WO2013037738A1 - Strukturbauteil für gepanzerte fahrzeuge - Google Patents
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- WO2013037738A1 WO2013037738A1 PCT/EP2012/067660 EP2012067660W WO2013037738A1 WO 2013037738 A1 WO2013037738 A1 WO 2013037738A1 EP 2012067660 W EP2012067660 W EP 2012067660W WO 2013037738 A1 WO2013037738 A1 WO 2013037738A1
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Definitions
- the invention generally relates to the armor of vehicles, in particular of military land or water vehicles.
- the invention particularly relates to structural components for such a vehicle, which have a layer structure with in ⁇ nerem honeycomb core and at least one cover layer.
- Monolithic armor steel plates have long been known as structural elements in armored land or water vehicles, for example in tanks.
- a Panzerstahlplatte typi ⁇ Shem 8mm strong armor steel has a basis weight between 60kg / m 2 and 70kg / m 2 .
- Conventional armor leads accordingly to very high total weight. High weight of the panzer ⁇ tion is obviously detrimental, inter alia, in terms of mobility, the payload and also the range of the vehicle.
- modular armor typically a monolithic steel ⁇ plate with 8mm thickness as a basic armor and a variable mission-related additional armor, eg.
- the steel armor plate offers basic protection and provides the struc ⁇ tural integrity.
- the variable additional armor (narrow abbreviated: engl. "Add-on") makes it possible to increase the protection of the basic armor and adapt it to certain effectors, for example.
- Modular armor is nowadays preferred because of polyvalent threats in the mission area.
- the add-on protection results in more modular
- the US Patent 3577836 finally describes protective clothing, for example.
- a protective vest with a layer structure of composite ⁇ materials.
- the international application WO 03/058151 describes a mine protection for armored vehicles, which has a layer structure with a plurality of different honeycomb cores. This structure is complex and includes within the proposed layer structure including thin metal ⁇ plates and layers of ceramic material. From such a structural component is expected to good protection, but only small weight savings.
- the European patent application EP 0237095 describes a composite panel with similar layer structure, which also has a plurality of thin metal plates and a layer of ceramic material. This layer structure is intended to offer a high protective effect with a simultaneously limited weight per unit area.
- the German utility model DE 8804278 describes a Pan ⁇ zerplatte for motor vehicles, which has three layers, namely an inner layer of fiber composite plastic (FRP), an intermediate layer of ceramic material and the vehicle plate opposite layer of honeycomb material.
- FRP fiber composite plastic
- European patent application EP 1679484 discloses a device for fastening ballistic protective elements. to objects to be protected against the effects of weapons, in particular on casings of armored vehicles.
- the European patent EP 1361408 discloses a Verbundpan ⁇ zer für for ballistically protecting a gap between at least one tank module and the structural components of the basic structure of the protected vehicle or aircraft.
- the body of this reticulated structure has upper, lower and intermediate layers with a cavity in which a ceramic material is provided.
- the structure is according to EP 1361408 in addition to the or the structural components and the additional armor, ie the armor modules, mounted and thus increases the total weight.
- the French patent application FR 2723192 describes a relatively simple compared to the above examples layer structure, which does not require layer of armor steel and should achieve additional weight savings.
- This layer structure has a core composite, which comprises a honeycomb core with two-sided cover layers made of fiber composite plastic (FRP). On the enemy side, ceramic tiles are glued to the core composite, which are protected against external aggression by an additional fiber-reinforced plastic layer.
- FRP fiber composite plastic
- the structural components described above are made of composite material ⁇ either turn out as the actual additional armor or, in case of performing tion as Grundpanze- provided with complex protective functions. In any case, they can not be used directly for a recently preferred use as modular armor with variable additional contactor.
- An object of the present invention is thus to provide a structural component for armored vehicles, wel ⁇ ches is particularly easily performed and exclusively use Replaceable additional armor in a simple way allows, as well as provides a basic protection.
- the structural component according to the invention is characterized in that neither a supporting or monolithic metal layer such as armored steel nor a hard material layer of ceramic Kera be present in the layer ⁇ construction .
- the layer structure Besht mainly of a composite core of composite material having a honeycomb core, preferably made of fiber reinforced plastic (FRP), and with at least ⁇ side, preferably on both sides a top layer au the honeycomb core. But this simplified lightweight re ⁇ cuted already weight.
