EP0897097B1 - Sandwichplatte zum Schutz gegen explosive Minen - Google Patents

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EP0897097B1
EP0897097B1 EP98114601A EP98114601A EP0897097B1 EP 0897097 B1 EP0897097 B1 EP 0897097B1 EP 98114601 A EP98114601 A EP 98114601A EP 98114601 A EP98114601 A EP 98114601A EP 0897097 B1 EP0897097 B1 EP 0897097B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
protection device
mine protection
structural element
element plate
mine
Prior art date
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Application number
EP98114601A
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English (en)
French (fr)
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EP0897097A3 (de
EP0897097A2 (de
Inventor
Gerd Kellner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Original Assignee
Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
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Publication of EP0897097A3 publication Critical patent/EP0897097A3/de
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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
    • F41H7/00—Armoured or armed vehicles
    • F41H7/02—Land vehicles with enclosing armour, e.g. tanks
    • F41H7/04—Armour construction
    • F41H7/042—Floors or base plates for increased land mine protection
    • 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
    • F41H5/0442—Layered armour containing metal
    • F41H5/0457—Metal layers in combination with additional layers made of fibres, fabrics or plastics

Definitions

  • the invention relates to a mine protection device for land, air or water vehicles.
  • splinter protection material for example made of aramid fabric, GRP or composite (ceramic composite material) or the like provided subsequently, the attachment of this Material in the interior of the vehicle, for example in the cab, or outside, for example in the wheel arch area.
  • splinter protection material for example made of aramid fabric, GRP or composite (ceramic composite material) or the like provided subsequently, the attachment of this Material in the interior of the vehicle, for example in the cab, or outside, for example in the wheel arch area.
  • the honeycomb structure can be filled with materials that additionally absorb and distraction of the honeycomb structure towards the blast effect strengthen.
  • the balsa wood is used in the dynamic deflection of the composite structure compresses due to the blast effect and thus creates a deformation space for the upstream ballistic Kevlar protective layer.
  • This sandwich arrangement between two relatively thick armor steel sheets is shown very varied, whereby air gaps can also be introduced.
  • DE 78 16 558 U1 discloses a bulletproof security composite panel, which among other things. to Securing partitions, door panels and flooring panels can be used can.
  • the sandwich plate consists of a metallic and bulletproof layer, on the one an inhibiting layer against hot tools and a rigid polyurethane foam layer are upset. About the inhibition layer and wall thicknesses of the No information is given on the respective layers.
  • US 4,061,815 describes a layer structure composed of one or more polyurethane layers between an outer layer of aluminum or GRP and an inner one thin holding layer made of the same materials.
  • One of the inner layers can can also be formed by a hard foam of the most varied types.
  • the polyurethane layer can with hard fillers, such as ceramic or granite particles, quartz or metallic particles.
  • DE 29 34 050 A1 is a composite panel for armoring vehicle interiors known from a multi-layer structure made of two armored steel plates and a filling layer made of hard foam or wood and intermediate layers made of GRP is.
  • DE 31 19 786 A1 discloses a device for securing flat structures, in particular metallic floor parts of motor vehicles, against the action of Explosive devices.
  • a device for securing flat structures, in particular metallic floor parts of motor vehicles against the action of Explosive devices.
  • a multilayer structure is disclosed in DE-OS 22 01 637, in which between two steel layers a composite body made of steel fiber fleece and polyurethane foam located.
  • the steel fibers can also be used in various other plastics or copolymers can be embedded.
  • DE-OS 21 51 015 is a bulletproof, consisting of several layers Armor for motor vehicles described, preferably made of plastic layers Polyamide can be used, in which a fabric or fleece made of metal fibers is embedded is. In a further marking, the polyamide plate is in the form of a Corrugated plate formed or the corrugated plate consists of tightly joined pipe shells.
  • DE 36 27 485 A1 discloses the floor covering of a safety passenger car, that of several bulletproof fabrics and a foam layer exists between the vehicle floor and these fabric layers.
  • US-A-2 405 590 discloses a protection device for watercraft against mine explosion described, which is composed of several layers, wherein From the load side, the layer structure is initially a metal plate, then a layer of granular material, such as sand, then again a metal plate, followed by a layer of corrugated Has metal springs, on which in turn a metal plate, a layer of granular material and a metal plate forming the back.
  • the mine protection according to the invention can be stationary with the vehicle, as a so-called integrated solution. Alternatively, it can also be used as an adaptable mine protection be formed, which is only attached to a vehicle when needed. This offers the advantage that the vehicle and mine protection device are treated logistically separately and the vehicles can only be used in a mine at risk Area with the mine protection device. As a result, the mine protection device not be moved with the vehicle during normal driving.
  • the mine protection according to the invention can also consist of a mixed arrangement, i.e. outside adapted and inside integrated arrangement exist to in particular Dimensions of the local conditions of a vehicle construction or possibly necessary Retrofitting measures to meet existing vehicles.
  • the figures show only the features essential to the invention. Therefore, they are all in drawn in a simplified form to clearly emphasize the essentials of the invention. Furthermore, only protection of the vehicle floor is spoken of in the following. However, it is a feature of the invention that the mine protection according to the invention in the same way as described for the side protection of vehicles applies.
  • the mine protection device is essentially used below for land vehicles shown. However, in the sense of the invention, vehicles are also considered to be vehicles and aircraft, insofar as this described or an equivalent mine protection device is technically applicable. In particular, the mine protection device applies to Protection of the interior of armored vehicles or main battle tanks.
  • the mine protection device according to the invention is shown as an integrated solution in its basic structure.
  • the load side ie the outer and thus the load wall of the vehicle floor 2 consists for example of armored steel, aluminum or fiber composite materials.
  • a first layer 3 of hard foam with a density of more than 100 kg / m 3 and a thickness of at least 10 mm is arranged behind it. This hard foam layer 3 dampens the strong dynamic movement of the outer wall 2, which arises due to the blast effect of a mine 5 when it is blown under the vehicle floor, and distributes the pressure load over a large area.
  • the rigid foam layer 3 is followed by a structural element plate 6, which in the example shown according to Figure 1 with only two boundary layers 7 and 8 and an intermediate layer 9 truss-like structure, so as to make the structure clear overall.
  • the cover or boundary layers 7 and 8 are with the framework-like intermediate layer 9 connected for example by an elastic adhesive. With metallic Materials can also connect the cover plates 7 and 8 to the layer 9 Welding, soldering, riveting or the like.
  • the inner (actual) vehicle floor 4 is located above the structural element plate 6 as a termination to the crew compartment.
  • a very rigid and light layer 11 for example made of pressed synthetic wood (Lignostone) or CFRP, can be arranged between the vehicle floor 4 and this second hard foam layer 10.
  • This rigid layer 11 can also be designed in a special way as a splinter protection plate, for example made of ceramic fiber composite materials or ceramic-lignostone composite or similar arrangements, in order to ward off incoming fragments or similar fragments in front of the relatively thin wall to the team room.
  • Such a splinter protection plate (layer 11) can generally also be positioned at other points in the layer structure, for example between the outer vehicle floor plate 2 and the first hard foam layer 3 or between hard foam layer 3 and structure plate 6.
  • the integrated arrangement of the individual described according to FIG Layers can also be replaced by an adapted-integrated arrangement in which a Part of the layers behind the load side, i.e. the outer vehicle floor 2 in Inside the vehicle (integrated) and the rest of the layers outside on the floor of the vehicle 2 (adapted) are attached.
  • FIG. 2 An example of the adapted-integrated mine protection solution is shown in FIG. 2.
  • the Layers shown in FIG. 1 are arranged differently in this case.
  • the adapted Part consists for example of a splinter protection plate or layer 11 and the Hard foam layer 3, which are located in a thin housing 2.1, which with the outer floor panel 2 of the vehicle connected by mechanical fasteners is.
  • the structural element plate 6 and a light hard foam plate are an integrated part 10 between the outer floor panel 2 and the inner vehicle floor 4 arranged. This arrangement can, of course, by adding layers to any Digits are added.
