WO2005108906A1

WO2005108906A1 - Ballistischer schutzpanzer sowie ballistischer schutzhelm und schutzweste

Info

Publication number: WO2005108906A1
Application number: PCT/EP2004/006212
Authority: WO
Inventors: Egon Busch
Original assignee: Egon Busch
Priority date: 2004-05-08
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2005-11-17
Also published as: US20070094760A1; DE102004022848A1

Abstract

Ein ballistischer Schutzpanzer (12), insbesondere als Bestandteil ballistischer Schutzkleidung oder Kopfbedeckungen, umfasst ein Textillaminat (14) aus einer Anzahl miteinander laminierter textiler Lagen (16,…,34). Der erfindungsgemässe Schutzpanzer ist gekennzeichnet durch eine Anzahl draht- oder fadenförmiger Verbinder (40,52), die sich in der Schichtungsrichtung (Z) der textilen Lagen (16,…,34) durch das Textillaminat (14) hindurch erstrecken.

Description

"Ballistischer Schutzpanzer sowie ballistischer Schutzhelm und Schutzweste"

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ballistischen Schutzpanzer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen entsprechenden ballistischen Schutzhelm sowie eine Schutzweste.

Ballistische Schutzpanzer der hier vorliegenden Art sind Bestandteil ballistischer Schutzkleidung oder Kopfbedeckungen, wie etwa militärischer Helme, schußsicherer Westen und dergleichen. Aus Gründen der Gewichtsersparnis werden solche Schutzpanzer in der Regel aus technischen Geweben wie hochmolekularem Polyethylen, Aramid oder anderen hochfesten Garnen hergestellt. Einzelne Gewebelagen werden mit Hilfe einer Klebematrix laminiert, indem ein Kleber, ein Harz oder eine Folie zwischen den einzelnen textilen Lagen aufgebracht wird und das gesamte Lagenpaket anschließend verpreßt wird, so dass ein Textillaminat entsteht.

Abhängig von den Materialeigenschaften der für die textilen Lagen verwendeten Garne, den verschiedenen Webarten und Gewebegewichte sowie dem Harz- bzw. Klebstoffanteil in der Verbindungsmatrix können die Eigenschaften des Schutzpanzers variiert werden. Abgesehen von der Gestaltfestigkeit, d.h., der Widerstandsfähigkeit gegenüber Verformungen, die insbesondere bei Schutzhelmen von Bedeutung ist, spielt naturgemäß die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem aufprallenden Projektil oder Splitter eine herausragende Rolle. Das aufschlagende Geschoß übt außer einer Kraft in der Schichtungsrichtung, die im folgenden als Z-Richtung bezeichnet werden soll, auch Kräfte in den Richtungen aus, die innerhalb der Lagenebene liegen, d.h., in der X- und Y-Richtung senkrecht zur Z-Richtung. Diese : Kräfte werden durch die Garne oder Fasern der textilen Lagen aufgenommen, während die Kräfte in Z-Richtung durch die Verklebung der textilen Lagen aufgenommen werden. Das bedeutet, dass die Klebekraft der Matrix entscheidend dazu, beiträgt, einen Durchschlag des Geschosses zu verhindern.

Es ist möglich, die textilen Gewebelagen vollständig in die Matrix einzubetten, so dass die Klebekraft der Lagen aneinander sehr hoch wird. Im allgemeinen führen die beim Geschoßaufprall auftretenden Kräfte in X- und ' Y-Richtung zu einer Dehnung der Gewebefasern und zu einer Energieabsorption. Hierbei kann eine Ausbeulung des Schutzpanzers in der

Aufprallrichtung eintreten. Wird jedoch eine bestimmte Kraft bzw. Längung der Fasern überschritten, so werden die Fasern schlagartig abgeschert, und das Geschoß durchschlägt die entsprechende Lage. Dieser Abschereffekt wird durch eine vollständige Einbettung des Gewebes in die Harz- oder

Klebstoffmatrix begünstigt, da hierdurch die Möglichkeit der Fasern zur Längsausdehnung beschränkt wird. Der Widerstand gegen eine Perforation des Panzers wird somit verringert. Von diesem Effekt abgesehen, führt ein hoher Harz- oder Kleb Stoffanteil zu einer Erhöhung des Gewichts des Schutzp anzers .

