EP2382437B1

EP2382437B1 - Objektschutz vor hohlladungen und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: EP2382437B1
Application number: EP09775088A
Authority: EP
Inventors: Marc Radstake; Hanspeter Kaufmann
Original assignee: RUAG Schweiz AG
Current assignee: RUAG Schweiz AG
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2009-12-19
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2029-12-19
Also published as: ES2406759T3; EP2202478A1; EP2455702B1; US8578833B2; EP2455702A1; EP2455701B1; US20140190342A1; EP2455703A1; US9074851B2; EP2382437A1; DK2382437T3; PL2382437T3; AU2009335617A1; US8701541B2; CA2747532A1; EP2455703B1; CA2747532C; HRP20130435T1; US20110252955A1; US20140041190A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht mit matrixförmig angeordneten, aus einer Fläche herausragenden Stäben, gegen ungelenkte und/oder im Unterschalbereich fliegende Mittelkalibergeschosse mit elektrischen Aufschlagzündern.
Im zweiten Welkrieg wurden erstmals gegen gepanzerte Ziele Geschosse mit Hohlladungen abgefeuert. Dies einerseits von den US-Streitkräften (Bazooka genannte Waffe) und anderseits von Deutschland (Panzerfaust und Panzerschreck genannt). Zur Beschleunigung der Geschosse dienten Treibmittel wie Ladungen und Treibpatronen. Danach entwickelte Russland eine weitverbreitete Waffe, die als RPG (Rocket-Propelled Granade) bezeichnet wird. Diese wird in einer seit 1961 hergestellten Version noch heute, vor allem im Bereich der asymmetrischen Kriegsführung als Typ RPG-7, mit verschiedensten Hohlladungen, eingesetzt. Während die frühen Systeme mechanische Aufschlagzünder besassen, sind die neueren mit frontseitigen piezoelektrischen Zündvorrichtungen ausgerüstet und weisen zwischen dem Zündgenerator und der Zündkette flächige, galvanisch leitende Verbindungsleitungen auf. Diese relativ einfachen, meist raketengetriebenen Mittelkalibergeschosse sind weltweit verbreitet und stellen ein gewaltiges Gefahrenpotential dar; sie sind billig zu erstehen, leicht handhabbar und werden in verschiedensten Ausführungsarten gegen stationäre und mobile Objekte, insbesondere gegen leicht gepanzerte Fahrzeuge eingesetzt.
Neben verschiedensten aktiven und passiven Panzerungen wurden bereits 1940 (DE -A- 688 526 ) auf das zu schützende Objekt massive Stahlstäbe und prismatische Körper aufgesetzt, welche insbesondere Geschosse von Panzerabwehrkanonen ablenken sollten. Eine Weiterentwicklung davon (DT -A1- 26 01 562) verwendete spezielle warmfeste Materialien und auch Panzerplatten mit matrixförmig angeordneten und aus einer Fläche herausragenden massiven Körpern (Fig. 1 und Fig. 2), um die exotherme Wirkung von Sprengladungen vom zu schützenden Objekt fernzuhalten.
Aus der DE 198 25 260 A1 , die einen Startpunkt für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, ist es bekannt einzelne stabförmige Störkörper auf der Oberfläche der Panzerung eines gegen Hohlladungen zu schützenden Objekts zu montieren. Hierfür kann der Störkörper einen Zapfen aufweisen, mit dem er in der Panzerung befestigt ist. Damit soll der Hohlladungstrahl, bei dessen Bildung, d.h. vor seiner Streckung, wirksam gestört werden.
Erfindungsgemäss soll ein Verfahren zur besonders wirtschaftlichen Herstellung einer Schutzschicht geschaffen werden.
Dieses Verfahren wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass aus einem Blechstreifen in gleichen Abständen Flächen mit U-förmiger Kontur herausgeschnitten werden, derart dass Stäbe mit einem Steg verbleiben. Hierzu lassen sich auch Stanzwerkzeuge verwenden. Dabei sind die stabförmigen Blechstreifen schutzwirksam; die Stege dienen lediglich der Halterung und übernehmen die Aufgabe einer Platte.
Mittels Strahlbearbeitung (Laser, Wasserstrahl etc.) lassen sich sehr leichte und kostengünstige Schutzschichten aus Flachmaterial (Blech) herstellen, die auch integrierbar in verschiedenste System sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden die ausgeschnittenen Blechstreifen mit ihrem Steg auf Träger aufgesetzt und mit diesen kraftschlüssig verbunden.
Zur Gewichtsreduktion in mechanisch schwach belasteten Stegen und Trägern werden zudem in gleichen Abständen Aussparungen ausgeschnitten.
Nachfolgend werden an Hand von Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: das Prinzip zur Verhinderung der Initiierung einer Hohlladung mittels einer Schutzschicht, wobei als Variante ein nur in einem Endbereich galvanisch leitender Stab vorhanden ist,
Fig. 2: eine Haube eines Geschosses beim Auftreffen auf eine Schutzschicht,
Fig. 3: eine weitere Darstellung eines schräg fliegenden Geschosses beim Auftreffen auf eine Schutzschicht,
Fig. 4a: ein Stab einer Schutzschicht mit konischer Spitze,
Fig. 4b: ein Stab einer Schutzschicht mit scharfkantigem Zapfen,
Fig. 5: eine modulare Grundplatte mit geneigt angeordneten Stäben,
Fig. 6: eine modulare Schutzschicht mit interner Knautschschicht und äusserer Verkleidung,
Fig. 7: eine Variante einer Schutzschicht mit äusserer Vekleidung,
Fig. 8: das Prinzip einer durchsehbaren und verstellbaren Schutzschicht vor der Frontscheibe eines gepanzerten Fahrzeugs,
Fig. 9: einen Schützenpanzer mit modularen und speziellen Schutzschichten, auch für Sensoren und Ein- und Auslässe,
Fig.10: eine Schutzschicht, die keinen Teil der erfindung bildet, bestehend aus einem Stahlnetz mit in den Knoten des Netzes eingesetzten Stäben sowie
Fig. 11: die Schutzschicht gemäss der Erfindung in Leichtbauweise hergestellt aus Blechstreifen, die mittels Strahlbearbeitung ausgeschnitten sind.