  • the entire mine protection according to the invention can also be below the outside alone Vehicle floor 2 can be attached as an adapted solution. But mostly only very small Construction depths are permitted due to the required ground clearance, such is Mine protection structure from only a few layers, which are made of highly effective materials are filled. Based on FIGS. 1 and 2, such is adapted Mine protection shown in Figure 3.
  • Such an adapted layer structure can be firmly connected to the vehicle floor 2 be or only be attached on site by simple mechanical fasteners. The same applies to an integrated-adapted solution for the outside one Layer structure. As a result, the vehicle remains in use until it is used before Crisis area easier and more agile.
  • the described, not firmly integrated mine protection devices can then be Transport separately from land, water or air vehicles.
  • Plastic work can either be achieved by a homogeneous component, for example a thick plate with sufficient dynamic-plastic behavior or by constructive measures.
  • the truss structure 6 according to FIG. 1 is shown modified in FIG. 4.
  • additional webs 15, in this example perpendicular to the direction of movement the boundary layers 7 and 8, attached This would be the case with dynamic Compressing the structural element plate 6 after a resistance noticeably increase certain path.
  • plastically deformable intermediate layers are to be used in the structural element plate 6 Bars 16 (zigzag), such as those made of metal, in particular steel or others Metals with corresponding dynamic-plastic properties or fiber composite materials or elastomers can be used. But also springy Elements can be used as intermediate layers.
  • FIG. 6 shows a structural element plate 6 with friction and expansion elements 17 and 18, which first increase the resistance continuously under dynamic load and come to a stop after a set path and then the resistance again Lift.
  • the friction and expansion elements 17 and 18 may be more preferred Be carried out in strips.
  • the material is both plastic and elastic Materials with high damping properties provided.
  • FIG. 7 shows an intermediate layer slotted, arched profiles that are arranged in strips. With the dynamic The profiles will bulge or bend plastically and thus create a load generate variable resistance. Metals also come as a material, but also Plastics and especially elastomers in question.
  • FIG. 8 shows a modification of the damping arrangement according to FIG. 6, in which the strip-shaped damping elements 17 in a relatively solid support plate 20 can run in with correspondingly milled grooves.
  • FIG. 9 shows a damping intermediate layer in which the friction or Compression elements 23 act on both sides analogously to FIG. 6, the elements being Strips can be made very easily.
  • the counter bearings 21 are alternatively also to be produced as strips or plates with corresponding grooves.
  • the upsetting elements 23 are preferably held by a flat element 22, similar to the ball guides (Cage) for a ball bearing (roller bearing).
  • the intermediate layers according to FIGS. 6 to 9 can also be made of round or differently shaped ones Individual elements, often in regular or irregular distribution are arranged between the two boundary layers 7 and 8 are formed. Furthermore, the individual elements can be rod-shaped and in pairs at a distance be arranged parallel to each other.
  • the boundary layer 7 can be made of a perforated carrier plate in a preferred manner 20 or 21, for example perforated panels (round, square) made of high-strength armored steel, for example MARS 300 or 600, nitrogen alloy steel with the highest hardness and at the same time very high elongation, stainless steel, aluminum or fiber composite materials (CFK, GFK) be formed.
  • a perforated carrier plate in a preferred manner 20 or 21, for example perforated panels (round, square) made of high-strength armored steel, for example MARS 300 or 600, nitrogen alloy steel with the highest hardness and at the same time very high elongation, stainless steel, aluminum or fiber composite materials (CFK, GFK) be formed.
  • Figure 8 and Figure 9 were such an arrangement in exemplarily suffice.
  • FIG. 10 there are two intermediate layers 24 made of, for example, sinusoidally corrugated, metallic Material formed.
  • a multi-layer structure is indicated, the in principle can also consist of very many of the thin individual layers, for example ten or twenty intermediate layers 24 with the respective cover layers 7 and 8. Such an arrangement is very advantageous if there is sufficient depth for mine protection is available.
  • the layers or layers 24 can be made of materials of different thicknesses or made of changing materials. In this way, a certain, increasing plastic resistance can again can be set.
  • a multi-layer structure according to the invention from an optimal number thin individual or boundary layers 7 and 8 and intermediate layers 24 is then in particularly suitable to minimize the dynamic deflection of the vehicle floor.
  • the structural element plate 6 being made of a multilayer structure with undulating intermediate layers 24 and the respective Boundary layers 7 and 8 is formed by the rigid foam layer 3 already damped movement of this vehicle floor layer facing the load 2 successively in the thin boundary and intermediate layers further decreased.
  • the many undulating intermediate layers 24 in the respective individual structures are pressed together (crash zone) and form together with the many boundary layers 7 and 8 an increasingly massive Layer packet.
  • the movement of the vehicle floor even within the layer structure to a standstill come.
  • a metal sandwich structure according to FIG. 10 formed from a plurality of structural layers 6 can, for example, be formed from thin aluminum or steel layers.
  • Such an embodiment is known under the brand name METAWELL plate from VAW Metawell GmbH.
  • a double plate made of aluminum, for example, has a height of eleven millimeters with a weight per unit area of 9.4 kg / m 2 .
  • the bending moment in the longitudinal direction, ie measured across the shafts, is 2050 Nmm / mm and transversely, ie with the shafts, 1240 Nmm / mm. These differences in the bending moment can be compensated for by a cross arrangement of the individual layers.
  • the permissible compressive force for the double plate is 3.5 N / mm 2 .
  • corrugated metal plates made of galvanized steel, which can withstand a pressure load up to three times that of the corresponding aluminum plates.
  • any combination of aluminum and steel meta corrugated sheets are also conceivable or other changes to the metal sandwich structure, which are explained below.
  • the individual layers 6 of the metal sandwich structure can be designed very variably.
  • the undulating intermediate layers 24 each run diametrically offset from one another or be shifted by 180 ° in the longitudinal direction. This means that valleys and Height of the waveform in the case of a multilayer structure directly opposite.
  • Another very effective design lies in the cross arrangement of the wave layers. Here is each layer is arranged rotated by 90 °.
  • FIG 11 Another design option for the multilayer structure is shown in FIG 11 using the example of the construction with metawell plates according to FIG. 10.
  • the Layer structure 6 are laterally spaced, open or closed Hollow profile body 26 used.
  • the mixture is hollow Full profile bodies 26 and 25 possible.
  • the second intermediate layer is the example the introduction of an open profile body 27 shown.
  • the hollow and solid profile bodies 26 and 25 or the open profile body 27 between the respective layers 6 of the multilayer Structure construction also as a load-dependent, deformable structural body be introduced from metal or plastic.
  • Substances with certain properties can be filled into the hollow profile body 26.
  • other hollow bodies that are deformable on liquids are elastic and / or plastically deformable materials or substances with shock-absorbing properties thought.
  • This structure according to Figure 11 thus offers a wide range of interesting Possible uses for a formed from several layers 6 Structure in addition to its primary mine protection.
  • Examples include the inclusion of liquid fuels for drive motors, the design for fish intake air or exhaust air from the drive motors and picked out the training as a heat exchanger. This list is not complete and only indicates the versatility of the multi-layer structure Mine protection when used in a vehicle.
  • the mine protection device not only consistently formed over a large area, but rather also from individual, area-limited and more manageable, modular mine protection devices can be.
  • this partially segmented design there are between the individual mine protection modules connecting and edge webs set, the whole or partly consist of perforated metal sheets or plastics.
  • This through Bridges or similar arrangements of separate construction can alternatively in whole or in part
  • the single or multi-layer structure 6 concern, but not all or even just a part of the remaining layers.
  • Such a mine protection device with a total height of 150 mm can be integrated Solution between the outer bottom plate 2, i.e. the debit side and the inner vehicle floor 4 to be arranged as the end of the crew compartment.
  • a 40 mm thick first hard foam layer 3 with a density of 300 to 400 kg / m 3 is arranged behind the outer base plate 2 made of armored steel with a thickness of 8 mm. Above it is a 10 mm thick, dynamically pressure-resistant shatter protection plate 11.1, for example made of composite material or lignostone. This is followed by a first structural layer 6.1 composed of four cross-layered metawell panels (20 mm in total) made of aluminum and a second 10 mm thick rigid foam layer 10.1 with a density of 110 kg / m 3 .