- a structural component OF INVENTION dung invention is characterized in that fastening elements are anchored in the Kernver ⁇ bund which an enemy menace or other side serves the lösba ⁇ ren attachment to ⁇ zu132den additional armor.
- the use of the layered structure as a pure basic ⁇ protection or basic armor is in simp rather manner enables to which variable, depending on the application, modular add-on armor may be attached.
- the Kernverbun itself already a basic protection, in particular against shock waves or pressure waves ("blast") and possibly together with ei ⁇ nem splinter protection (so-called “spall liner”) against splinters also forms according to the invention the core composite itself (per se), the actual support structure for an adapted missions to be selected replaceable additional armor, for example.
- the core composite itself (per se), the actual support structure for an adapted missions to be selected replaceable additional armor, for example.
- the structural component but is not only self-supporting ⁇
- the core network is adapted to carry the load gan ⁇ giger additional armor, and transmitted to the remaining structure of the vehicle. There is no additional armor permanently integrated into the layer structure.
- the proposed solution makes it possible to optimize the protection of the vehicle for operational reasons, in particular with the aim of minimizing weight.
- the invention proposes, contrary to conventional approaches, to completely replace the proven armor steel as a basic protection by a layer construction of composite material, in particular a fiber composite with honeycomb core.
- the invention proposes, even contrary to conventional solutions, not to integrate the protection against different Liehe effectors directly in the layer structure. This means a significant reduction of the mass of the basic protection thus the total mass of the vehicle.
- the average basis weight of the core composite per se in particular the portion of the layer structure which substitutes the typical steel plate (ie, ignoring friend-side splinter protection), is less than 40kg / m 2 , more preferably less than 15kg / m 2 , despite in comparison to steel armor necessarily larger wall thickness, which is preferably smaller overall than 50mm.
- the proposed layer structure can be expected to save more than 10% of weight, estimated at up to 50%.
- the core composite itself consists of a honeycomb core and on both sides mounted opposite outer layers.
- a core network can be used together with a friend-side, d. H. facing the vehicle interior, splinter protection layer ("spall liner") represent the basic protection of the vehicle.
- the structural component consists of a layered structure with essentially, i. apart from, in particular, adhesive layers and functional films without protective effect, the following four layers only: An enemy-side covering layer, a honeycomb core, a friend-side covering layer and a friend-side shatter-proofing layer.
- An enemy-side covering layer a honeycomb core
- a friend-side covering layer a friend-side shatter-proofing layer.
- for connecting the layers intermediate functional layers such as adhesive or
- Interface layers may be provided, the thickness of which is negligible.
- Such functional layers serve only the connection or compound formation or as an interface between different materials, for example, the splinter protection and the friend-side cover layer.
- Thermoplastics have proved to be particularly suitable adhesives for Verbin ⁇ extension of the layers.
- the cover layers are made of fiber composite, in particular glasturaver ⁇ reinforced plastic (GRP).
- GRP glasturaver ⁇ reinforced plastic
- the honeycomb core on the other hand, can be made of different materials, in addition to FRP, in particular with glass fibers or aramid fibers, and also, for example, from aluminum foil.
- the splinter protection is preferably made of a high-strength plastic, in particular of high-strength polyethylene (PE) such as Dyneema®.
- PE polyethylene
- other tear-resistant plastics eg a FVK with aramid fibers, can be used as splinter protection.
- the layer for splinter protection may have a core wall similar or possibly greater wall thickness. Insge ⁇ velvet, the wall thickness of the structural component will naturally be greater than in a suitably protective armored steel.
- the honeycomb core has a mean wall thickness below 50mm, preferably in the range of 5mm to 50mm. This allows relatively thin components with at the same time sufficient structural integrity.
- An adequate basic protection can be achieved by friendly and / or enemy-sided cover layers with an average wall thickness in the range of already 0.2 mm to 15 mm, preferably in the range of 0.3 mm to 10 mm.
- fasteners for the replaceable additional armor metal bushings can be used. These can preferably be provided in each case in a lo ⁇ kal demarcated mounting area within the honeycomb core and embedded in the core assembly and anchored in the mounting area, for example. Glued.