In sämtlichen Figuren sind gleiche Funktionselemente mit gleichen Bezugsziffern versehen.
In Figur 1 ist mit 1 eine Schutzschicht bezeichnet. In einer Grundplatte 2 sind matrixartig Stäbe 3 eingesetzt und rückseitig mit Flanschen 4 auf der Grundplatte 2 fixiert. Die Stäbe 3 überragen eine innere Fläche 2' um eine Länge l₁. Ein auf ein zu schützendes Objekt O auftreffendes Geschoss 100 in Flugrichtung F dringt mit seinem Aufschlagzünder 102 zwischen die Stäbe 3 ein. Eine dünnwandige Doppel-Haube 101 des Geschosses 100 wird dabei durchlöchert und durch die Endbereiche 3b der Stäbe 3 elektrisch kurz geschlossen, so dass der frontseitige Aufschlagszünder 102 mit seinem Piezo-Sensor nicht mehr wirksam werden kann. Die Doppel-Haube 101 ist, physikalisch betrachtet, eine flächenförmige Zweidraht-Leitung für die Zündenergie. Sie verbindet den Aufschlagzünder 102 in notorisch bekannter Weise mit einer die Hohlladung beschleunigenden Zündkette (nicht dargestellt). Der diagonale Abstand a zwischen den Stäben 3, 3a, 3b einer Matrix aus mehreren Stäben 3 ist im Maximum kleiner als das Kaliber K des Wirk-Geschosses. In jedem Fall wird dadurch die Doppel-Haube 101 "aufgespiesst" und kurzgeschlossen, zumindest aber zusammengedrückt; siehe Teilschnitt-Darstellung in Fig. 1. Die gesamte Länge l₀ der Haube 101, gemessen von der Spitze des Aufschlagzünders 102 bis zum grössten Durchmesser einer Auskleidung 104 einer Hohlladung 103 ist kürzer als die freie Länge l₁ der Stäbe 3. Damit ist gewährleistet, dass eine in die Schutzschicht 1 eingedrungene Haube 101 beschädigt ist, bevor der Aufschlagzünder 102 aktiviert sein kann. Die Spitzen 3' der Stäbe 3 sind scharfkantig ausgebildet und bestehen aus gehärtetem Stahl und/oder weisen eine galvanisch leitende Beschichtung auf.
Versuche mit raketengetriebenen Hohlladungen mit einer Auftreffgeschwindigkeit von 300 m/s auf der Schutzschicht 1 haben vergeben, dass die Initiierung der Hohlladung mit nahezu 100% -iger Wahrscheinlichkeit verhindert wird, dies wenn die Flugrichtung F parallel zu den Stäben 3 ist. Die Versuche erfolgten mit Geschossen mit einem Kaliber von 85 mm und mit einer Matrix mit Stäben 3 von 6,5 mm Durchmesser aus hochfestem Stahl mit gehärteten Spitzen 3'. Die maximalen Abstände a zwischen den Stäben 3 (in der Diagonale der Matrix gemessen) betrugen 50 mm, deren Länge l₁ war mit 140 mm festgelegt.
Fig. 2 zeigt den ungünstigen Fall eines schräg auf die Stäbe 3 auftreffenden Geschosses, wobei nur dessen Haube 101 und der Aufschlagzünder 102 gezeichnet sind. In diesem Fall kann der Piezo-Generator aktiviert sein, bevor die Haube 101 durchstossen ist, so dass sich weitere Schutzmassnahmen in der Schutzschicht 1 aufdrängen.
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Situation, wobei aber hier die Wahrscheinlichkeit einer Zündung der Hohlladung bereits wesentlich kleiner ist, da ein Stab 3 die Haube 101 vor einer Berührung des Aufschlagszünders 102 mit einem weiteren Stab bereits durchstossen und kurzgeschlossen hat.
Fig. 4a und 4b zeigen Massnahmen zur Verbesserung der Schutzwirkung. Es hat sich nämlich gezeigt, dass direkt frontal auf die Spitzen 3' der Stäbe 3 auftreffende piezoelektrische Aufschlagzünder oft völlig zerstört werden, bevor sie eine ausreichend hohe Zündspannung generieren. Voraussetzung für eine solche Zerstörung sind extrem hohe Flächenpressungen, d.h. Impulse wie sie durch einen stumpfen Konus 5 mit einer scharfkantigen Spitze 6 (Fig. 4a) oder durch einen scharfkantigen Zapfen 7 von 1 bis 2 mm Durchmesser (Fig. 4b) erzielt werden.