  • the subsequent second structural layer 6.2 likewise consists of four cross-glued, individual metawell panels (20 mm), and the third rigid foam panel (10 mm) 10.2 can have the same density as the rigid foam layer 10.1 arranged in front of it or a lower density, for example 50 to 80 kg / m 3 , have.
  • the third structural layer (20 mm) 6.3 is identical to the previous one.
  • the structure of the three structure layers 6.1, 6.2 and 6.3, which are the same in this example, can of course also be different in the sense of the preceding descriptions.
  • the fourth hard foam layer (10 mm) 10.3 serves to decouple the last remainder of the possibly still arriving dynamic movement of the overall structure in connection with the dynamically pressure-resistant layer made of lignostone (10 mm) 11.2 from the inner wall 4 of the vehicle, ie the crew compartment. Therefore, this fourth rigid foam layer 10.3 should have the lowest possible density, for example only 30 to 50 kg / m 3 .

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Description

Die Erfindung betrifft eine Minenschutzvorrichtung für Land-, Luft- oder Wasserfahrzeuge.
Der Schutz von Fahrzeugen und deren Insassen gegen Minen gewinnt zunehmend an Bedeutung, da insbesondere beim Einsatz in Krisengebieten mit vielen verdeckt verlegten Schützenabwehr- oder Panzerminen gerechnet werden muß. Zum Teil existieren für diese Mine keine Verlegepläne mehr, weil diese entweder bewußt nicht angelegt wurden oder in den Kriegswirren verlorengegangen sind. Bei den Fahrten in nicht aufgeklärtes bzw. freigegebenes Gelände kommt es daher vermehrt zu Minenexplosionen mit in der Regel schwerwiegenden Folgen für die Fahrzeuge und deren Besatzungen.
Bei der Wirkung durch eine Minenexplosion sind vorrangig zwei Kriterien zu beachten; nämlich zum einen die Blast- oder Druckwelle durch die Detonation des Sprengstoffes und zum anderen, insbesondere bei den Schützensplitterabwehrminen, die Splitterleistung durch verformte Splitter oder durch die Minenhülle selbst.
Bei den in letzter Zeit durchgeführten Nachrüstprogrammen für Fahrzeuge mit unzureichendem Minenschutz wurde primär der Splitterschutz in den Vordergrund gestellt. Dabei werden die Bodenbereiche der zu schützenden Fahrzeuge mit Splitterschutzmaterial, zum Beispiel aus Aramidgewebe, GFK oder Composite (Keramik-Verbundmaterial) oder dergleichen nachträglich versehen, wobei die Anbringung dieses Materials im Innenraum des Fahrzeuges, beispielsweise im Fahrerhaus, oder außerhalb, beispielsweise im Radkastenbereich, erfolgen kann. Diese Schutzmaßnahmen bewirken zumeist eine ausreichende Sicherheit gegen die Minensplitter. Sie bieten allerdings keinen ausreichenden Schutz gegen die Blastwirkung einer Panzerabwehrmine.
Bei der Ansprengung des Bodenbereiches eines gepanzerten Fahrzeuges und insbesondere eines Schützen- oder Kampfpanzers mit einer Druckmine und einer Sprengladung von 5 bis 10 kg TNT erfolgt aufgrund der Blastwirkung eine dynamische Durchbiegung bzw. ein Durchschwingen des Fahrzeugbodens, die groß genug ist, um die Besatzung zumindest kampfunfähig zu machen, auch wenn der Fahrzeugboden keine Risse bekommt. Weiterhin bewirkt die dynamische Durchbiegung des Fahrzeugbodens eine Deformation der Seitenwände, wodurch die daran befestigten Geräte aus den Halterungen gerissen werden und zum Teil, ebenfalls die Besatzung gefährdend, unkontrolliert durch den Kampfraum fliegen.
Die US 4,404,889 geht ausführlich auf diese Problematik ein. Ein Lösungsansatz wäre es u.a., Besatzung und Geräte von der dynamischen Belastung abzukoppeln. Dies erfordert jedoch einen beträchtlichen konstruktiven Mehraufwand.
Technisch optimal wäre daher eine Maßnahme, welche die dynamische Durchbiegung des Fahrzeugbodens und der Seitenwände verhindert oder doch zumindest usreichend stark begrenzt und damit auch die Schockbelastung auf den Fahrzeugboden bzw. auf die Gesamtstruktur infolge der Minensprengung verringert.
In der US 4,404,889 wird eine Compositepanzerung für gepanzerte Fahrzeuge und speziell für den Fahrzeugboden beschrieben, die im wesentlichen aus fünf Grundmaterialien besteht:
  • eine innere und eine äußere Panzerstahlplatte mit einer Dicke von ca. 13 bzw. 19 mm,
  • Balsaholz mit einer Schichtdicke von etwa 12 mm,
  • eine ballistische Schutzschicht aus Kevlar mit ca. 13 bis 19 mm Dicke, die zwischen zwei dünnen (o,3 bis 1 mm) Stahlfolien eingebettet ist, und
  • eine Honeycombstruktur mit ca. 15 mm Dicke.
    • Die Honeycombstruktur kann dabei mit Materialien gefüllt sein, die zusätzlich das Absorptions- und Ablenkungsvermögen der Honeycombstruktur gegenüber der Blastwirkung verstärken. Das Balsaholz wird bei der dynamischen Durchbiegung des Compositeaufbaus infolge der Blastwirkung komprimiert und schafft somit einen Deformationsraum für die vorgeschaltete ballistische Kevlarschutzschicht. Diese Sandwichanordnung zwischen zwei relativ dicken Panzerstahlblechen ist sehr variantenreich dargestellt, wobei auch Luftzwischenräume eingebracht werden können.
    Die DE 78 16 558 U1 offenbart eine beschußfeste Sicherheitsverbundplatte, die u.a. zur Sicherung von Trennwänden, Türfüllungen und Fußbodenbelagplatten verwendet werden kann. Die Sandwichplatte besteht aus einer metallischen und beschußfesten Schicht, auf der eine Hemmschicht gegen Warmwerkzeuge und eine Polyurethan-Hartschaumschicht aufgebracht sind. Über die Hemmschicht sowie Wandstärken der jeweiligen Schichten sind keine Angaben gemacht.
    Die US 4,061,815 beschreibt einen Schichtaufbau aus einer oder mehreren Polyurethanschichten zwischen einer äußeren Schicht aus Aluminium oder GFK und einer inneren dünnen Halteschicht aus den gleichen Materialien. Eine der inneren Schichten kann dabei auch durch einen Hartschaum der verschiedensten Sorten gebildet sein. Die Polyurethanschicht kann mit harten Füllstoffen, wie Keramik- oder Granitteilchen, Quarz oder metallische Partikel versehen sein.
    Durch die DE 29 34 050 A1 ist eine Verbundplatte zur Panzerung von Fahrzeuginnenräumen bekannt, die aus einem mehrschichtigen Aufbau aus zwei Panzerstahlplatten und einer Füllschicht aus Hartschaum oder Holz und Zwischenschichten aus GFK gebildet ist.
    Die DE 31 19 786 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Sicherung von Flächengebilden, insbesondere metallischen Bodenteilen von Kraftfahrzeugen, gegen die Wirkung von Sprengkörpern. Dabei ist auf einer Seite des Flächengebildes (Innenseite des Fahrzeugbodens) mindestens eine Lage aus einer harzgetränkten, zusammenhängenden Fasermatte aufgebracht und mit dem Flächengebilde fest verbunden.
    Ein mehrschichtiger Aufbau ist in der DE-OS 22 01 637 offenbart, bei dem sich zwischen zwei Stahlschichten ein Verbundkörper aus Stahlfaservlies und Polyurethanschaumstoff befindet. Die Stahlfasern können dabei auch in diverse andere Kunststoffe oder Mischpolymerisate eingebettet sein.