- An expedient fastening region can be produced, in a manner known per se, by suitable filling compound, preferably from a duroplastic.
- suitable filling compound preferably from a duroplastic.
- Flange bushes made of metal, for example. High-carbon steel, are preferably used with female threads as bushings.
- the corresponding flange is, when anchored in the core composite, on the enemy side cover layer of the core ⁇ composite, so that the flange is supported there and accordingly ⁇ speaking, together with the already load-distributing attachment area, the support of an additional armor to the structural component, ie in the mechanical sense the reaction too
- Optimized impact force actio Vorzugswei ⁇ se but the individual mounting areas are not mandatory for uniform load distribution ⁇ according to a regular, with respect.
- the surface uniformly distributed grid of the Distributed structural component provided.
- Structure of the vehicle such as a frame made of armored ⁇ steel, may be provided in the outer edge region of the core composite, partially or over the entire circumference, a plurality of lo ⁇ limited limited reinforced areas.
- suitable potting mass can be provided here, into which, for example, bores are introduced in order to connect the structural component to the rest of the structure of the vehicle.
- additional components in the structural component such as bullet-proof glass panes ⁇ .
- the potting compound, as well as for the attachment elements of the additional armor is preferably provided in isolated, locally isolated areas. It is also possible to provide a fully continuous border of the core composite with potting mass, which expediently partially reinforced foothills to the inside, for example, peninsular shape in front view. These extensions can then be used as a reinforced area for attachment.
- a structural component according to the above description is particularly suitable as part of the basic armor of a ge ⁇ armored vehicle.
- the formepanze ⁇ tion can be removably fastened to a corresponding structural component, preferably with intermediate air gap between additional armor and base armor.
- the invention also encompasses the use of a proposed structural component in an armored land vehicle or watercraft, in particular for military purposes.
- a fiction, ⁇ structural component as a door in an armored vehicle into consideration.
- honeycomb core is executed in a typical manner with hollow cells in honeycomb shape and preferably produced in the expansion process.
- a door structure to be used as a component it is expedient to provide a un ⁇ direct part and an upper part which are angled to each other and connected by a bend portion.
- a design is preferred in which the Wa ⁇ benkern in the bending area passes seamlessly from the lower part to the upper part.
- FIG. 1 is a front view of an inventive removablebil ⁇ Deten structural component for use as a door of an armored vehicle;
- FIG. 2 is a longitudinal cross-section vertically through the structural ⁇ turbauteil of FIG. 1 ;
- FIG. 3 is an enlarged section of the longitudinal cross section in FIG. 2, according to area III;
- FIG. 4 shows an enlarged partial cross section according to IV-IV
- FIG. 1 demonstrate .
- FIG.1-4 is a designed for use as a door
- Structural component generally designated 10.
- the structure ⁇ component 10 is intended for use in an armored land vehicle, such as a military armored transport vehicle, Schützenpan- zer, Spähpanzer or battle tank.
- FIGS. 1-4 do not show the construction of suitable additional armor known per se.
- additional armor (“add-on”) will always be mounted in the ready-to-use state of the vehicle enemy on the structural component 10, because most Ef ⁇ maschineoren or projectiles are now in the position common basic protection, as well as the structural component 10 to fürdrin ⁇ gene. Therefore, generally mission adapted modules of an add-on armor as so to be at a present invention structure component 10.
- "add-on protection” mechanically fixed removable to increase the level of protection and in particular to minimize the risk of penetration of different effectors.
- the structural component 10 due to its use, initially has a contour suitable for intended use, here as a door, with a planar design.
- the structural member 10 according to FIG.1-4 is designed in two parts with an upper part 12 and a lower part 14 which are angled from each other by a bending ⁇ area 16, with a geeigne ⁇ th angle, for example. Of about 10-30 °. With bending by the bending area 16, the probability of a less favorable ⁇ tigsten perpendicular strike of effectors is reduced because at least a portion of the structural component 10, such as the upper part 12 may be inclined to the vertical after attachment to the vehicle.
- the structural component 10 has a relatively simple layer structure 20.