Ausgehend von der Erkenntnis aus den Fig. 2 und 3 sind gemäss Fig. 5 die Stäbe 3 unter einem Neigungswinkel α in die Grundplatte 2 eingesetzt, wobei hier eine fiktive Flugrichtung F_f angenommen wurde, welche der Bedrohungslage entspricht. Die innere Fläche der Grundplatte 2 ist wiederum mit 2' bezeichnet. Dies erlaubt, wie Fig. 5 zeigt, auch Schrägflächen optimal zu schützen.
Fig. 6 zeigt eine Schutzschicht 1 mit einer inneren Knautschschicht 8 aus einem gewellten Lochblech aus Stahl, welches kinetische Energie aufnehmen kann, falls das Geschoss schräg eindringt und/oder dessen Ladung gezündet wird. In diesem Fall ist auch dann die Wirkung eines Hohlladungsstrahls reduziert, weil der optimale Abstand zum Ziel, d.i. das zu schützende Objekt O, vom 2 bis 3 -fachen des Kalibers (Stand off) überschritten wird. Damit die wirksame Länge l₁ (vgl. Fig. 1) der Stäbe 3 nicht unterschritten wird, ist die höchste Lage der Fläche 2', d.h. die "Wellenberge" der Schicht 8 als Messbasis gewählt. Zur Verhinderung von unbeabsichtigten Verletzungen sowie von Verschmutzungen und vor dem Verfangen mit irgend welchen Gegenständen (Ästen etc.) sind die Stäbe 3 durch einen Leichtschaumstoff 9 (handelsüblicher Polymer) abgedeckt. Seitlich befinden sich Abdeckungen 10 aus dünnwandigen Aluminiumplatten.
Analog ist der Gegenstand nach Fig. 7 aufgebaut, wobei hier die Knautschschicht 8 aus einer Verbundplatte aus Metall und Kunststoffen besteht. Wiederum ist hier die Messbasis, die Fläche 2', für die Länge l₁ der Stäbe 3 vorgemerkt. Im Gegensatz zu Fig. 6 erfolgt hier eine allseitige Abdeckung der modularen Schutzschicht 1 mit UV-beständigen Kunststoffplatten.
Aus Fig. 8 sind an einem gepanzerten Fahrzeug 110 die Frontscheiben mit einer Schutzschicht 1 versehen, welche durchsehbar und verstellbar ist. Die in Reihen R1 bis Rn, in seitlichen Lagern 13' kippbar angeordneten Stäbe 3 lassen sich durch einen Antrieb 13 mit Gelenkverbindungen 12 auf die aktuelle Bedrohungslage einstellen. Der Antrieb 13 ist in einen an sich bekannten Dachschutz 16 eingebaut und daher gestrichelt eingezeichnet.
Selbstverständlich kann eine analoge Anordnung auch bei den auf der Zeichnung nicht geschützten Seitenfenstern vorgesehen werden.
In der Darstellung Fig. 1 ist eine besonders, gewichtssparenden Weiterentwicklung eingezeichnet. Ein Stabe 3a besteht aus einem starren Verbundstoff mit Kohlefasern hergestellt. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit ist dieser an seiner der Bedrohung zugewandten Oberfläche 3a zu einem Drittel der gesamten l₁ Länge metallisiert und tragen metallische Spitzen 3'. Als galvanisch leitende Schicht bietet sich eine möglichst harte Beschichtung m an, die im vorliegenden Fall wahlweise aus Titancarbonitrid (TiCN) oder Titannitrid (TiN) besteht. Die Farbe der Beschichtung ist nach der Tarnfarbe des Objekts gewählt. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht im geringen "Radarquerschnitt", d.h. sie trägt wenig zur Radarerkennung bei und beeinträchtigt die übrigen Mittel zur "Camouflage" nicht. Stäbe in dieser Ausführungsform sind hauptsächlich für bewegliche Schutzschichten, analog Fig. 8 vorgesehen.
Ein bewaffnetes Kettenfahrzeug, Fig. 9, ein Schützenpanzer 111 für einen geschützten Truppentransport, ist mit modularen Schutzschichten 1 gemäss Fig. 7 ausgerüstet. Zusätzlich sind die beiden, beweglichen optischen Sensoren 112 (steuerbare Wärmebild-Kameras) durch angepasste seitliche Abdeckungen 10 (Schutzschichten), mit integrierten Stäben 3, vor einem direkten Beschuss geschützt. Aus zeichnerischen Gründen ist hier die ebenfalls vorhandene Leichtschaumstoffschicht, vgl. Fig. 6 und 7 nicht dargestelt.