    In der DE-OS 21 51 015 ist eine beschußsichere, aus mehreren Schichten bestehende Panzerung für Kraftfahrzeuge beschrieben, in der vorzugsweise Kunststoffschichten aus Polyamid verwendet werden, in die ein Gewebe oder Vlies aus Metallfasern eingelagert ist. In einer weitergehenden Kennzeichnung ist die Polyamidplatte in Gestalt einer Wellplatte ausgebildet bzw. besteht die Wellplatte aus dicht aneinandergefügten Rohrschalen.
    Die DE 36 27 485 A1 offenbart den Bodenbelag eines Sicherheits-Personenkraftwagens, der aus mehreren beschußsicheren Geweben und einer Schaumstoffschicht zwischen Fahrzeugboden und diesen Gewebeschichten besteht.
    Ein flexibler und hochtemperaturbeständiger Schutz gegen Geschosse und Granasplitter ist in der US 2,668,420 beschrieben, bei dem geshreddertes Teflon in einem Gewebesack aus verformbaren Material angeordnet ist. Ein solcher Schutz läßt sich dadurch leicht der jeweiligen gekrümmten Kontur des zu schützenden Gerätes anpassen.
    In US-A-2 405 590 ist eine Schutzvorrichtung für Wasserfahrzeuge gegen Minenexplosion beschrieben, die aus mehreren Schichten aufgebaut ist, wobei von der Belastungsseite her gesehen der Schichtenaufbau zunächst eine Metallplatte, dann eine Schicht aus körnigem Material, beispielsweise Sand, dann wiederum eine Metallplatte, daran anschließend eine Schicht aus gewellten Metallfedern aufweist, worauf wiederum eine Metallplatte, eine Schicht aus körnigem Material und eine die Rückseite bildende Metallplatte folgen.
    Als Stand der Technik ist somit davon auszugehen, daß Sandwichaufbauten mit unterschiedlichsten Materialien und in einer Vielzahl von Anordnungen bekannt sind. Allerdings beziehen sich die meisten Anordnungen auf eine andere Aufgabenstellung, d.h. die Beschußsicherheit gegen Geschosse und Granatsplitter. Bei dem Pkw-Bodenschutz gegen Handgranaten ist die Blastwirkung relativ unbedeutend, so daß diese bekannten Anordnungen ebenfalls nicht relevant für die Aufgabenstellung sind.
    Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Minenschutzvorrichtung der eingangs genannten Art dergestalt zu schaffen, daß die Bedrohung durch Minen aufgrund von Splitter- und Blastwirkung weitgehend kompensiert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, zumindest Teilbereiche der Minenschutzvorruchtung für andere fahrzeugspezifische Verwendungen vorzusehen.
    Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine weitergehende Verwendungsaufgabe ist in den Patentansprüchen 23 bis 25 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.
    Der erfindungsgemäße Minenschutz kann mit dem Fahrzeug stationär, als sogenannte integrierte Lösung, verbunden sein. Alternativ kann er auch als adaptierbarer Minenschutz ausgebildet sein, der erst bei Bedarf an einem Fahrzeug befestigt wird. Dies bietet den Vorteil, daß Fahrzeug und Minenschutzvorrichtung logistisch getrennt behandelt werden können und die Fahrzeuge erst beim Einsatz in einem durch Minen gefährdeten Gebiet mit der Minenschutzvorrichtung ausgestattet werden. Dadurch muß die Minenschutzvorrichtung im normalen Fahrbetrieb nicht mit dem Fahrzeug bewegt werden.
    Der erfindungsgemäße Minenschutz kann aber auch aus einer gemischten Anordnung, d.h. außen adaptierter und innen integrierter Anordnung bestehen, um in besonderem Maße den örtlichen Gegebenheiten einer Fahrzeugkonstruktion oder eventuell erforderlichen Nachrüstmaßnahmen an existierenden Fahrzeugen gerecht zu werden.
    Weitere vorteilhafte Einzelheiten sind in der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen enthalten, die Beispiele der Erfindung darstellen. Es zeigen:
    Figur 1
    einen Schnitt durch eine Minenschutzvorrichtung (integrierte Anordnung;
    Figur 2
    einen Schnitt durch eine Minenschutzvorrichtung (integriert/adaptiert);
    Figur 3
    einen Schnitt durch eine Minenschutzvorrichtung (adaptierte Anordnung);
    Figur 4
    einen Schnitt durch eine modifizierte Strukturelementplatte;
    Figur 5
    einen Schnitt durch eine weitere modifizierte Strukturelementplatte;
    Figur 6
    einen Schnitt durch eine Strukturelementlatte mit Reibungs- und Aufweitelementen;
    Figur 7
    einen Schnitt durch eine Strukturelementplatte mit Dämpfungselementen;
    Figur 8
    einen Schnitt durch eine Strukturelementplatte mit Reibungs- bzw. Stauch-Elementen und einer massiven Trägerplatte;
    Figur 9
    einen Schnitt durch eine Strukturelementplatte mit doppelseitig wirkenden Reibungs- und Stauchelementen;
    Figur 10
    eine zweischichtige Strukturelementplatte mit wellenförmigen Zwischenlagen;
    Figur 11
    eine zweischichtige Strukturelementplatte mit integrierten Profilkörpern;
    Figur 12
    einen Schnitt durch eine bevorzugte Minenschutzvorrichtung:
    Die Figuren zeigen nur die erfindungswesentlichen Merkmale. Sie sind deshalb alle in stark vereinfachter Form gezeichnet, um das Erfindungswesentliche deutlich hervorzuheben. Ferner wird nachfolgend immer nur von einem Schutz des Fahrzeugbodens gesprochen. Es ist jedoch ein Merkmal der Erfindung, daß der erfindungsgemäße Minenschutz in gleicher Weise wie beschrieben auch für den Seitenschutz von Fahrzeugen gilt. Die Minenschutzvorrichtung wird nachfolgend im wesentlichen für Landfahrzeuge dargestellt. Als Fahrzeuge gelten jedoch im Sinne der Erfindung auch Wasserfahrzeuge und Luftfahrzeuge, soweit diese beschriebene oder eine äqivalente Minenschutzvorrichtung technisch einsetzbar ist. Insbesondere gilt die Minenschutzvorrichtung zum Schutz der Innenräume von gepanzerten Fahrzeugen oderKampfpanzern.
    In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Minenschutzvorrichtung als integrierte Lösung in ihrem prinzipiellen Aufbau dargestellt. Die Belastungsseite, d.h. die äußere und damit der Belastung zugewandte Wand des Fahrzeugbodens 2 besteht beispielsweise aus Panzerstahl, Aluminium oder Faserverbundwerkstoffen. Dahinter ist eine erste Schicht 3 aus einem Hartschaum mit einer Dichte von mehr als 100 kg/m3 und einer Dicke von mindestens 10 mm angeordnet. Diese Hartschaumschicht 3 dämpft die starke dynamische Bewegung der äußeren Wand 2, die aufgrund der Blastwirkung einer Mine 5 bei der Ansprengung unter dem Fahrzeugboden entsteht und verteilt die Druckbelastung flächig auf eine größere Zone.
    Der Hartschaumschicht 3 folgt eine Strukturelementplatte 6, die im gezeigten Beispiel nach Figur 1 nur zwei Begrenzungsschichten 7 und 8 und eine Zwischenlage 9 mit fachwerkartiger Struktur aufweist, um so den Aufbau insgesamt deutlich zu machen. Die Deck- bzw. Begrenzungsschichten 7 und 8 sind mit der fachwerkartigen Zwischenschicht 9 beispielsweise durch einen elastischen Kleber verbunden. Bei metallischen Werkstoffen kann die Verbindung der Deckbleche 7 und 8 mit der Schicht 9 auch durch Schweißen, Löten, Nieten oder dergleichen erfolgen.