Daher wurden Versuche unternommen, ballistische Schutzpanzer mit verringertem Harzauftrag zwischen den textilen Schichten zu konstruieren. Hierdurch kann Gewicht eingespart werden, und die Energieabsorption in- nerhalb der einzelnen textilen Lagen wird erhöht, da die Gewebefasern, die nicht in die Matrix eingebettet sind, sich ungehindert dehnen können. Andererseits wird der Halt der Lagen untereinander verringert. Daher tritt beim Projektileinschlag folgender Effekt auf: Durch den Abschereffekt werden die äußeren textilen Lagen vom Projektil glatt durchschlagen, welches sich hier- bei stark verformt. Die darauf folgenden Lagen fangen das Projektil, dessen kinetische Energie an diesem Punkt bereits stark verringert ist, durch die Dehnung der Fasern innerhalb der textilen Lagen ab. Hierbei entsteht eine starke Ausbeulung dieser Fanglagen des Laminats zur Innenseite des Schutzpanzers, da sich die Fanglagen von den perforierten Lagen durch den vermin - derten Harzauftrag leichter ablösen und eine Delamination zwischen diesen Schichten auftritt. Der starke Ausbeulungseffekt kann jedoch beim Träger der ballistischen Schutzkleidung starke Verletzungen hervorrufen. Beispielsweise kann sich der Träger eines ballistischen Schutzhelms, der durch einen Geschoßeinschlag stark nach innen verformt wird, Kopfverletzungen zuzie- hen.

Bei der Konstruktion eines herkömmlichen ballistischen Schutzpanzers muß also einerseits der eingangs beschriebene Effekt der vollständigen Perforation, andererseits jedoch auch eine übermäßige Verformung der inneren Schichten des Textillaminats verhindert werden. Dies geschieht durch geeignete Abstimmung der Dehnungseigenschaften des Textilgewebes und des Harz- bzw. Klebstoffanteils, so dass die Lastaufnahme in den unterschiedli- chen Richtungen vorbestimmt werden kann. Dies ist jedoch nur in eingeschränktem Maße möglich, da zum einen die Bedingungen bei der Herstellung des Schutzpanzers schwer reproduzierbar sind und zum anderen der Delaminationseffekt beim Ablösen der sich verformenden Fanglagen von den perforierten Lagen schlagartig und nahezu unkontrollierbar auftritt. Insbesondere wird die Wahl des Harz- oder Klebstoffanteils in der Verbindungsmatrix durch diese Umstände außerordentlich erschwert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen ballistischen Schutz- panzer der eingangs genannten Art zu schaffen, der Durchschläge von Projektilen oder auftreffenden Splittern zuverlässig verhindert, gleichzeitig jedoch den oben beschriebenen Verformungseffekt auf der der Beschußseite gegenüberliegenden Innenseite des Panzers auf ein akzeptables Maß reduziert, während das Gewicht des Schutzpanzers möglichst gering gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen ballistischen Schutzpanzer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße ballistische Schutzpanzer umfaßt eine Anzahl draht- oder fadenförmiger Verbinder, die sich in der Schichtungsrichtung durch das Textillaminat hindurch erstrecken, d.h. in der Richtung der Flächennormalen, die senkrecht auf den textilen Lagen steht. Diese Verbinder bieten den einzelnen textilen Lagen des Laminats zusätzlichen Halt aneinander, indem zusätzlich zu der bekannten Klebematrix eine weitere mechanische Verbin- düng geschaffen wird. Durch Wahl einer geeigneten Zugfestigkeit bzw. Elastizität der Verbinder ist es möglich, die Perforations- und Verformungseigenschaften des Textillaminats und seine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Projektileinschlag zu verbessern.

Insbesondere wird der oben beschriebene Ausbeulungseffekt der beim Projektilaufprall verformten inneren Fanglagen des Laminats stark verringert, da die Verbinder starke Zugkräfte in der Beschußrichtung aufnehmen können und ein unkontrolliertes Abreißen der Lagen voneinander (Delamination) verhindern können. Vielmehr wird der Delaminationseffekt auf das unmittelbare Umfeld des Beschußkanals begrenzt. In diesem Bereich sind die Zugkräfte auf die Verbinder so hoch, dass diese reißen und sich die inneren Fanglagen ablösen können. In den Richtungen innerhalb der Lagen, d.h. in den Richtun- gen senkrecht zur Schichtungsrichtung, nimmt die Kraft schließlich so weit ab, bis sie die zum Zerreißen der Verbinder erforderliche Kraft unterschreitet, so dass lediglich eine Dehnung der Verbinder auftritt. Hier kann zwar ein Ablösen der Klebeschichten der Lagen voneinander stattfinden, jedoch werden die Lagen durch die gedehnten Verbinder weiter stabil zusammengehalten.

Hierdurch wird das Ausmaß der Ausbeulung des Schutzpanzers nach innen und damit das Verletzungsrisiko stark verringert. Eine ausreichende Absorption der kinetischen Geschoß energie findet dennoch statt, so dass das Projektil das Textillaminat nicht vollständig durchschlagen kann. Der Harz- oder Klebstoffanteil im Textillaminat kann stark verringert werden, ohne dass eine übermäßige Verformung auftritt, so dass sich eine Gewichtsersparnis ergibt und der Tragekomfort erhöht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen ballistischen Schutz- panzers ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 18.

