EP3153810B1 - Fahrzeug-panzerungsbauteil - Google Patents

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EP3153810B1
EP3153810B1 EP16191710.9A EP16191710A EP3153810B1 EP 3153810 B1 EP3153810 B1 EP 3153810B1 EP 16191710 A EP16191710 A EP 16191710A EP 3153810 B1 EP3153810 B1 EP 3153810B1
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EP
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coating
steel
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vehicle
steel sheet
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Ulrich Borchert
Martin Holzweissig
Udo Klasfauseweh
Christian Rüsing
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Benteler Defense GmbH and Co KG
Original Assignee
Benteler Defense GmbH and Co KG
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    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0442—Layered armour containing metal
    • 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
    • F41H5/023—Armour plate, or auxiliary armour plate mounted at a distance of the main armour plate, having cavities at its outer impact surface, or holes, for deflecting the projectile
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment

Definitions

  • the invention relates to a vehicle armor component, comprising a steel armor steel.
  • Specially protected vehicles are designed to protect persons and property from missiles from short and long arms (ballistic protection). In such vehicles, the penetration of projectiles from all directions should be prevented. For this reason armor components are installed in the vehicles. These include side panels including sills with A, B, C, (D) pillars and doors, front and rear components, roof area and floor assembly.
  • the protective armor has bullet-resistant steel plates which enclose an angle and / or are curved for adaptation to the outer body shape of a vehicle. At least one steel plate and / or a portion of a steel plate has a higher thickness produced by build-up welding over adjacent steel plates.
  • the composite sheet has a first layer of high strength steel and at least one second bonded thereto Layer of titanium or a titanium alloy on.
  • the second layer carries on its outer side a hard material layer of high hardness.
  • the composite sheet is made by roll-plating.
  • the DE 10 2011 053 698 B3 discloses a method of manufacturing structural or chassis components for a motor vehicle by hot or warm forging a sheet metal blank followed by press hardening.
  • the production of an armor component for a motor vehicle is in the DE 10 2013 108 163 A1 disclosed.
  • a method for the production of galvanized armor steels and their use in special protection discloses the DE 10 2007 026 694 A1 , A ballistic protection system goes out of the EP 2 565 290 A1 out. There, the thermal spraying of a material of high hardness onto a three-dimensionally shaped base material made of special steel is described.
  • This decoupling layer serves to protect against splinters that impinge on the protective element over a large area and, if they hit the brittle armor steel plate directly, could possibly punch them through.
  • the decoupling layer should in particular consist of a plastic or rubber material.
  • the DE 365 140 A refers to a tank consisting of a plate of armored steel and a backing made of duralumin. Behind the duralumin plate is still a steel plate arranged.
  • the bullet resistance of the armor components is achieved by the use of high strength and hardness armor steels and their geometric design, in particular a corresponding thickness of the components.
  • the armor components therefore have a relatively large thickness with a correspondingly high weight.
  • a reduction in the thickness and a reduction in the weight of the known armor components is therefore desirable, while ensuring the required bullet resistance, especially with regard to a multi-shot capability (multi-hit).
  • the invention is based on the prior art, the task of creating a vehicle armor component with good fire ability with reduced component thickness and reduced weight.
  • the vehicle armor component according to the invention comprises a sheet steel made of armored steel.
  • the steel sheet has, at least on one side, a coating connected to the steel sheet. This coating consists of a compared to the armor steel softer metal material.
  • the vehicle armor component according to the invention has excellent ballistic properties. These result from the combination of the steel sheet of armor steel with high hardness and strength in conjunction with the coating of a comparison of the armor steel softer metal material. The very good ballistic properties could be demonstrated both in fire tests with hard core projectiles and with soft core projectiles.
  • the coating is provided on the steel sheet, in particular on the side of the armor component which is external or directed outward in a vehicle.
  • the coating is positively and / or non-positively connected to the steel sheet.
  • the coating is a thermally sprayed layer.