    Über der Strukturelementplatte 6 befindet sich der innere (eigentliche) Fahrzeugboden 4 als Abschluß zum Mannschaftsraum. Zwischen der Begrenzungsschicht 8 (Deckschicht) und dem inneren Fahrzeugboden 4 ist noch eine weitere Hartschaumschicht 10 angebracht sein, die eine geringe Dichte, beispielsweise von weniger als 100 kg/m3, aufweist. Zwischen Fahrzeugboden 4 und dieser zweiten Hartschaumschicht 10 kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine sehr biegesteife und leichte Schicht 11, beispielsweise aus Kunstharzpreßholz (Lignostone) oder CFK, angeordnet sein. Diese biegesteife Schicht 11 kann in besonderer Weise auch als Splitterschutzplatte, beispielsweise aus Keramik-Faserverbundwerkstoffen bzw. Keramik-Lignostone-Verbund oder ähnlichen Anordnungen, ausgebildet sein, um gegebenenfalls noch ankommende Splitter oder ähnliche Fragmente vor der relativ dünnen Wand zum Mannschaftsraum abzuwehren. Eine solche Splitterschutzplatte (Schicht 11) kann generell auch an anderen Stellen im Schichtaufbau positioniert sein, beispielsweise zwischen der äußeren Fahrzeugbodenplatte 2 und der ersten Hartschaumschicht 3 oder zwischen Hartschaumschicht 3 und Strukturplatte 6.
    In die Zwischenräume 12 der Strukturelementplatte 6 können geometrisch korrespondierende Körper, beispielsweise Elemente mit dämpfenden Eigenschaften 14 und/oder energieabsorbierenden Eigenschaften 13 eingebracht sein.
    Diese geometrisch korrespondierenden Körper 13 und 14 können in bevorzugter Weise bereits bei der Herstellung der Strukturelementplatte 6, die beispielsweise im DP-RTM Verfahren (DLR Braunschweig) als Verbundplatte aus Kohlefasermaterial (CFK) günstig hergestellt werden kann, als verlorene Formkörper eingebracht werden. Dann wären keine gesonderten Formkörper zusätzlich erforderlich.
    Grundsätzlich kann die gemäß Figur 1 geschilderte integrierte Anordnung der einzelnen Schichten auch durch eine adaptierte-integrierte Anordnung ersetzt werden, bei der ein Teil der Schichten hinter der Belastungsseite, d.h. dem äußeren Fahrzeugboden 2 im Inneren des Fahrzeuges (integriert) und der übrige Teil der Schichten außen am Boden des Fahrzeuges 2 (adaptiert) angebracht sind.
    Ein Beispiel für die adaptierte-integrierte Minenschutzlösung ist in Figur 2 gezeigt. Die in Figur 1 gezeigten Schichten sind in diesem Fall anders angeordnet. Der adaptierte Anteil besteht beispielsweise aus einer Splitterschutzplatte oder Schicht 11 und der Hartschaumschicht 3, die sich in einem dünnen Gehäuse 2.1 befinden, welches mit dem äußeren Bodenblech 2 des Fahrzeugs durch mechanische Befestigungsmittel verbunden ist. Als integrierter Anteil sind die Strukturelementplatte 6 und eine leichte Hartschaumplatte 10 zwischen dem äußeren Bodenblech 2 und dem inneren Fahrzeugboden 4 angeordnet. Diese Anordnung kann naturgemäß durch weitere Schichten an beliebigen Stellen ergänzt werden.
    Der gesamte erfindungsgemäße Minenschutz kann auch allein unterhalb vom äußeren Fahrzeugboden 2 als adaptierte Lösung angebracht sein. Da aber meistens nur sehr geringe Bautiefen wegen der erforderlichen Bodenfreiheit gestattet sind, wird ein solcher Minenschutzaufbau nur aus wenigen Schichten, die dafür mit hochwirksamen Werkstoffen gefüllt sind, bestehen. In Anlehnung an die Figuren 1 und 2 ist ein solcher adaptierter Minenschutz in Figur 3 dargestellt.
    Ein solcher adaptierter Schichtaufbau kann fest mit dem Fahrzeugboden 2 verbunden sein oder erst vor Ort durch einfache mechanische Befestigungsmittel befestigt werden. Das gleiche gilt bei einer integrierten-adaptierten Lösung auch für den außen angebrachten Schichtaufbau. Dadurch bleibt das Fahrzeug bis zu einem Einsatz vor Art im Krisengebiet leichter und wendiger.
    Die geschilderten, nicht fest integrierten Minenschutzvorrichtungen lassen sich dann getrennt von den Fahrzeugen zu Land, zu Wasser oder in der Luft befördern.
    Generell spielen bei der Ansprengung eines Fahrzeugbodens mit einer Sprengladung die Massenträgheit der beteiligten Strukturteile, die Fortpflanzung der Stoßbelastung, das plastische Arbeitsvermögen und der Arbeitsweg (Durchbiegung) aufgrund der hohen Dynamik der Bewegung eine besondere Rolle.
    Hieraus ergeben sich weitere Lösungsansätze für den erfindungsgemäßen Minenschutz.
    Grundsätzlich sollte möglichst viel Masse während des dynamischen Vorgangs beteiligt sein. Hierbei ist insbesondere die dynamische Zuschaltung der einzelnen Massen zu beachten, die in der Regel mit der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in den beteiligten Materialien erfolgt. Eine Schlüsselrolle spielt hier auch die sogenannte akustische Impedanz p x c, mit p als Dichte der beteiligten Werkstoffe und c als Schallausbreitungsgeschwindigkeit. Dabei liefert der Quotient (p1 x c1/p2 x c2) eine Aussage über den zwischen zwei Schichten weitergegebenen bzw. reflektierten Stoßanteil.
    Plastische Arbeit (innere Reibung) kann entweder durch eine homogene Komponente, zum Beispiel eine dicke Platte mit ausreichend dynamisch-plastischem Verhalten erzielt werden oder durch konstruktive Maßnahmen.
    Beim Abfangweg spielen die Zeit und der massenminimierte, d.h. damit der kräfteoptimierte Einsatz der beteiligten Werkstoffe die entscheidende Rolle. Deshalb werden auch überwiegend faserverstärkte Materialien im Minenschutz verwendet. Dabei wird aber häufig übersehen, daß gerade derartige Stoffe dynamisch sehr hart sein können.
    Leichte Strukturteile können wegen ihrer geringeren Trägheit besser beschleunigt werden und dadurch in die Energieverteilung bzw. den Energieabbau einbezogen werden, ausreichende Abfangwege vorausgesetzt. Insofern ist auch ein Luftzwischenraum in Verbindung mit anderen wirksamen Strukturteilen sehr gut geeignet.
    Generell, aber insbesondere bei einer adaptierten Minenschutzlösung ist es von großer Bedeutung, unter welchem Winkel der Druckstoß auftritt und ob eine rasche Entlastung, zum Beispiel durch einen Gegendruck, möglich ist. Daraus ergeben sich folgende konstruktive Ansätze für die Gestaltung eines optimalen Minenschutzes:
    • die Schockwelle sollte die Minenschutzvorrichtung unter einem Winkel beaufschlagen
    • der auftreffenden Schockwelle sollte möglichst bald eine Entlastung entgegenwirken
    • eine Kombination von beiden, d.h. schräges Auftreffen der Schockwelle und Entlastung durch Hinterströmen.
    Bei den nachfolgend dargestellten Beispielen sind diese konstruktiven Vorgaben im Ansatz bereits berücksichtigt, wobei insbesondere die fachwerkartigen Strukturelementplatten (Winkel) bzw. Lochbleche in Verbindung mit den verschiedenen federnden oder dämpfenden Elementen als Detaillösungen besonders geeignet sind.
    Die Fachwerkstruktur 6 nach Figur 1 ist in Figur 4 modifiziert dargestellt. In der Strukturelementplatte 6 sind zusätzliche Stege 15, in diesem Beispiel senkrecht zur Bewegungsrichtung der Begrenzungsschichten 7 und 8, angebracht. Dies würde beim dynamischen Zusammendrücken der Strukturelementplatte 6 den Widerstand nach einem bestimmten Weg spürbar erhöhen. Ebenso läßt sich über die Winkellage der Fachwerkstruktur 9, deren Dicke und das Material ein variabler Widerstand gegen die dynamische Bewegung einstellen. Somit kann der Minenschutz an unterschiedliche Bedrohungen angepaßt werden.