Ein ballistischer Schutzhelm, dessen Helmschale durch einen erfindungsgemäßen ballistischen Schutzpanzer gebildet wird, wird durch Anspruch 19 beansprucht.

Ferner ist Anspruch 20 auf eine ballistische Schutzweste gerichtet, die Hartsegmente oder Harteinschübe umfaßt, die jeweils durch einen erfindungsgemäßen ballistischen Schutzpanzer gebildet werden.

Weitere Ausgestaltungen dieser Schutzweste ergeben sich aus den Ansprüchen 21 und 22.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen seitlichen Teilschnitt durch einen ballistischen Schutzhelm, dessen Helmschale durch einen erfindungsgemäßen ballistischen Schutzpanzer gebildet wird; Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Helmschalen- Oberfläche des Helms aus Fig. 1 ; Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt durch eine Helmschale gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Helmschale o aus Fig. 3;

Fig. 5 zeigt die Helmschale gemäß Fig. 3 im verformten Zustand nach dem Einschlag eines Projektils; und Fig. 6 zeigt einen Teilschnitt durch eine Helmschale gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Helmschale 10 ist Bestandteil eines ballistischen Schutzhelms, beispielsweise eines Helms für militärische Einsätze. Die dem nicht dargestellten Kopf des Helmträgers zugewandte konkave Innenseite des Schutzhelms befindet sich in der Figur unten, während der Einschlag eines Projektils von der konvexen Außenseite her erfolgen kann. Der Begriff "Projektil" soll im folgenden alle möglichen ballistischen Geschosse umfassen, also außer Schußwaffen-Projektilen im engeren Sinn auch Granat- oder Ge- schoßsplitter oder dergleichen.

Weitere Einrichtungen im Inneren des Schutzhelms, wie etwa eine an der Innenseite der Helmschale 10 angebrachte korbförmige Auskleidung, die einen Abstand des Kopfes des Helmträgers zur Innenseite der Helmschale 10 ge- währleistet und den Tragekomfort erhöht, sind in dieser und den folgenden Figuren nicht dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Helmschale 10 im unversehrten Zustand. Sie wird durch einen ballistischen Schutzpanzer 12 gebildet, der ein Textillaminat 14 umfaßt, das aus einer Anzahl miteinander laminierter textiler Lagen gebildet wird. Die Lagen erstrecken sich, der Wölbung der Helmoberfläche folgend, parallel aufein- anderliegend zwischen der Innen- und der Außenfläche der Helmschale 10, d.h., die Schichtungsrichtung entspricht der Flächennormalen, die senkrecht auf den Oberflächen der textilen Lagen steht. In Fig. 1 ist die Schichtungs- richtung durch einen Pfeil Z bezeichnet, der der Normalen der Helm-Außenfläche an einem bestimmten Wölbungspunkt entspricht, während sich die einzelnen textilen Lagen in den zur Schichtungsrichtung Z senkrechten X- und Y-Richtungen innerhalb der Helmschale 10 erstrecken. Der Vollständigkeit halber ist die X-Richtung (in Fig. 1 nach rechts) ebenfalls durch einen Pfeil X gekennzeichnet.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die textilen Lagen nur in einem in der Figur rechten Bereich im Schnitt dargestellt. Tatsächlich erstrecken sich die Lagen durch die gesamte Helmschale 10. Im einzelnen handelt es sich bei der hier vorliegenden Ausführungsform um zehn Lagen 16 bis 34, die in der Z-Richtung aufeinandergeschichtet sind. In der Praxis ist es üblich, eine noch größere Anzahl von Lagen zu verwenden; es liegt jedoch im Bereich der Möglichkeiten des Fachmanns, die Zahl der Lagen geeignet zu wählen. Jede der textilen Lagen 16, ...,34 besteht aus einem Gewebe aus Aramid-, Polyethy- len- oder Kohlefasern, also aus einem Kunststoff-Material mit hoher Zugfestigkeit in der Richtung X bzw. Y, in der sich die Lage erstreckt. Es ist ferner möglich, die textilen Lagen aus Garnen zu weben oder durch andere textile Techniken herzustellen.