- the layer structure 20 is made of only two essential components, namely a core composite 22, and a back-side or splinter-protection layer 24 splinter protection layer 24 Koninklijke DSM NV, Heerlen, the Netherlands is, for example, from a plate-like hanging together ⁇ layer of monolithic high-strength PE per se known type, for example. Dyneema® Fa. prepared. Other materials which are suitable as splinter protection can also be used, for example Kevlar® (from DuPont, Wilmington,
- the core composite 22 according to the invention consists essentially of only three layers, namely the honeycomb core 25 which has an areal extent and its cover layers 26 on both sides.
- the honeycomb core 25 has a known structure with hollow cells in hexagonal cross-section or honeycomb form (honeycomb).
- honeycomb core 25 is produced in a manner known per se, for example in the expansion process.
- the cell walls in the honeycomb core 25 are directed in the core composite 22 perpendicular to its planar extension direction, ie horizontally in FIG. Suitable processes for the production of composite panels or core composite 22 are known to those skilled in the art. knows.
- Both the honeycomb core 25 and the cover layers 26 are preferably each made of FRP, wherein under defenceli ⁇ che material combinations come into consideration.
- Recommended for the production of the honeycomb core 25 are high-modulus Fa ⁇ sermaterialien such.
- unimpregnated honeycomb cores 25 made of metal foil, insbesonde ⁇ re aluminum foil, are generally suitable.
- the Di ⁇ cke or wall thickness dl of the honeycomb core 25 depends mainly on the weight of the attached add-on protection, dl should be in the range of 0.5cm to 5cm.
- cover layers 26 of the honeycomb core 25 single-layer or multilayer composite materials or even monolithic layers can be used in the core composite 22.
- com ⁇ men easily be built materials such as fiberglass, CFRP, aluminum foil, or monolithic aramids or other polymers such as high strength PE into consideration.
- the thickness or wall thickness of the cover layers 26 designated in FIG. 3 may typically be between 0.3 mm and 10 mm, and does not have to be identical on both sides.
- About material and thickness of the cover layers 26 can be in addition to the carrying capacity of the core composite 24, more basic protection functionalities, for example, set against splinters.
- the cover layers 26 are on the honeycomb core 25th
- cover layers 26 and honeycomb core 25 Cohesively bonded by gluing.
- suitable adhesive connection is selected.
- cover layers 26 and honeycomb core 25 made of GRP a good adhesive bond can be achieved by curing a thin intermediate layer (not shown) of suitable thermoplastic.
- DEM according to the honeycomb core 25 is designed in the bending region 16 in the preferred design seamlessly throughout and in one piece with no joint, in particular without a co ⁇ add two separate honeycomb sections.
- d2 also denotes the wall thickness of the splinter protection layer 24.
- This wall thickness d2 depends essentially purely on the function of the splinter protection layer 24 and should preferably be in the range of learning to 5 cm. Tests (see below) have shown that, in particular, high-strength polyethylene (PE) is capable of coherently intercepting an EFP-IED, type 5 (internal name of the Bundesvid), i. with buckling but without crack of the splinter protection layer 24.
- PE polyethylene
- the necessary strength of a splinter protection layer 24 may vary depending on the application.
- Fastening elements 30 are provided.
- the fastening elements 30 are, as shown in FIG.l, for symmetrical construction share ⁇ conveniently over the area in about the same and symmet ⁇ driven distributed. As a result, a more uniform load distribution is achieved, both with regard to the weight of the additional armor and in particular with regard to impact forces.
- no fasteners in the upper part 14 are shown for ease of illustration, but there may also be provided.
- a fastening element 30 is provided in approximately every 0.2m 2 - 0.5m 2 .
- Each fastener 30 is as flange bushing 30, for example.
- the fastening elements 30 could Alternatively, be made of high strength plastic.
- the flanged sleeve 30 is in which as a further part of the elements Befest Trentsele ⁇ a suitable pin (not shown) is screwed in the example shown, a réellege ⁇ winch 32.
- the add-on armor is, in turn, releasably attached to said pin, said pin spacers is used as for the generation ⁇ supply of an air gap between the structural member 10 and additional armor.
- An air gap is typically used ⁇ , inter alia, as this makes certain effectors against the armor largely ineffective.
- the visapanze ⁇ tion can also be attached directly to the structural component 10 fitting by means of the flange bushing 30 detachably screwed.
- the flange bushings 30 have an integrally formed flange 34 on the front side.