    In Figur 5 sollen in der Strukturelementplatte 6 als Zwischenlagen plastisch verformbare Stege 16 (Zickzack), wie sie beispielsweise aus Metall, insbesondere Stahl oder anderen Metallen mit entsprechend dynamisch-plastischen Eigenschaften oder Faserverbundwerkstoffen bzw. Elastomeren hergestellt werden können, dienen. Aber auch federnde Elemente können als Zwischenlagen verwendet werden.
    Figur 6 zeigt eine Strukurelementplatte 6 mit Reibungs- und Aufweitelementen 17 und 18, die bei dynamischer Belastung zuerst den Widerstand kontinuierlich erhöhen und nach einem eingestellten Weg zum Anschlag kommen und den Widerstand dann nochmals anheben. Die Reibungs- und Aufweitelemente 17 und 18 können in bevorzugter Weise streifenförmig ausgeführt sein. Als Material sind sowohl plastische als auch elastische Werkstoffe mit hohen Dämpfüngseigenschaften vorgesehen.
    Als weitere Ausführung der Strukturelementplatte 6 zeigt Figur 7 eine Zwischenlage au geschlitzten, gewölbten Profilen, die streifenförmig angeordnet sind. Bei der dynamischen Belastung werden die Profile ausbeulen bzw. plastisch knicken und somit einen variablen Widerstand erzeugen. Als Material kommen ebenfalls Metalle, aber auch Kunststoffe und insbesondere Elastomere in Frage.
    In Figur 8 ist eine Modifikation der Dämpfungsanordnung gemäß Figur 6 dargestellt, bei der die streifenfömigen Dämpfungselemente 17 in eine relativ massive Trägerplatte 20 mit entsprechend eingefrästen Nuten einlaufen können.
    In Figur9 ist eine dämpfende Zwischenschicht gezeigt, bei der die Reibungs- bzw. Stauch-elemente 23 analog zur Figur 6 doppelseitig wirken, wobei die Elemente als Streifen sehr leicht hergestellt werden können. Die Gegenlager 21 sind alternativ ebenfalls als Streifen oder Platten mit entsprechenden Nuten zu fertigen. Die Stauchelemente 23 werden vorzugsweise von einem flächigen Element 22 gehalten, ähnlich den Kugelführungen (Käfig) bei einem Kugelllager (Wälzlager).
    Die Zwischenlagen nach den Figuren 6 bis 9 können auch aus runden oder anders geformten Einzelelementen, die vielfach in regelmäßiger oder unregelmäßiger Verteilung zwischen den beiden Begrenzungsschichten 7 und 8 angeordnet sind, gebildet werden. Ferner können die Einzelelemente stabförmig ausgebildet sein und paarweise im Abstand parallel zueinander angeordnet sein.
    Dann kann in bevorzugter Weise die Begrenzungsschicht 7 aus einer gelochten Trägerplatte 20 oder 21, beispielsweise Lochblenden (rund, quadratisch) aus hochfestem Panzerstahl, zum Beispiel MARS 300 bz. 600, stickstofflegiertern Stahl mit höchster Härte und zugleich sehr hoher Dehnung, Edelstahl, Aluminium oder Faserverbundwerkstoffen (CFK, GFK) gebildet sein. Figur 8 bzw. Figur 9 wurden einer solchen Anordnung in beispielhafter Weise genügen.
    In Figur 10 sind zwei Zwischenlagen 24 aus zum Beispiel sinusförmig gewelltem, metallischem Material gebildet. Hierbei ist ein Mehrfachschichtaufbau angedeutet, der prinzipiell auch aus sehr vielen der dünnen Einzelschichten bestehen kann, beispielsweise zehn oder zwanzig Zwischenlagen 24 mit den jeweiligen Deckschichten 7 und 8. Eine solche Anordnung ist dann sehr vorteilhaft, wenn genügend Bautiefe für den Minenschutz zur Verfügung steht. Außerdem können die Schichten bzw. Lagen 24 aus unterschiedlich dicken Materialien oder aus wechselnden Materialien hergestellt werden. Auf diese Weise kann wieder ein bestimmter, zunehmender plastischer Widerstand eingestellt werden.
    Durch Versuche konnte ermittelt werden, daß bei der Ansprengung eines gepanzerten Fahrzeuges ohne besonderen Minenschutz eine starke plastische Verformung des Fahrzeugbodens in der Größenordnung von 50 mm bis 100 mm, je nach Fahrzeug- und Minentyp bzw. Bodenblech und Sprengabstand, eintritt, sofern die Wandstärke des Bodenblechs noch ausreichend dick ist und nicht durch die Druckbelastung aufreißt. Die dynamische Durchbiegung erfolgt in der sehr kurzen Zeit von einer bis mehreren Millisekunden und beträgt etwa das Doppelte bis Dreifache der plastischen Verformung.
    Ein erfingungsgemäßer, mehrschichtiger Strukturaufbau aus einer optimalen Anzahl dünner Einzel- bzw. Begrenzungsschichten 7 und 8 sowie Zwischenlagen 24 ist dann in besonderer Weise geeignet, die dynamische Durchbiegung des Fahrzeugbodens zu minimieren.
    Bei der Minenschutzanordnung nach Figur 1, wobei die Strukturelementplatte 6 aus einem vielschichtigen Aufbau mit wellenförmigen Zwischenschichten 24 und den jeweiligen Begrenzungsschichten 7 und 8 gebildet ist, wird die durch die Hartschaumschicht 3 bereits gedämpfte Bewegung dieser der Belastung zugewandten Fahrzeugbodenschicht 2 in der Folge sukzessive in den dünnen Begrenzungs- und Zwischenschichten weiter vermindert. Die vielen wellenförmigen Zwischenschichten 24 in den jeweiligen Einzelstrukturen werden dabei zusammengedrückt (Crashzone) und bilden zusammen mit den vielen Begrenzungsschichten 7 und 8 ein zunehmend massiver werdendes Schichtpaket. Je nach gewählter Bauhöhe dieses Schichtaufbaus wird die Bewegung des Fahrzeugbodens sogar noch innerhalb des Schichtaufbaus zum Stillstand kommen.
    Aufgrund der sehr biegesteifen Anordnung des vielschichtigen Strukturaufbaus bzw. der jeweiligen Einzelschichten und deren Anordnung, beispielsweise bei kreuzweiser Verklebung, ist eine dynamische Durchbiegung des gesamten Sandwichaufbaus praktisch ausgeschlossen oder zumindest stark erschwert. Je nach Dimensionierung von Hartschaumschicht 3 und dem mehrschichtigen Strukturaufbau 6 wird es daher keine oder zumindest nur eine minimale Durchbiegung des erfindungsgemäßen Minenschutzaufbaus an der Oberseite, d.h. dem eigentlichen Fahrzeuginnenboden 4 geben. Die letzte Begrenzungsschicht 8 des Sandwichaufbaus 6 als Abschluß zum Fahrzeuginnenraum kann etwas stärker ausgeführt sein, um die Belastungen durch die Fahrzeugbesatzung oder Geräte im Fahrbetrieb aufnehmen zu können.
    Ein aus mehreren Strukturschichten 6 gebildeter Metall-Sandwichaufbau gemäß Figur 10 kann beispielsweise aus dünnen Aluminium- oder Stahlschichten gebildet sein. Eine solche Ausführung ist unter dem Markennamen METAWELL-Platte der Firma VAW Metawell GmbH bekannt. Eine Doppelplatte aus Aluminium besitzt beispielsweise eine Höhe von elf Millimeter bei einem Flächengewicht von 9,4 kg/m2. Das Biegemoment beträgt in Längsrichtung, d.h. quer über die Wellen gemessen, 2050 Nmm/mm und transversal, d.h. mit den Wellen, 1240 Nmm/mm. Durch eine Kreuzanordnung der Einzelschichten lassen sich diese Unterschiede im Biegemoment ausgleichen. Die zulässige Druckkraft für die Doppelplatte beträgt 3,5 N/mm2. Höhere Werte lassen sich mit Metawellplatten aus verzinktem Stahlblech erreichen, die eine Druckbelastung bis zum Dreifachen der entsprechenden Aluminiumplatten vertragen. Natürlich sind auch beliebige Mischformen aus Aluminium- und Stahl-Metawellplatten denkbar bzw. weitere Änderungen am Metall-Sandwichaufbau, die nachfolgend erläutert werden.