  • a thermally applied layer is produced by coating from the solid, granular or powdery state. Coating includes thermal spray processes (flame, arc, plasma).
  • the coating consists of aluminum or an aluminum alloy, in particular the coating consists of Al99.5.
  • the coating can also consist of zinc or a zinc alloy.
  • the steel sheet has a thickness of 5.0 mm to 10.0 mm.
  • the thickness of the steel sheet is in the range of 7.0 mm to 9.5 mm.
  • the steel sheet has a thickness between 7.3 mm to 8.4 mm.
  • the coating has a thickness of 0.05 mm to 0.2 mm.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Panzerungsbauteil, umfassend ein Stahlblech aus Panzerstahl.
  • Sondergeschützte Fahrzeuge sollen Personen sowie Sachwerte vor Geschossen aus Kurz- und Langwaffen (ballistischer Schutz) schützen. Bei solchen Fahrzeugen soll das Eindringen von Geschossen aus allen Richtungen verhindert werden. Aus diesem Grund werden in den Fahrzeugen Panzerungsbauteile verbaut. Hierzu zählen Seitenteile einschließlich Schweller mit A-, B-, C-, (D-) Säulen und Türen, Front- und Heckbauteile, Dachbereich und Bodengruppe.
  • Durch die DE 10 2007 005 301 A1 zählt eine Schutzpanzerung für Fahrzeuge zum Stand der Technik. Die Schutzpanzerung weist geschossfeste Stahlplatten auf, welche zur Anpassung an die äußere Karosserieform eines Fahrzeugs einen Winkel einschließen und/oder gekrümmt sind. Zumindest eine Stahlplatte und/oder ein Abschnitt einer Stahlplatte weist gegenüber angrenzenden Stahlplatten eine durch Auftragsschweißung erzeugte höhere Dicke auf.
  • Im Umfang der WO 02/070982 A1 wird ein gepanzerter Formkörper aus einem mehrschichtigen Verbundblech beschrieben. Das Verbundblech weist eine erste Schicht aus hochfestem Stahl und mindestens eine mit dieser verbundene zweite Schicht aus Titan oder einer Titanlegierung auf. Die zweite Schicht trägt auf ihrer Außenseite eine Hartstoffschicht hoher Härte. Das Verbundblech ist durch Walzplattieren hergestellt.
    Die DE 10 2011 053 698 B3 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Struktur-oder Chassibauteilen für ein Kraftfahrzeug durch Warm- oder Halbwarmumformen einer Blechplatine mit anschließender Presshärtung.
    Die Herstellung eines Panzerungsbauteils für ein Kraftfahrzeug ist in der DE 10 2013 108 163 A1 offenbart.
    Ein Verfahren zur Herstellung von verzinkten Panzerstählen und deren Einsatz im Sonderschutz offenbart die DE 10 2007 026 694 A1 .
    Ein ballistisches Schutzsystem geht aus der EP 2 565 290 A1 hervor. Dort wird das thermische Aufspritzen eines Werkstoffs hoher Härte auf ein dreidimensional geformtes Basismaterial aus Sonderstahl beschrieben.
  • Aus der DE 43 09 558 A1 geht ein martensitaushärtbarer Stahl hervor. Weiterhin wird dort ein Fahrzeugverkleidungsteil vorgeschlagen mit einem Blech aus diesem Stahl auf das innseitig vollflächig eine Kunststoff-Beschichtung, vorzugsweise aus Aramid, aufgebracht ist, die auf das Stahlblech aufvulkanisiert oder aufgeklebt sein kann.
    Zum Stand der Technik zählt ferner durch die DE 10 2013 111 137 A1 ein Schutzelement zum Schutz eines Objektes vor militärischen Bedrohungen mit einer Panzerstahlplatte, die eine in Richtung einer Bedrohung weisende Bedrohungsseite und eine in Richtung des zu schützenden Objekts weisende Objektseite aufweist. Auf der Bedrohungsseite ist eine Entkopplungsschicht angeordnet. Diese Entkopplungsschicht dient zum Schutz vor Splittern, die großflächig auf dem Schutzelement auftreffen und bei einem direkten Auftreffen auf der spröden Panzerstahlplatte diese unter Umständen durchstanzen würden. Die Entkopplungsschicht soll insbesondere aus einem Kunststoff- oder Gummimaterial bestehen.
    Die DE 365 140 A betrifft einen Panzer bestehend aus einer Platte aus Panzerstahl und einer Hinterlage aus Duralumin. Hinter der Duraluminplatte ist noch eine Stahlplatte angeordnet.
  • Weiterhin zählt durch die DE 10 2008 010 168 A1 die Verwendung einer härtbaren Stahllegierung für die Herstellung warmgeformter und gehärteter Panzerungen zum Stand der Technik. Die hergestellten Bauteile sind komplex und insbesondere auch zum Brechen von Hartkernmunition geeignet.
  • Die Beschussfestigkeit der Panzerungsbauteile wird durch die Verwendung von Panzerstählen mit hoher Zähigkeit und Härte sowie deren geometrische Auslegung, insbesondere eine entsprechende Dicke der Bauteile, erreicht. Die Panzerungsbauteile haben daher eine relativ große Dicke mit einem entsprechend hohen Gewicht. Eine Reduktion der Dicke und eine Verringerung des Gewichts der bekannten Panzerungsbauteile ist folglich erstrebenswert und zwar unter Sicherstellung der geforderten Beschussfestigkeit, insbesondere auch hinsichtlich einer Mehrfachbeschussfähigkeit (Multihit).
  • Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug-Panzerungsbauteil zu schaffen mit guter Beschussfähigkeit bei reduzierter Bauteildicke und verringertem Gewicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Fahrzeug-Panzerungsbauteil gemäß Anspruch 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Panzerungsbauteils sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Panzerungsbauteil umfasst ein Stahlblech aus Panzerstahl. Das Stahlblech weist zumindest einseitig eine mit dem Stahlblech verbundene Beschichtung auf. Diese Beschichtung besteht aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug-Panzerungsbauteil weist ausgezeichnete ballistische Eigenschaften auf. Diese resultieren aus der Kombination des Stahlblechs aus Panzerstahl mit hoher Härte und Festigkeit in Verbindung mit der Beschichtung aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff. Die sehr guten ballistischen Eigenschaften konnten sowohl bei Beschussprüfungen mit Hartkerngeschossen als auch mit Weichkerngeschossen nachgewiesen werden.
  • Die Beschichtung ist insbesondere auf der in einem Fahrzeug außenliegenden bzw. nach außen gerichteten Seite des Panzerungsbauteils auf dem Stahlblech vorgesehen.
  • Praktische Versuche haben gezeigt, dass bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug-Panzerungsbauteil mindestens die gleichen Widerstands- bzw. Beschussklassen erreicht werden wie bei einem herkömmlichen Panzerungsbauteil gleicher Art ohne Beschichtung, jedoch die Wanddicke des Stahlblechs aus Panzerstahl bei einem erfindungsgemäßen Panzerungsbauteil zwischen 10 % und 35 %, insbesondere um circa 20 %, reduziert werden kann. Mit der Wanddickenreduktion geht eine entsprechende Gewichtsersparnis einher. Dies wirkt sich sowohl ökonomisch als auch ökologisch vorteilhaft bei sondergeschützten Fahrzeugen aus.
  • Die Beschichtung ist formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stahlblech verbunden.
  • Die Beschichtung ist eine thermisch aufgespritzte Schicht.
  • Eine thermisch aufgebrachte Schicht ist durch ein Beschichten aus dem festen, körnigen oder pulverigen Zustand erzeugt. Das Beschichten schließt thermische Spritzverfahren (Flammen-, Lichtbogen, Plasma-) ein.
  • Besonders bevorzugt besteht die Beschichtung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere besteht die Beschichtung aus Al99,5.
  • Alternativ kann die Beschichtung auch aus Zink oder einer Zinklegierung bestehen.
  • Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Stahlblech eine Dicke von 5,0 mm bis 10,0 mm aufweist. Insbesondere liegt die Dicke des Stahlblechs im Bereich zwischen 7,0 mm bis 9,5 mm. Wiederum vorzugsweise weist das Stahlblech eine Dicke zwischen 7,3 mm bis 8,4 mm auf.
  • Die Beschichtung weist eine Dicke von 0,05 mm bis 0,2 mm auf.
  • Das Fahrzeug-Panzerungsbauteil ist dreidimensional geformt. Form und Geometrie sind angepasst auf die Verwendung des Panzerungsbauteils in einem Fahrzeug.
    Das Stahlblech des Fahrzeug-Panzerungsbauteils ist besonders bevorzugt zumindest partiell warmgeformt und pressgehärtet, insbesondere ist das Stahlblech vollständig warmgeformt und pressgehärtet. Die verwendeten Panzerstähle können folglich einer Wärmebehandlung mit anschließender Abschreckhärtung unterzogen werden.
    Weiterhin kann das Fahrzeug-Panzerungsbauteil mit einer kathodischen Tauchlack-Beschichtung (KTL) versehen sein. Insbesondere erhält das Fahrzeug-Panzerungsbauteil eine kathodische Tauchlack-Beschichtung nach dem Zusammenbau im Fahrzeug und/oder nach dem Zusammenbau mit weiteren Bauteilkomponenten, insbesondere Panzerungsbauteilkomponenten.
    Im Rahmen der Erfindung kommt ein Panzerstahl zur Anwendung, der aus einer Stahllegierung besteht, welche mindestens folgende Legierungsbestandteile, ausgedrückt in Gewichtsprozent (Gew.-%) aufweist:
    • Kohlenstoff (C) 0,2 - 0,5
    • Mangan (Mn) 0,3 - 2,5
    • Nickel (Ni) 0,5 - 3,0
    Die erfindungsgemäß verwendete Stahllegierung weist vorzugsweise folgende weitere Legierungsbestandteile, ausgedrückt in Gewichtsprozent (Gew.-%) auf:
    • Silizium (Si) 0,1 - 3,0
    • Phosphor (P) < 0,05
    • Schwefel (S) < 0,02
    • Aluminium (Al) < 0,08
    • Kupfer (Cu) < 0,12
    • Molybdän (Mo) 0,1 - 1,0
    • Bor (B) 0,001 - 0,01
    • Stickstoff (N) < 0,05
    • Chrom (Cr) 0,1 - 1,0
    • Titan (Ti) < 0,1
    • Cobalt (Co) < 2,0
    • Niob (Nb) < 0,08.
    Ein Fahrzeug-Panzerungsbauteil aus einem Panzerstahl aus einer vorstehend dargelegten Stahllegierung in der Kombination mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung weist besonders gute Eigenschaften hinsichtlich der Beschussfähigkeit, insbesondere auch einer Mehrfachbeschussfähigkeit und der Durchschusshemmung auf. Insbesondere konnten mit einem Panzerstahl aus der erfindungsgemäß verwendeten Stahllegierung in der Kombination mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Beschichtung eine vorteilhafte Wanddickenreduktion der Panzerungsbauteile unter Gewährleistung der geforderten Widerstands- bzw. Beschussklassen erreicht werden.
    Das Stahlblech weist insbesondere nach dem Warmformen und Presshärten eine Härte von 520 bis 620 Vickers (HV) auf.
    Besonders vorteilhafte Beschussresistenz bzw. eine erhöhte Mehrfachbeschussfähigkeit haben sich gezeigt aufgrund dessen, dass die Beschichtung eine Härte von 20 bis 100 Vickers (HV) aufweist.

