfolgen.
  • Zur Erhöhung der Kapazität hat es sich in Weiterentwicklung der Idee als vorteilhaft gezeigt, wenn zwischen die einzelnen Platten der Kondensatoren dielektrische Keramiken eingebunden werden.
  • Der Stromanstieg und die Amplitude werden nunmehr nur noch von den Parametern des Hohlladungsstrahls, der ersten Kapazität C und der Ladespannung U0 bestimmt. Da sowohl die Induktivität als auch die Kapazität des Kurzschlusskreises geringer ist als dies bei herkömmlichen Anwendungen der Fall ist, weist dieser kleinere Kreis eine deutlich geringere Anstiegsgeschwindigkeit auf. Der Plattenabstand kann auch geringer als herkömmliche Platten gewählt werden, da mehrere hintereinander angeordnet werden. Auch dieses trägt zu einer früheren Beeinflussung der Spitze des Hohlladungsstrahls bei. Ein weiterer nicht unwichtiger Vorteil bildet sich dadurch, dass auf den zentralen Kondensator verzichtet wird, dieser nicht mehr im Fahrzeug seinen eigenen Platz benötigt.
  • Das Schutzmodul kann aus mehreren Schutzmodulteilen aufgebaut sein. Dies hat den Vorteil, dass die weniger wichtigen Bereiche, die geschützt werden müssen, weniger Platten aufweisen können, sodass das gesamte Schutzmodul leichter wird. Ein weiterer sich mit Teilmodulen realisierbarer Vorteil ist die Austauschbarkeit defekter Teilmodule.
  • In einer weiteren denkbaren Variante können die Schutzteilmodule miteinander so verbunden werden, dass bei detektiertem Angriff die Kondensatoren im Beschussbereich mit einer zusätzlichen Spannung versorgt werden können, um somit die Anstiegsgeschwindigkeit zu erhöhen. Dabei kann es offen bleiben, ob die Kapazitäten außerhalb des detektierten Aufschlagpunktes des Hohlladungsprojektils ihre Spannung abgeben oder eine zentrale Quelle diese Aufgabe übernimmt.
  • Anhand eines kleinen Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen prinzipiellen elektrischen Aufbau einer elektrischen Panzerung nach dem Stand der Technik,
    Fig. 2
    ein prinzipieller Aufbau der Schutzmoduls gemäß der Erfindung,
    Fig. 3
    in einer Vorderansicht eine Variante des Aufbaus des Schutzmoduls.
  • Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektrischen Schutzmoduls 1, bestehend aus mehreren hintereinander angebrachten Platten P1,P2, bis Pn zur Bildung mehrerer Kapazitäten C1 bis Cn. Bevorzugt werden dielektrische Keramiken 3 zwischen den Platten P1-n eingebunden.
  • Jede der Kapazitäten C1 bis Cn wird auf eine Ladespannung U0 aufgeladen.
  • Trifft der Hohlladungsstrahl H auf die erste Platte P1 schließt er den ersten Kondensator C1 kurz (P1 und P2). Mit jedem weiteren Durchdringen der Kapazitäten C2-n durch den Hohlladungsstrahls H werden diese nacheinander kurzgeschlossen, der Hohlladungsstrahl wird H abgeschwächt und die Hauptmasse unwirksam gemacht.
  • Fig. 2 zeigt die Aufteilung des Schutzmoduls 1, hier an einem skizzenhaft dargestellten Objekt 20, in verschiedene bzw. unterteilte Schutzbereiche 10 bzw. Schutzteilmodule. Dabei besteht die Möglichkeit, diese symmetrisch zu gestalten, was eine einfache Austauschbarkeit bei Defekt ermöglicht, oder aber eine Unsymmetrie zuzulassen. Die Teilmodule 10' können in ihrem Aufbau in den wichtigsten zu schützenden Bereichen an einem Objekt 20 dicker aufgebaut sein, als in anderen Bereichen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung können die Schutzteilmodule 10 miteinander so verbunden werden, dass bei detektiertem Angriff die Kondensatoren C1-n im Beschussbereich 11 mit einer zusätzlichen Spannung U versorgt werden können, um somit die Stromamplitude an diesen Kondensatoren zwischen den Platten zu erhöhen.
  • Ebenfalls denkbar ist eine weitere Verteilung der Kapazität auf C1(-n), das / die im Schutzmodul 1 / Schutzteilmodul 10 (jeweils) eingebunden ist (sind), und einem zentralen Kondensator. Die /der Einzelkondensator C1(-n) bestimmt(en) dabei die Stromanstieggeschwindigkeit zu Beginn und wird (werden) durch den zentralen Kondensator danach mit dem Hauptstrom versorgt. Es versteht sich, dass auch Kombinationen dieser und der bereits beschriebenen Variante möglich sind.

Claims (12)

  1. Schutzmodul (1) zum Schutz von Objekten gegen Hohlladungsgeschosse, bestehend aus mehreren, hintereinander und / oder übereinander angebrachten Platten (P1 bis Pn) zur Bildung verteilter bzw. mehrerer Kapazitäten (C1 bis Cn), dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmodul (1) aus mehreren Schutzteilmodulen (10') aufgebaut und in verschiedene Schutzbereiche (10) unterteilt ist, wobei die Schutzteilmodule (10') miteinander elektrisch verbunden sind, und dass jede der Kapazitäten (C1 bis Cn) auf eine Ladespannung (U0) aufgeladen ist.
  2. Schutzmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dielektrische Keramiken (3) zwischen den Platten (P1 bis Pn) eingebunden sind.
  3. Schutzmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzteilmodule (10') symmetrisch als auch unsymmetrisch ausgeführt sind.
  4. Schutzmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Platten (P1 bis Pn) je Schutzmodul (10) unterschiedlich sein können.
  5. Schutzmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzteilmodule (10) miteinander so verbunden werden können, dass bei detektiertem Angriff die Kondensatoren (C1-n) im Beschussbereich mit einer zusätzlichen Spannung (U) versorgt werden können, um somit die Stromamplitude zu erhöhen.
  6. Schutzmodul (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Spannung durch einen zentralen Kondensator geliefert wird.
  7. Schutzmodul (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten außerhalb des detektierten Aufschlagpunktes ihre Spannung abgeben.
  8. Schutzmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verteilung der Kapazität ein Kondensator (C1) im Schutzmodul (1) und der andere Kondensator (C2) zentral angeordnet sind.
  9. Schutzmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verteilung der Kapazität jeweils ein Kondensator (C1-n) in den Schutzteilmodulen (10') und ein zentraler Kondensator vorgesehen sind.
  10. Schutzmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weniger wichtigen Bereiche, die geschützt werden müssen, weniger Platten (P1 bis Pn) aufweisen können.
  11. Objekt (20) mit einem Schutzmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. Objekt (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (20) stationär oder beweglicher Art ist.
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