Derartige Schutzschichten 10 empfehlen sich für sämtliche Ein- und Ausgänge, wie beispielsweise auch für Lufteintritte und Auspufföffnungen an Fahrzeugen oder stationären Anlagen. Beispielhaft sind hier am Schützenpanzer 111 seitliche Lufteinlässe 17 mit Stäben 3 versehen und damit geschützt.
Eine Variante einer Schutzschicht 1' , die keinen Teil der Erfindung bildet, besteht aus einem an sich bekannten Stahlnetz Fig. 10, in dessen Knoten 14 Stäbe 3 eingesetzt sind. Die Stäbe 3 sind mittels jeweils einem Knotenblech 15 vor Verdrehungen geschützt. Wiederum ist hier die Messbasis für die Länge der Stäbe 3 die Fläche 2', welche der maximalen Höhe der Knotenbleche 15 entspricht. Nicht dargestellt sind Schweissstellen an den Knotenblechen 15, die den Stäben 3 die notwendige Stabilität vermitteln. Die Knotenbeleche 15 übernehmen zusammen mit den Maschen des Netzes 2a die Funktion einer Platte 2, 2'; vgl. Fig. 1 bis Fig. 7. Im Gegensatz zu einer Platte lässt sich jedoch ein Netz 2a leicht an die Raumformen eines zu schützenden Objekts anpassen.
Neben der Gewichts- und Kosteneinsparung können mit dieser Ausführungsform wirkungsvoll und in kürzester Zeit gefährdete Objekte wie Eingänge, Fenster, Schächte u. dgl. vor Angriffen geschützt werden.
In der erfindungsgemässen Leichtbauversion nach Fig. 11 sind die Stäbe 3" einer Schutzschicht aus einzelnen Blechstreifen 50 hergestellt, welche mittels Strahlbearbeitung (Laser) ausgeschnitten wurden. Die Höhe der Blechstreifen 50 entspricht der Länge l₁ plus einer der Konstruktion angepassten Stegbreite 51, welche je nach Grundplatte oder Träger R1-Rn bestimmt ist. Zur Gewichtsreduktion wurden Ausnehmungen A ausgeschnitten. Die formschlüssig zusammengepassten Teile sind - in Figur 11 nicht dargestellt - kraftschlüssig miteinander verschweisst. Das verwendete Blech für die Stäbe 3" ist Stahlblech von einigen Millimetern Dicke, ebenfalls können hochfeste Aluminiumbleche Verwendung finden. Hierzu findet eine an sich ebenfalls bekannte Strahlbearbeitung mittels Hochdruck-Wasserstrahl Anwendung.
Hier übernehmen die Stege die Funktion der Platte (Fig. 1 bis Fig. 7). Diese Variante erlaubt ebefalls sehr kurzfristig einen Objektschutz nach zu rüsten. Bei entsprechender Dimensionierung der Stege (biegbare Queschnitte) können auch gewölbte Flächen durch eine Schutzschicht lückenlos belegt werden.
Die nach Fig. 11 realisierten Schutzschichten zeichnen sich - gegenüber konventionellen Schutzmassnahmen - durch ein relativ geringes Flächengewicht von 40 kg/m² (Mittelwert) aus. Der Erfindungsgegenstand lässt sich in weiten Grenzen an die Bedrohungslage anpassen. Die verwendeten Materialien und Technologien sind konventionell und können auch laufend durch neue und bessere Werkstoffe, u.a. Verbundmaterialien, substituiert werden. Ebenfalls lässt sich der Gegenstand in analoger Weise an am zu schützenden Objekt bereits vorhandene Mittel gegen die Detektion mittels elektromagnetischer Strahlung anpassen bzw. es lassen sich solche integrieren.
Zu allen Ausführungsbeispielen empfiehlt es sich die Stäbe und Metallteile 3,3b,3";R1-Rn mit der Masse (Erdung) zu verbinden, damit alle bei der Aktivierung der Zündvorrichtung vorhandene Potentiale sicher abgeleitet werden, bevor sie die Zündkette erreichen können.
Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf Geschosse mit Hohlladungen beschränkt. Er kann gegen alle Geschose eingesetzt werden, deren Zündvorgang durch eine elektrisch kurz geschlossene oder mit Masse verbundene, flächige Verbindungsleitung gestört ist. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass die nominale Zündenergie eines Aufschlagzünders zur Initiierung einer Wirkladung notwendig ist und dass eventuell noch vorhanden Teilströme hierzu nicht genügen.