- the flange 34 is disc-shaped on the enemy-side surface of the outer cover layer 26 in abutment and.
- the flange bushing 30 is additionally supported by the flange 34 in order to achieve an improved force transmission in the optimized optimized pressure load on the core composite 22.
- a filling compound 42 is already introduced into the cells of the honeycomb core 25 before completion of the core assembly 22.
- the filling compound 42 is introduced in such a way that all cells within the respective desired surface areas are completely filled.
- a thermosetting thermoset it is particularly preferable to use a thermosetting thermoset. It can also even metal, Art ⁇ substance- or fiber composite filling material or other conventional ⁇ as the so-called. "Potting" used filling material 42 are inserted.
- the outer layers 26 are applied so that they, as well as the honeycomb core can be materially bonded to the filling compound 42 the.
- 40 high overall resistance to pressure and tension is achieved in each mounting area, wel ⁇ che that of the other surface of the core assembly 22 still exceeds ⁇ rises.
- the lowest possible amount of filling compound 42 should be introduced overall.
- the hardened filling compound 42 is then drilled out to create a blind hole, which ends shortly before the inner, i.e. friendly cover layer 26 protrudes.
- a flange bushing 30 is then anchored as a fastening element in each attachment region 40 in the blind hole of the finished core assembly 22.
- Anchoring takes place by means of suitable cohesive bonding, depending on the material pair used for filling compound 42 and flange bushing 30, in the blind hole of the core composite 22.
- Flange bushes 30 can, however, also be anchored in holes passing through the core composite 22.
- the splinter protection layer 24 is in any case not affected by the flange bushing 30 or its bore. As a result, the running as a flange bushing 30 fastener is also secured against tensile force, which is generated by the weight of the additional armor.
- Example 1 (building enemy side -> friend side)
- the protection against ballistic impact is achieved mainly by the additional armor, but this was penetrated by the EFP-IED projectile.
- the projectile was collected under buckling, but without crack in the integrated splinter protection layer 24 (Spall Liner) of the layer structure 20.
- Example 2 This even lighter prototype in accordance with Example 2, despite the same total thickness d4, was subjected to a more stringent explosive test with a spherical TNT charge in the MIEDAS Improved Explosive Device Assessment Structure. Armoring for simulating a less impact-resistant additives a 3mm thick steel armor plate without an air gap has been screwed according to Example 2 directly defined on the structural component 10 dimensio ⁇ .
- Explosive force could also be achieved in this attempt a buckle without crack.
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Abstract
Die Erfindung betrifft Panzerungen gepanzerter Land- oder Wasserfahrzeuge welche eine Grundpanzerung sowie eine hieran feindseitig abnehmbar befestigte Zusatzpanzerung aufweisen. Insbesondere wird ein als Grundpanzerung geeignetes Strukturbauteil (10) für solche Fahrzeuge vorgeschlagen, welches einen Schichtaufbau (20) umfasst, der einen Kernverbund (22) mit innerem Wabenkern (25) und mit zumindest einer Deckschicht (26) aufweist. Erfindungsgemäß ist im Schichtaufbau (20) weder eine tragende Metall-Schicht noch eine Hartmaterial-Schicht aus Keramik vorliegt. Als weiteres erfindungswesentliches Merkmal ist sind zur lösbaren Befestigung feindseitiger Zusatzpanzerung im Kernverbund (22) Befestigungselemente (30) verankert. Hierdurch bietet im Wesentlichen der Kernverbund (22) selbst einen Grundschutz stellt zudem die Tragstruktur für austauschbare Zusatzpanzerung.
Description
Strukturbauteil für gepanzerte Fahrzeuge Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein die Panzerung von Fahrzeugen, insbesondere von militärischen Land- oder Wasserfahrzeugen. Die Erfindung betrifft speziell Strukturbauteile für ein derartiges Fahrzeug, welche einen Schichtaufbau mit in¬ nerem Wabenkern und zumindest einer Decklage aufweisen.