    Die einzelnen Schichten 6 des Metall-Sandwichaufbaus lassen sich sehr variabel gestalten. Einmal können in Abweichung zu dem in Figur 10 dargestellten Verlauf die wellenförmigen Zwischenlagen 24 untereinander jeweils diametral versetzt verlaufen bzw. in Längsrichtung um 180° verschoben sein. Dadurch liegen sich jeweils Täler und Höhen der Wellenform beim mehrschichtigen Aufbau direkt gegenüber. Eine weitere sehr effektive Gestaltung liegt in der Kreuzanordnung der Wellenschichten. Hierbei ist jede Lage jeweils um 90° gedreht angeordnet.
    Andere Varianten für die wellenförmigen Zwischenschichten 24 können sich aus der Form selbst ergeben. So sind beispielsweise Z-förmige oder winkelförmige oder noch andere Gestaltungsmöglichkeiten der Zwischenschichten 24 denkbar. Wichtig ist das Merkmal, daß die Zwischenschichten 24 bei senkrechter oder geneigter Druckbelastung seitwärts ausweichen bzw. zusammengedrückt werden können, um somit die Crashzone zu bilden.
    Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit des mehrschichtigen Strukturaufbaus ist in Figur 11 am Beispiel der Konstruktion mit Metawellplatten gemäß Figur 10 dargestellt. In den Schichtaufbau 6 sind seitlich zueinander im Abstand angeordnete, offene oder geschlossene Hohlprofilkörper 26 eingesetzt. Zugleich ist gezeigt, daß auch homogene Körper bzw. Vollprofilkörper 25 eingesetzt werden können. Ferner ist die Mischung von Hohlund Vollprofilkörpern 26 und 25 möglich. In der zweiten Zwischenschicht ist das Beispiel der Einbringung eines offenen Profilkörpers 27 gezeigt.
    In Erweiterung der Aufbauten nach Figur 11 können die Hohl- und Vollprofilkörper 26 und 25 bzw. die offenen Profilkörper 27 zwischen den jeweiligen Schichten 6 des mehrschichtigen Strukturaufbaus auch als belastungsabhängige, deformierbare Strukturkörper aus Metall oder Kunststoff eingebracht sein.
    In die Hohlprofilkörper 26 können Stoffe mit bestimmten Eigenschaften eingefüllt sein. Dabei ist beispielsweise an Flüssigkeiten, verformbare weitere Hohlkörper, elastisch und/oder plastisch verformbare Materialien oder Stoffe mit schockdämpfenden Eigenschaften gedacht. Dieser Aufbau nach Figur 11 bietet somit eine große Palette von interessanten Verwendungsmöglichkeiten für einen aus mehreren Schichten 6 gebildeten Strukturaufbau zusätzlich zu seiner primären Minenschutzwirkung.
    Aus der Palette seien beispielhaft die Aufnahme von flüssigen Treibstoffen für Antriebsmotoren, die Gestaltung für fische Ansaugluft oder die Abluft der Antriebsmotoren und die Ausbildung als Wärmetauscher herausgegriffen. Diese Aufzählung ist nicht vollständig und deutet nur die Vielseitigkeit des mehrschichtigen Strukturaufbaus als Minenschutz beim Einsatz in einem Fahrzeug an.
    Schließlich ist es auch Gegenstand der Erfindung, daß die Minenschutzvorrichtung nicht nur großflächig durchgehend gebildet, sondern vielmehr auch aus einzelnen, flächebegrenzten und besser handhabbaren, modularen Minenschutzvorrichtungen zusammengesetzt sein kann. Bei dieser partiell segmentierten Bauweise sind zwischen den einzelnen Minenschutzmodulen Verbindungs- und Randstege gesetzt, die ganz oder teilweise aus gelochten metallischen Blechen oder Kunststoffen bestehen. Diese durch Stege oder ähnliche Anordnungen getrennte Bauweise kann alternativ ganz oder teilweise den ein- oder mehrschichtigen Strukturaufbau 6 betreffen, muß aber nicht alle oder auch nur einen Teil der übrigen Schichten mit erfassen.
    Aus der Vielfalt der einzelnen Elemente und der mit der Erfindung gebotenen Kombinationsmöglichkeiten hat sich aufgrund von Sprengversuchen ein vorteilhafter und praktikabler Schichtaufbau nach Figur 12 herausgestellt. Eine solche Minenschutavorrichtung mit einer Gesamthöhe von beispielsweise 150 mm kann als sogenannte integrierte Lösung zwischen der äußeren Bodenplatte2, d.h. der Belastungsseite und dem inneren Fahrzeugboden 4 als Abschluß des Mannschaftsraumes angeordnet sein.
    Hinter der äußeren Bodenplatte 2 aus Panzerstahl mit einer Dicke von 8 mm ist eine 40 mm dicke erste Hartschaumschicht 3 mit einer Dichte von 300 bis 400 kg/m3 angeordnet. Darüber befindet sich eine 10 mm starke, dynamisch druckfeste Splitterschutzplatte 11.1, beispielsweise aus Compositematerial oder Lignostone. Dann folgt eine erste Strukturschicht 6.1 aus vier kreuzweise geschichteten Metawellplatten (gesamt 20 mm) aus Aluminium und eine zweite 10 mm dicke Hartschaumschicht 10.1 mit einer Dichte von 110 kg/m3. Die nachfolgende zweite Strukturschicht 6.2 besteht ebenfalls aus vier kreuzweise verklebten, einzelnen Metawellplatten (20 mm), und die dritte Hartschaumplatte (10 mm) 10.2 kann die gleiche Dichte wie die davor angeordnete Hartschaumschicht 10.1 oder eine geringere Dichte, beispielsweise 50 bis 80 kg/m3, haben. Die dritte Strukturschicht (20 mm) 6.3 ist identisch zu den vorherigen. Der Aufbau der in diesem Beispiel gleichen drei Strukturschichten 6.1, 6.2 und 6.3 kann natürlich auch unterschiedlich im Sinne der vorangegangenen Beschreibungen sein. Die vierte Hartschaumschicht (10 mm) 10.3 dient dazu, den letzten Rest der möglicherweise noch ankommenden dynamischen Bewegung der Gesamtstruktur in Verbindung mit der dynamisch druckfesten Schicht aus Lignostone (10 mm) 11.2 von der Innenwand 4 des Fahrzeuges, d.h. dem Mannschaftsraum abzukoppeln. Daher sollte diese vierte Hartschaumschicht 10.3 eine möglichst geringe Dichte, beispielsweise nur noch 30 bis 50 kg/m3 aufweisen.
    Ein solcher mehrschichtiger, integrierter Minenschutzaufbau gemäß Figur 12, in den Abmessungen 1,5 m × 1,5 m und mit einem Flächengewicht von etwa 86 kg/m2, entsprechend einer stahläquivalenten Dicke von etwa 11 mm, wurde mit einer Sprengladung von 5 kg TNT im Abstand von 400 mm in einem schweren Aufnahmegestell, das in seiner Masse in etwa äquivalent zu einem realen Kampfpanzergewicht von 50 bis 60 to war, angesprengt.
    Die Versuchsergebnisse ergaben eine deutliche Verlangsamung der eingeleiteten dynamischen Bewegung der 8 mm dicken Panzerstahlplatte 2 in Verbindung mit einer starken Verringerung der dynamischen Durchbiegung und plastischen Verformung. Alle Meßwerte waren wesentlich besser als die mit der Vergleichssprengung und einer reinen masse-äquivalenten Panzerstahlplatte von 19 mm Dicke erzielten Meßergebnisse. Mit dem erfindungsgemäßen Minenschutz gemäß Figur 12, aber auch mit anderen Anordnungen im Sinne der vorhergehenden Beschreibungen, konnte insbesondere der Druckstoß auf eine deutlich größere Fläche verteilt werden.