Die textilen Lagen 16, ..., 34 werden miteinander laminiert, indem sie mit einer Verbindungsmatrix verpreßt werden, die schichtweise zwischen den einzelnen textilen Lagen angeordnet ist. Bei dieser Verbindungsmatrix handelt es sich beispielsweise um einen Kleber, ein Harz oder auch um eine verpreßbare Folie. Zur Herstellung des Textillaminats 14 werden somit textile Lagen 16, ..., 34 und Kleber- oder Harzschichten bzw. Folienschichten abwechselnd aufeinander gelegt und unter hohem Druck verpreßt, so dass das Textillami- nat 14 als Verbund aus textilen Lagen und Verbindungsmatrix entsteht. Die einzelnen Schichten der Verbindungsmatrix sind in Fig. 1 und den folgenden Figuren nicht näher dargestellt. Der Zusammenhalt dieses Lagenpakets 14, d.h., seine Widerstandsfähigkeit gegen Kräfte in Z-Richtung, die auf ein Ablösen der textilen Lagen 16, ..., 34 voneinander wirken, sowie das Gewicht der Helmschale 10 lassen sich durch die Menge des Kleber- oder Harzauftrags bzw. der Dicke der verpreßbaren Folie zwischen den textilen Lagen bestimmen. Grundsätzlich gilt, dass die Festigkeit mit zunehmendem Gewichtsanteil der Verbindungsmatrix am Gesamtgewicht anwächst, so dass sich die Festigkeit beispielsweise durch erhöhten Harzauftrag erhöhen läßt. Hierdurch kann beim Verpressen des Laminats der Effekt auftreten, dass das Material der Verbindungsmatrix zumindest teilweise in das Gewebe der textilen Lagen 16, ..., 34 eindringt und die Fasern der textilen Lagen in die Matrix eingebettet werden. Die Möglichkeit der Fasern zur Dehnung in X- bzw. Y-Richtung wird hierdurch jedoch stark eingeschränkt.

Erfindungsgemäß umfaßt der ballistische Schutzpanzer 12, der die Helm- schale 10 bildet, eine Anzahl draht- oder fadenförmiger Verbinder 40, die sich in der Schichtungsrichtung Z durch das Textillaminat 14 hindurch von der inneren Oberfläche der Helmschale 10 bis zur äußeren Oberfläche erstrek- ken, also durch alle textilen Lagen 16, ...,34 hindurch. Diese Verbinder, die in den Richtungen X,Y, in denen sich die textilen Lagen 16, ... , 34 erstrecken, voneinander beabstandet sind, sorgen für einen zusätzlichen Halt der textilen Lagen 16, ...,34 aneinander. D.h., die Lagen 16 34 werden nicht ausschließlich durch die Klebekraft der Verbindungsmatrix, sondern zusätzlich mechanisch durch die Verbinder 40 zusammengehalten. Dies sorgt für einen erhöhten Zusammenhalt des Laminats 14 in der Schichtungsrichtung Z und bietet im Fall des Aufpralls eines Projektils vorteilhafte Eigenschaften im Fall der Delamination der inneren textilen Lagen, wie im folgenden noch näher erläutert werden soll.

Die Verbinder 40, von denen in Fig. 1 lediglich der linke Verbinder 40 mit ei- ner Bezugsziffer versehen ist, können aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, das die gewünschten Eigenschaften aufweist, also insbesondere eine geeignete Zugfestigkeit und Elastizität. Beispielsweise kann für die Verbinder 40 ein Metall oder ein Kunststoffmaterial verwendet werden, und es kann sich um flexible Verstärkungsfäden handeln, die aus einer einzelnen Fa- ser oder auch aus einer Anzahl von Fasern gebildet werden, welche ferner zu einem Garn gesponnen oder gedrillt sein können. In Betracht kommen insbesondere hochfeste Materialien wie etwa Aramid, Polyethylen oder Kohlefasern. Obwohl dies in Fig. 1 nicht dargestellt ist, ist es denkbar, die einzelnen Verbinder 40 an ihren Enden an der Außen- und Innenseite der Helmschale 10 mit Verankerungseinrichtungen wie etwa Verdickungen oder dergleichen zu versehen, die verhindern, dass bei einer Delamination des Textillaminats 14 die Verbinder 40 einfach aus dem Lagenpaket herausgezogen werden.

Damit die Verbinder 40 ihre erfindungsgemäße Funktion erfüllen können, ist es nicht zwangsläufig notwendig, daß die Verbinder 40 sich exakt in der Schichtungsrichtung Z bzw. -Z, also in Richtung der Flächennormalen der textilen Lagen 16,..., 34 am Durchstoßpunkt des Verbinders 40 erstrecken, sondern es ist ausreichend, daß die Erstreckungsrichtung der Verbinder 40 eine Komponente aufweist, die der Schichtungsrichtung Z entspricht, so daß die textilen Lagen 16, ... , 34 durchstoßen werden. Es ist also zulässig, mit der Normalen einen bestimmten Winkel einzuschließen. Sind solche Abweichun- gen aus konstruktiven Gründen erwünscht, so läßt sich eine geeignete Größe des Abweichungswinkels vom Fachmann ohne größeren Aufwand durch Versuche ermitteln.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Helmschale 10 mit den eingesetzten Ver- bindern 40. In dieser Figur ist also lediglich ein Ausschnitt der Oberfläche der obersten textilen Lage 34 sichtbar, in der die äußersten Enden der draht- oder fadenförmigen Verbinder 40 einliegen. Die Schichtungsrichtung Z weist also in Fig. 2 aus der Zeichnungsebene heraus. Die Verbinder 40 sind in einem regelmäßigen quadratischen Raster angeordnet, d.h. , die Verbinder 40 sind sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung, entsprechend der Erstrek- kungsrichtung der textilen Lage 34, um gleiche Abstände a voneinander beabstandet in Reihen angeordnet. Die Abstände a können frei gewählt werden, um den Zusammenhalt des Textillaminats 14 und dessen Delaminationsver- halten zu beeinflussen.