Stand der Technik
Seit langem bekannt sind monolithische Panzerstahlplatten als Strukturelemente in gepanzerten Land- oder Wasserfahr- zeugen, bspw. in Panzern. Eine Panzerstahlplatte aus typi¬ schem 8mm starkem Panzerstahl hat ein Flächengewicht zwischen 60kg/m2 und 70kg/m2. Herkömmliche Panzerung führt demnach zu sehr hohem Gesamtgewicht. Hohes Gewicht der Panze¬ rung ist offensichtlich abträglich unter anderem bezüglich der Mobilität, der Nutzlast und auch der Reichweite des Fahrzeugs .
Stand der Technik sind inzwischen auch modular aufgebaute Panzerungen, welche typischerweise eine monolithische Stahl¬ platte mit 8mm Stärke als Grundpanzerung und eine variable missionsbedingte Zusatzpanzerung, bspw. aus Keramik-
Composite-Kacheln umfassen. Auch in diesem Fall bietet die Panzerstahlplatte einen Grundschutz und stellt die struktu¬ relle Integrität sicher. Die variable Zusatzpanzerung (eng-
lisch abgekürzt: engl. "Add-on") erlaubt es, missionsange- passt den Schutz der Grundpanzerung zu erhöhen und bspw. an bestimmte Effektoren anzupassen. Modulare Panzerungen werden heutzutage aufgrund polyvalenter Bedrohungen im Einsatzge- 5 biet bevorzugt. Jedoch führt der Add-On Schutz modularer
Panzerungen zu einer zusätzlichen Gewichtszunahme des Gesamtsystems. Oft bewegen sich im Einsatzgebiet befindliche Fahrzeuge bereits nahe oder am Limit der zulässigen Gesamt¬ masse. Ein weiterer Vorteil modularer Panzerungen ist allerl ei dings, dass das Fahrzeug in zwei Frachten verteilt insbeson¬ dere auf dem Luftweg transportierbar wird, d.h. dass die Zusatzpanzerung getrennt verlad- bzw. transportierbar ist.
Es besteht demnach der Wunsch, insbesondere auch bei modula- ren Schutzstrukturen, deutliche Gewichtsreduktionen zu er- 15 zielen.
In Schutzstrukturen aus gattungsfremden Anwendungsgebieten, welche nicht den Schutz bzw. die Panzerung von Fahrzeugen betreffen, ist es bereits bekannt, Composite- bzw. Verbund¬ werkstoffe einzusetzen. So beschreibt bspw. die
20 WO 2010/033266 ein Verbundpaneel zum Schutz gegen Schockwel¬ len, welches für den Flugzeugbau geeignet ist. Dieses Ver¬ bundpaneel soll insbesondere, etwa zum Bau von Gepäckaufbe¬ wahrungen innerhalb eines Flugzeugs geeignet sein und dort die Bedrohung durch Explosion etwa einer eingeschmuggelten
25 Bombe reduzieren. Ein weiteres Verbundpaneel mit Schutzwir¬ kung ist bekannt aus dem US-Patent 7685921. Dieses Paneel ist geeignet zum Bau von temporären Unterkünften bzw. Lagerstätten, sog. SEAHUTS. Das US-Patent 5554816 wiederum be¬ schreibt verschiedene tragbare Vorrichtungen zum Personen-
30 schütz, in welcher auch ein Verbundpaneel eingesetzt wird.
Das US-Patent 3577836 schließlich beschreibt Schutzkleidung, bspw. eine Schutzweste, mit einem Schichtaufbau aus Verbund¬ werkstoffen .
Auch auf dem Gebiet des Fahrzeugbaus bzw. gepanzerter Fahr-
zeuge ist jedoch der Einsatz von Verbundmaterialien im
Schichtaufbau bereits bekannt.
Die internationale Anmeldung WO 03/058151 bspw. beschreibt einen Minenschutz für gepanzerte Fahrzeuge, welche einen Schichtaufbau mit mehreren unterschiedlichen Wabenkernen aufweist. Dieser Aufbau ist komplex und umfasst innerhalb des vorgeschlagenen Schichtaufbaus u. a. auch dünne Metall¬ platten sowie Lagen aus keramischem Werkstoff. Von einem derartigen Strukturbauteil ist wohl gute Schutzwirkung zu erwarten, jedoch nur geringe Gewichtseinsparung.
Die europäische Patentanmeldung EP 0237095 beschreibt eine Verbundplatte mit ähnlichem Schichtaufbau, welcher ebenfalls eine Mehrzahl dünner Metallplatten sowie eine Lage aus keramischem Werkstoff aufweist. Dieser Schichtaufbau soll eine hohe Schutzwirkung bei zugleich begrenztem Flächengewicht bieten .