    Sämtliche in den Figuren dargestellten und in der Beschreibung erläuterten Einzelheiten sind für die Erfindung wichtig. Dabei ist es ein Merkmal der Erfindung, daß alle geschilderten Einzelheiten in beliebig denkbarer Weise einfach oder mehrfach kombiniert werden können und dadurch jeweils einen individuell angepaßten Minen- und Splitterschutz ergeben.

    Claims (28)

    1. Minenschutzvorrichtung für Land-, Luft- oder Wasserfahrzeuge, bestehend aus einem, von der Belastungsseite her gesehen, folgenden Schichtaufbau:
      a) Eine erste Hartschaumschicht (3) mit einer Dichte von mindestens 100 kg/m3 und einer Dicke von mindestens 10 mm;
      b) eine ein- oder mehrschichtige Strukturelementplatte (6) mit einem Aufbau mit plastischem Arbeitsaufnahmevermögen und jeweils dünnen Begrenzungsschichten (7, 8), zwischen denen wellenförmige, winklige und/oder anders geformte Zwischenlagen oder -körper (17, 18, 19, 23) so verbunden sind, dass zwischen den jeweiligen Begrenzungsschichten offene, durchlaufende Kanäle (12) oder flächige Teilräume entstehen;
      c) eine zweite Hartschaumschicht (10), deren Dichte geringer ist als die Dichte der ersten Hartschaumschicht, sowie hinter oder vor dem Schichtaufbau a) bis c)
      d) eine biegesteife Platte (11),
      wobei bei einer integrierten Lösung der Schichtaufbau dem Boden- und/oder Seitenblech (2) des Fahrzeugs nachgeordnet und bei einer adaptierten Lösung der Schichtaufbau dem Boden- und/oder Seitenblech (2) des Fahrzeugs vorgeschaltet ist und bei einer adaptierten-integrierten Lösung jeweils Teile des Schichtaufbaus vor und nach dem Boden- und/oder Seitenblech (2) des Fahrzeugs angeordnet sind.
    2. Minenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten a) bis c) mehrfach hintereinander angeordnet sind.
    3. Minenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Schicht a) die Schichten b) und c) mehrfach hintereinander angeordnet sind.
    4. Minenschuzvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass weitere von der Belastungsseite her in Richtung zur Fahrzeuginnenseite angeordnete Hartschaumschichten eine stufenweise verringerte Dichte gegenüber der ersten Hartschaumschicht (3) aufweisen.
    5. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelementplatte (6) aus metallischen Werkstoffen gebildet ist.
    6. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüch 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelementplatte (6) aus Faserverbundmaterial gebildet ist.
    7. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelementplatte (6) aus Faserverbundmaterial und partiell metallischen Werkstoffen gebildet ist.
    8. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zwischenlagen (9) der Strukturelementplatte (6) ganz oder teilweise, unter einem bestimmten Winkel, insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung der Begrenzungsschichten (7,8) verlaufende Teilstege (15) aus Faserverbundmaterial (CFK, GFK) und/oder Elastomeren und/oder metallischen Werkstoffen angeordnet sind.
    9. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (9) der Strukturelementplatte (6) ganz oder teilweise als plastisch verformbare Stege (16) aus Elastomeren, Faserverbundmaterial (CFK, GFK) und/oder metallischen Werkstoffen gebildet sind.
    10. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (9) der Strükturelementplatte (6) ganz oder teilweise als elastisch federnde Stege (16) aus Faserverbundmaterial (CFK, GFK), Elastomeren und/oder metallischen Werkstoffen ausgebildet sind.
    11. Minenschutzvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (16) aus gelochtem Faserverbundmaterial (CFK, GFK) und/oder gelochten metallischen Werkstoffen gebildet sind.
    12. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (9) der Strukturelementplatte (6) ganz oder teilweise als Reibungs-(17) und Aufweitelemente (18) aus Faserverbundmaterial-(CFK, GFK), Elastomeren oder/und metallischen Werkstoffen gebildet sind.
    13. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (9) der Strukturelementplatte (6) ganz oder teilweise aus geschlitzten, gewölbten Profilen (19) aus Faserverbundmaterial (CFK, GFK), Elastomeren oder/und metallischen Werkstoffen gebildet sind.
    14. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (9) der Strukturelementplatte (6) ganz oder teilweise aus doppelseitig wirkenden, streifenförmigen Reibungs- bzw. Stauchelementen (23) gebildet sind, und daß die Gegenlager (21) streifenförmig angeordnet sind oder aus Platten mit entsprechenden Nuten bestehen, wobei als Material Faserverbundmaterial (CFK, GFK), Elastomere oder/und metallische Werkstoffe für die Elemente (23) bzw. Gegenlager (21) vorgesehen ist.
    15. Minenschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen (9) der Strukturelementlatte (6) ganz oder teilweise aus rotationssymmetrischen, plastisch verformbaren und/oder elastisch federnden Reibungs- und Stauchelementen (17,19,23) bzw. Aufweitelementen (18) aus Faserverbundmaterial (CFK, GFK), Elastomeren oder/und metallischen Werkstoffen -gebildet sind, die in regelmäßiger oder unregelmäßiger Verteilung zwischen den Begrenzungsschichten (7,8) angeordnet sind.
    16. Minenschutzvorrichtung nach Anspruch 15,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenlager der plastisch verformbaren und/oder elastisch federnden Reibungs- und Stauchelemente (17,19,23) durch Lochbleche mit runden oder quadratischen Löchern aus Faserverbundmaterial /CFK, GFK) oder metallischen Werkstoffen, insbesondere hochharten Panzerstahllochblechen gebildet sind.
    17. Minenschutzvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15,
      dadurch gekennzeichnet, daß die doppelseitig wirkenden Reibungs- und Stauchelemente (23) von einem flächigen Element (22) ähnlich der Kugelführung bei Kugellagern gehalten werden, das aus Faserverbundmaterial (CFK, GFK) oder dünnwandigen metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Metallen mit hoher Härte und großer Dehnung gebildet ist.
    18. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelementplatte (6) durchgehend oder partiell segmentiert ist.
    19. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege ganz oder teilweise aus gelochten metallischen Blechen oder Kunststoffen bestehen.
    20. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß in die Zwischenräume (12) der Strukturelementplatte (6) ganz oder teilweise geometrisch korrespondierende Formkörper (13,14) mit dämpfenden und/oder energieabsorbierenden Eigenschaften eingebracht sind.
    21. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß in der Strukturelementplatte (6) oder zwischen den Einzelschichten bei mehrschichtiger Anordnung zusätzlich belastungsabhängig deformierbare Strukturkörper (27) und/oder geschlossene Hohlprofilkörper (26) aus Metall oder Kunststoff eingebettet sind.
    22. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Kanäle (12), flächigen Teilräume oder zusätzlichen Hohlprofilkörper (26) ganz oder teilweise mit flüssigen Stoffen, verformbaren Hohlkörpern und/oder elastisch oder plastisch verformbaren Materialien oder Körpern gefüllt sind, die wahlweise schockdämpfende und/oder energieabsorbierende Eigenschaften aufweisen.
    23. Minenschutzvorrichtung nach Anspruch 22,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeiten Treibstoffe für den Antriebsmotor des Fahrzeuges sind.
    24. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelementplatte (6) zumindest teilweise dergestalt aufgebaut ist, daß durch sie Frischluft und/oder Abluft für den Antriebsmotor des Fahrzeuges ansaugbar bzw. ableitbar ist.
    25. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelementplatte (6) zumindest teilweise dergestalt aufgebaut ist, daß sie als Wärmetauscher verwendbar ist.
    26. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die biege steife Platte (11) aus einem Splitterschutzmaterial, vorzugsweise aus Compositematerial gebildet ist.
    27. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß sie aus verschiedenen Einzelmodulen besteht.
    28. Minenschutzvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmodule ein- oder mehrschichtig angeordnet und gegeneinander stoßgesichert sind.
    EP98114601A 1997-08-13 1998-08-04 Sandwichplatte zum Schutz gegen explosive Minen Expired - Lifetime EP0897097B1 (de)

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    DE19734950A DE19734950C2 (de) 1997-08-13 1997-08-13 Minenschutzvorrichtung
    DE19734950 1997-08-13

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