Fig. 3 zeigt einen seitlichen Teilschnitt durch eine weitere Helmschale 50, die ebenfalls aus einem Textillaminat 14 aus einzelnen textilen Lagen 16,..., 34 aufgebaut ist. Der Aufbau der einzelnen Lagen 16,..., 34 aus einem hochfesten Gewebe, ihre Schichtung in Z-Richtung und ihre Verbindung durch schicht- weises Verpressen mit einer Verbindungsmatrix entsprechen der Helmschale 10 aus Fig. 1 und 2, so dass bezüglich des Aufbaus des Textillaminats 14 auf die vorstehenden Beschreibungsteile verwiesen wird.

Erfindungsgemäß umfaßt die Helmschale 50 fadenförmige Verbinder, die hier durch in der Schichtungsrichtung Z verlaufende Abschnitte 52 eines Verstärkungsfadens 54 gebildet werden, der als Endlosfaden zwischen der inneren und der äußeren Oberfläche der Helmschale 50 mäandrierend in der Richtung X durch das Textillaminat 14, also in der Richtung, in der sich die textilen Lagen 16 34 erstrecken, läuft. Auf der linken Seite in Fig. 3 beginnend, erstreckt sich also zunächst ein in der Schichtungsrichtung Z verlaufender Verstärkungsfaden-Abschnitt 52 von innen nach außen, an welchem sich ein auf der äußeren Oberfläche der Helmschale 50 aufliegender Verbindungsab- schnitt 56 des Verstärkungsfadens 54 anschließt. An diesen schließt sich wiederum ein von außen nach innen (Gegenrichtung -Z) verlaufender Verstärkungsfaden-Abschnitt 52 an, gefolgt von einem auf der Helmschalen-Innenseite aufliegenden Verbindungsabschnitt 56. Diese Abfolge von Abschnitten des Verstärkungsfadens 54 zwischen Innen- und Außenseite wiederholt sich von hier an fortlaufend in der Erstreckungsrichtung X der textilen Lagen 16, ..., 34. Die einzelnen Verstärkungsfaden-Abschnitte 52, die die Verbinder bilden, sind somit durch die Verbindungsabschnitte 56 zu einem Endlosfaden verbunden, der eine Naht bildet, die das gesamte Textillaminat 14 bzw. die Helmschale 50 durchlaufen kann. Der Verstärkungsfaden 54 kann straff gespannt sein, so dass den einzelnen textilen Lagen 16 34 ein erhöhter Zusammenhalt verliehen wird.

Es kann sich bei dem Verstärkungsfaden 54 um eine eine Textilfaser aus ei- nem hochfesten Kunststoffmaterial wie etwa Aramid, Polyethylen oder Kohlefaser handeln, und mehrere Fasern des Verstärkungsfadens 54 können zu einem Garn gesponnen oder gedrillt sein. Grundsätzlich können für die Verbinder 40 aus der ersten Ausführungsform und für den Verstärkungsfaden 54 bzw. dessen als Verbinder wirkende Abschnitte 52 die gleichen Materialien verwendet werden. Da im Fall des endlosen Verstärkungsfadens 54 jeweils ein Umlenken des Fadenverlaufs auf den Innen- und Außenoberflächen der Helmschale 50 stattfindet, ist eine gewisse Biegsamkeit und Flexibilität des Fadenmaterials erforderlich.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der äußersten textilen Lage 34 aus einer Perspektive entsprechend Fig. 2. Auf der Oberfläche der textilen Lage 16 sind die aufliegenden Verbindungsabschnitte 56 des Verstärkungsfadens 54 zu erkennen, während sich die Verstärkungsfaden-Abschnitte 52 in und entgegen der Schichtungsrichtung (Richtungen Z und -Z) an den Enden der Verbindungsabschnitte 56 in das Textillaminat 14 hinein und wieder heraus erstrecken. Die Nähte der Endlosfäden 54 verlaufen in Fig. 4 von links nach rechts, und die Verbindungsabschnitte 56 weisen auf der Innen- und Außenseite der Helmschale 50 die gleiche Länge auf. In der Richtung senkrecht zur Verlaufsrichtung der Nähte sind die Endlosfäden 54 voneinan- der beabstandet, und die Verbindungsabschnitte 56 einander benachbarter Verbindungsfäden 54 sind in der Verlaufsrichtung der Nähte jeweils um die Länge eines Verbindungsabschnitts 56 gegeneinander versetzt. Es versteht sich, dass auch ein anderer Nahtverlauf gewählt werden kann, beispielsweise durch Schiingenbildung innerhalb des Verlaufs des Verstärkungsfadens 54, wie später noch erläutert werden soll. Ferner ist es, ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, nicht notwendig, dass sich die Verstärkungsfaden-Abschnitte 52 genau in der Richtung der Flächennormalen erstrecken, sondern es werden Abweichungen von dieser Richtung toleriert. Beispielsweise können aufeinander folgende Verstärkungsfaden-Abschnitte 52 auf solche Weise gegeneinander geneigt sein, daß sich in der senkrechten Schnittebene durch das Laminat 14 ein W- oder zickzackförmi- ger Nahtverlauf ergibt.