Claims (8)

  1. Dreidimensional geformtes Fahrzeug-Panzerungsbauteil, umfassend ein Stahlblech aus Panzerstahl, welches zumindest partiell warmgeformt und pressgehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech zumindest einseitig eine mit dem Stahlblech verbundene Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung aus einem gegenüber dem Panzerstahl weicheren Metallwerkstoff besteht und die Beschichtung eine thermisch aufgespritzte Schicht ist, wobei die Beschichtung eine Dicke von 0,05 mm bis 0,2 mm aufweist und das Stahlblech eine Härte von 520 bis 620 Vickers (HV) aufweist sowie die Beschichtung eine Härte von 20 bis 100 Vickers (HV) aufweist.
  2. Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stahlblech verbunden ist.
  3. Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus Al99,5, besteht.
  4. Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Zink oder einer Zinklegierung besteht.
  5. Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech eine Dicke von 5,0 mm bis 10,0 mm, insbesondere 7,0 mm bis 9,5 mm, vorzugsweise 7,3 mm bis 8,4 mm, aufweist.
  6. Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer kathodischen Tauchlack-Beschichtung (KTL) versehen ist.
  7. Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Panzerstahl aus einer Stahllegierung besteht, welche mindestens folgende Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent (Gew.-%) aufweist:
    - Kohlenstoff (C) 0,2 - 0,5
    - Mangan (Mn) 0,3 - 2,5
    - Nickel (Ni) 0,5 - 3,0
    sowie weitere Legierungsbestandteile, Rest Eisen (Fe) und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
  8. Fahrzeug-Panzerungsbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahllegierung folgende weitere Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent (Gew.-%) aufweist:
    - Silizium (Si) 0,1 - 3,0
    - Phosphor (P) < 0,05
    - Schwefel (S) < 0,02
    - Aluminium (Al) < 0,08
    - Kupfer (Cu) < 0,12
    - Molybdän (Mo) 0,1 - 1,0
    - Bor (B) 0,001 - 0,01
    - Stickstoff (N) < 0,05
    - Chrom (Cr) 0,1 - 1,0
    - Titan (Ti) < 0,1
    - Cobalt (Co) < 2,0
    - Niob (Nb) < 0,08
EP16191710.9A 2015-10-05 2016-09-30 Fahrzeug-panzerungsbauteil Active EP3153810B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015116879.0A DE102015116879B4 (de) 2015-10-05 2015-10-05 Fahrzeug-Panzerungsbauteil

Publications (2)

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