Bezeichnungsliste

1: Schutzschicht
1': Stahlnetz
1a: Schutzschicht für Ein- und Ausgänge
2: Grundplatte
2a: Netz (Maschen)
2': innere Fläche
3: Stab (Rundstab aus Stahl)
3a: Stab (aus Kohlefasern gewickelt)
3b: freier Endbereich von 3
3': Stirnseiten von 3
3": Stab (Flachstab)
4: Flansch
5: Konus
6: Spitze (scharf)
7: scharkantiger Zapfen
8: Knautschschicht
9: Leichtschaumstoff (Polymerschicht)
10: seitliche Abdeckungen / Schutzschichten
11: Verbundplatte
12: Gelenkverbindung
13: Antrieb für 12
13': seitliche Lager
14: Knoten
15: Knotenblech (Verstrebung)
16: Dachschutz
17: seitliche Lufteinlässe

50: Blechstreifen
51: Stegbreite

100: Geschoss
101: Haube
102: Aufschlagzünder mit Piezo-Generator oder Piezo-Sensor
103: Hohlladung
104: Auskleidung (Liner)

110: gepanzertes Fahrzeug
111: Schützenpanzer
112: Optische Sensoren/ Kameras

A: Ausnehmungen
a: grösster Abstand zwischen zwei Stäben
α: Neigungswinkel Stäbe / Grundplatte
F: Flugrichtung Geschoss (am Ziel)
F_f: fiktive Flugrichtung (Bedrohung)
K: Kaliber des Geschosses
l₀: Länge von Haube
l₁: Länge Stab (ab 2' gemessen)
m: metallische Beschichtung
O: zu schützendes Objekt
R1-Rn: Träger für Reihen von 3

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht mit matrixförmig angeordneten, aus einer Fläche herausragenden Stäben, gegen ungelenkte und/oder im Unterschallbereich fliegende Mittelkalibergeschosse mit elektrischen Aufschlagzündern, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Blechstreifen in gleichen Abständen Flächen mit U-förmiger Kontur herausgeschnitten werden, derart dass Stäbe mit einem Steg verbleiben.
Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeschnittenen Blechstreifen mit ihrem Steg auf Träger aufgesetzt und mit diesen kraftschlüssig verbunden werden.
Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewichtsreduktion in mechanisch schwach belastete Stege und Träger in gleichen Abständen Aussparungen ausgeschnitten werden.