In Fig. 5 ist das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen ballistischen Schutzpanzers anhand des zweiten Ausführungsbeispiels aus den Fig. 3 und 4 erläutert. Im vorliegenden Fall wird angenommen, dass die Helmschale 50 mit einem Projektil 60 beschossen wird, das genau senkrecht auf die Helmschale 50 trifft, also in einer Beschußrichtung -Z. Beim Aufprall durchschlägt das Projektil 60 eine Anzahl äußerer textiler Lagen, wobei die Fasern innerhalb der textilen Lagen glatt abgeschert werden und ein annähernd zylindrischer Beschußkanal 62 entsteht. Hierbei verformt sich das Projektil 60 stark, und seine kinetische Energie wird teilweise absorbiert, bis die Energie nicht mehr dazu ausreicht, weitere Lagen zu durchschlagen. Dies führt dazu, dass in den verbleibenden textilen Lagen an der Innenseite der Helmschale 50 eine Verformung in Form einer Ausbeulung nach innen entsteht, da das Projektil 60 durch seine Restenergie die Fasern der nicht durchschlagenen textilen La- gen dehnt. Das Projektil 60 verbleibt dann innerhalb einer Kaverne 64 zwischen den äußeren und den inneren textilen Lagen. Diese Kaverne 64 entsteht dadurch, dass die äußeren durchschlagenen textilen Lagen ihre nach außen gewölbte Form im Prinzip beibehalten, während durch die Verformung der inneren Lagen ein Ablösungs- oder Delaminationseffekt entsteht, bei dem sich die äußeren und inneren Lagenpakete im Umfeld des Beschußkanals 62 voneinander lösen.

In Fig. 5 werden die drei äußersten textilen Lagen 30,32,34 glatt durchschlagen, und in ihnen bildet sich der Beschußkanal 62, während die vier inner - sten Lagen 16 bis 22 nach innen ausgebeult werden. Das Gewebe dieser textilen Lagen 16 bis 22 bleibt dabei intakt, es werden lediglich die Fasern des Gewebes gedehnt, so dass die Ausbeulung zur Innenseite der Helmschale 50 gebildet wird. Zwischen den durchschlagenen Lagen 30,32,34 und den verformten Lagen 16 bis 22, die auch als Fanglagen bezeichnet werden, verbleiben drei textile Lagen 24,26,28, die im unmittelbaren Umfeld des Beschußkanals 62 zerstört werden und hierdurch Energie absorbieren.

Beim Abreißen der Fanglagen 16 bis 22 wird der innere Zusammenhalt des Textillaminats 14 durch die Verbindungsmatrix zerstört, und es besteht die Gefahr, dass durch ein unkontrolliertes Abreißen der Schichten voneinander eine sehr starke Ausbeulung entsteht, die Verletzungen des Helmträgers ver- ursacht. Erfindungsgemäß wird dieser nachteilige Effekt durch den Verstärkungsfaden 54 verhindert. Die in der Schichtungsrichtung Z verlaufenden Abschnitte 52 des Verstärkungsfadens 54 können die beim Einschlag auftretenden Zugkräfte in der Z-Richtung aufnehmen, was zu einer Dehnung des Verstärkungsfadens 54 an den Abschnitten 52 führt, so dass zusätzlich Ener- gie absorbiert wird. Überschreiten die Kräfte einen bestimmten Wert, so kommt es zu einem Abreißen des Verstärkungsfaden-Abschnitts 52. Da die Kraft in seitlicher, also in X- und Y-Richtung in Bezug auf die Beschußrich- tung abnimmt, tritt dieser Effekt des Abreißens nur im Umfeld des Beschußkanals 62 auf, wie es in Fig. 5 auch dargestellt ist. In größerer Entfernung vom Beschußkanal 62 nehmen die Zugkräfte ab und können von den Verstärkungsfaden-Abschnitten 52 noch aufgenommen werden, ohne dass ein Abreißen des Fadens 54 stattfindet. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Klebeschicht der Verbindungsmatrix zwischen den durchschlagenen Lagen 30,32,34 und den Fanglagen 16 bis 22 unkontrolliert aufreißt. Die Verstär- kungsfaden-Abschnitte 52 an den Außenbereichen der Kaverne 64 begrenzen den Delaminationseffekt zuverlässig. Die Aufnahme der Zugkräfte durch die Verstärkungsfaden-Abschnitte 52 wird dadurch begünstigt, dass die äußeren Enden der Abschnitte 52 in den äußeren textilen Lagen 30,32,34 verankert sind, die ihre gewölbte Form beibehalten und somit eine hohe Stabilität ge- genüber den durch die Verstärkungsfaden-Abschnitte 52 ausgeübten Zugkräften aufweisen. Durch diesen Verankerungseffekt in den äußeren Lagen 30,32,34 wird den Abschnitten 52 und somit dem nach innen verformten Bereich der inneren Fanglagen 16 bis 22 ein erhöhter Halt geboten.

Es versteht sich, dass die Wirkung der erfindungsgemäßen Verbinder in Fig. 5 nur beispielhaft anhand der Verstärkungsfaden-Abschnitte 52 dargestellt ist und durch alle Arten von Verbindern im Sinne der vorliegenden Erfindung gleichermaßen bewirkt wird, also insbesondere auch durch die Verbinder 40 gemäß der ersten Ausführungsform.

Die Energie-Absorption innerhalb des Textillaminats 14 läßt sich dadurch vorteilhaft vergrößern, dass die äußeren Lagen 30,32,34, in denen der Beschußkanal 62 gebildet wird, sehr hart ausgebildet sind, im Vergleich zu den darauf folgenden mittleren Lagen 24,26,28 die im Bereich der Kaverne 64 zerstört werden und hierdurch Energie aufnehmen können. Durch die große Härte der äußeren Schichten 30,32,34 wird das Projektil 60 sehr stark ver- formt und muß einen größeren Einschußkanal bilden, damit es tiefer in das Textillaminat 14 eindringen kann. Die Härte der Fanglagen 16 bis 22 an der Innenseite der Helmschale 50 ist hierbei vorteilhaft so zu wählen, dass sie zwischen der Härte der äußeren Lagen 30,32,34 und derjenigen der weichen mittleren Lagen 24,26,28 liegt, so dass eine gute Verformbarkeit gewährlei- stet bleibt. Die Härten der unterschiedlichen Lagen 16, ..., 34 lassen sich durch die Wahl des Gewebes beeinflussen, insbesondere jedoch ferner durch den Harz- oder Klebstoffanteil der Verbindungsmatrix in den textilen Lagen 16, ...,34.

Schließlich zeigt Fig. 6 eine Helmschale 70 ähnlich der Helmschale 50 aus den Fig. 3 bis 5, bei welcher die Nähte der Verstärkungsfäden 54 einen anderen Verlauf aufweisen. Auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Textillaminats 14 verlaufen Verstärkungsfäden 54 als Endlosfäden, von denen jeder Endlosfaden eine Anzahl von in das Textillaminat 14 hinein ragen- den Schlingen 72 umfaßt, die mit den Schlingen 72 eines auf der jeweils gegenüberliegenden Oberfläche des Textillaminats 14 verlaufenden Endlosfadens verschlungen sind. Das heißt, die Schlingen 72 des auf der Außenseite der Helmschale 70 aufliegenden Verstärkungsfadens 54 weisen durch einen nicht näher dargestellten Kanal entgegen der Schichtungsrichtung Z in das Textillaminat 14 hinein und greifen im Bereich der mittleren textilen Lagen in die Schlingen 72 eines weiteren Endlosfadens 54 ein, der in gleicher Weise auf der Helm-Innenseite verläuft. Jeweils zwei miteinander verschlungene Schlingen 72 bilden somit einen erfindungsgemäßen Verbinder. Die Schlingen 72 können mehr oder weniger straff miteinander verspannt sein, so daß sich die elastischen Eigenschaften der Verspannung einstellen lassen. Ein ballistischer Schutzpanzer 12 der hier beschriebenen Art eignet sich nicht nur für Helmschalen 10,50 ballistischer Schutzhelme, sondern auch für andere Arten ballistischer Schutzkleidung, insbesondere für Schutzwesten, die ihren Träger gegen Projektil- oder Splitterbeschuß schützen sollen. Da solche Schutzwesten aus Gründen des Tragekomforts eine gewisse Flexibilität aufweisen müssen, umfassen die bekannten Westen in der Regel Hartsegmente oder Harteinschübe an besonders gefährdeten Stellen. Diese Hartsegmente oder -einschübe können ebenfalls durch den erfindungsgemäßen balistischen Schutzpanzer gebildet werden. Damit ein lückenloser Schutz gewährleistet wird, ohne dass die Bewegungsfreiheit des Trägers der Weste eingeschränkt wird, ist eine Anordnung vorteilhaft, bei der die Hartsegmente oder Harteinschübe einander überlappen, jedoch gegeneinander verschiebbar sind oder ineinander greifen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Ballistischer Schutzpanzer (12), insbesondere als Bestandteil ballistischer Schutzkleidung oder Kopfbedeckungen, umfassend ein Textillaminat (14) aus einer Anzahl miteinander laminierter textiler Lagen (16 34), gekennzeichnet durch eine Anzahl draht- oder fadenförmiger Verbinder (40,52), die sich in der Schichtungsrichtung (Z) der textilen Lagen (16, ...,34) durch das Textillaminat (14) hindurch erstrecken.

2. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbinder (40,52) mit Verankerungseinrichtungen zur Verankerung im Textillaminat (14) versehen sind.

3. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Verbinder (40,52) elastisch sind.

4. Ballistischer Schutzpanzer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbinder (40,52) aus Metall oder einem Kunststoffmaterial bestehen.

5. Ballistischer Schutzpanzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbinder (52) als Verstärkungsfäden (54) ausgebildet sind, die jeweils aus einer einzelnen Faser oder aus einer Anzahl von Fasern gebildet werden.

6. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfäden (54) aus einem Garn bestehen, das aus einer Anzahl von Fasern gesponnen oder gedrillt ist.

7. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfäden (54) aus Aramid, Polyethylen oder Kohlefaser bestehen.

8. Ballistischer Schutzpanzer gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, da- durch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfäden (54) untereinander zu Endlosfäden verbunden sind, die das Textillaminat (14) mäandrierend durchlaufen.

9. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Textillaminats (14) Endlosfäden verlaufen, von denen jeder Endlosfaden eine Anzahl von in das Textillaminat (14) hinein ragenden Schlingen umfaßt, die mit den Schlingen eines auf der jeweils gegenüberliegenden Oberfläche des Textillaminats (14) verlaufenden Endlosfadens verschlungen sind.

10. Ballistischer Schutzpanzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Lagen (16, ...,34) durch Ver- pressen mit einer Verbindungsmatrix verbunden sind, die schichtweise zwischen den einzelnen textilen Lagen (16 34) angeordnet ist.

11. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmatrix aus einem Kleber, einem Harz oder einer verpreßbaren Folie gebildet wird.

12. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Lagen (16, ...,34) zumindest teilweise in die Verbindungsmatrix eingebettet sind.

13. Ballistischer Schutzpanzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Lagen (16 34) aus einem

Kunststoffmaterial bestehen.

14. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Lagen (16 34) aus Aramid, Polyethylen oder Kohlefaser bestehen.

15. Ballistischer Schutzpanzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Lagen (16 34) durch Gewebe aus Fasern oder Garnen gebildet werden.

16. Ballistischer Schutzpanzer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Lagen (16 34) unter- schiedliche Härten aufweisen.

17. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Härten durch die Verwendung unterschiedlicher Gewebearten oder eines unterschiedlichen Harz- oder Klebstoffgehalts der textilen Lagen (16 34) erreicht werden.

18. Ballistischer Schutzpanzer gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Textillaminat (14), in Bezug auf die vorgesehene Be- schußrichtung (-Z) von außen nach innen betrachtet, eine Schichtfolge umfaßt aus harten äußeren textilen Lagen (30,32,34), weichen textilen Lagen (24,26,28), deren Härte geringer ist als diejenige der harten textilen Lagen (30,32,34), und mittelharten inneren textilen Lagen (16, 18,20,22), deren Härte zwischen derjenigen der harten (30,32,34) und der weichen textilen Lagen (24,26,28) liegt.

19. Ballistischer Schutzhelm, dessen Helmschale (10,50,70) durch einen ballistischen Schutzpanzer (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet wird.

20. Ballistische Schutzweste, umfassend Hartsegmente oder Harteinschübe, die jeweils durch einen ballistischen Schutzpanzer (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 gebildet werden.

21. Ballistische Schutzweste gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartsegmente oder Harteinschübe überlappend angeordnet sind.

22. Ballistische Schutzweste gemäß Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hartsegmente oder Harteinschübe gegeneinander verschiebbar an oder in der Schutzweste angeordnet sind.