Ein weiterer komplexer Schichtaufbau zur Panzerung von Fahrzeugen ist aus dem US-Patent US 4404889 bekannt. Hiermit soll eine erhöhte Schutzwirkung erzielt werden, jedoch ist das Flächengewicht verhältnismäßig hoch (siehe „table A" aus US 4404889), da auch hier Stahlplatten innerhalb des
Schichtaufbaus eingesetzt werden. Eine weitere Verbundpanze¬ rung ist auch aus dem US-Patent US 4529640 bekannt. Letztge¬ nannte Panzerung umfasst eine feindseitige Stahlplatte, auf welche ein Wabenkern als Abstandhalter für eine freundseiti- ge Schicht aus Glasfaserlagen angebracht ist.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 8804278 beschreibt eine Pan¬ zerplatte für Kraftfahrzeuge, welche drei Lagen aufweist, nämlich eine innere Lage aus Faserverbundkunststoff (FVK) , eine Zwischenlage aus keramischem Material und eine dem Fahrzeugblech gegenüberliegende Lage aus Wabenmaterial.
Die europäische Patentanmeldung EP 1679484 offenbart eine Vorrichtung zur Befestigung von ballistischen Schutzelemen-
ten an gegen Waffeneinwirkung zu schützenden Objekten, insbesondere an Gehäusen von gepanzerten Fahrzeugen.
Das europäische Patent EP 1361408 offenbart eine Verbundpan¬ zerstruktur zum ballistischen Schutz einer Lücke zwischen mindestens einem Panzermodul und den Strukturbauteilen der Grundstruktur des zu schützenden Fahr- oder Flugzeugs. Der Körper dieser netzartigen Struktur hat eine obere, eine untere und eine Zwischenschicht mit einem Hohlraum in welchem ein Keramikmaterial vorgesehen ist. Die Struktur wird gemäß EP 1361408 zusätzlich zu dem bzw. den Strukturbauteilen und der Zusatzpanzerung, d.h. den Panzermodulen, angebracht werden und erhöht somit das Gesamtgewicht.
Die französische Patentanmeldung FR 2723192 hingegen beschreibt einen im Vergleich zu vorgenannten Beispielen verhältnismäßig einfachen Schichtaufbau, welcher ohne Lage aus Panzerstahl auskommt und zusätzliche Gewichtseinsparung erzielen soll. Dieser Schichtaufbau weist einen Kernverbund auf, welcher einen Wabenkern mit beiseitigen Decklagen aus Faserverbundkunststoff (FVK) umfasst. Feindseitig sind auf dem Kernverbund Keramikkacheln angeklebt, welche durch eine zusätzliche faserverstärkte KunststoffSchicht gegen äußere Aggressionen geschützt sind.
Die vorhergehend beschriebenen Strukturbauteile aus Verbund¬ material sind entweder als eigentliche Zusatzpanzerung aus- geführt oder aber, im Falle der Ausführung als Grundpanze- rung, mit komplexen Schutzfunktionen versehen. Sie sind al- lesamt nicht unmittelbar für einen in letzter Zeit bevorzug- ten Einsatz als modulare Panzerung mit variablem Zusatz- schütz einsetzbar.
Aufgabenste1lung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit ein Strukturbauteil für gepanzerte Fahrzeuge zu schaffen, wel¬ ches besonders leicht ausgeführt ist und den Einsatz aus-
tauschbarer Zusatzpanzerung auf einfache Weise ermöglicht, sowie einen Grundschutz bietet.
Allgemeine Beschreibung
Diese Aufgabe wird bereits gelöst durch ein Strukturbauteil mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Das erfindungsgemäße Strukturbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass im Schicht¬ aufbau weder eine tragende bzw. monolithische Metallschicht etwa aus Panzerstahl noch eine Hartmaterialschicht aus Kera mik vorliegen. Der Schichtaufbau beseht hauptsächlich aus einem Kernverbund aus Verbundwerkstoff mit einem Wabenkern, vorzugsweise aus Faserverbundkunststoff (FVK) , und mit zu¬ mindest einseitig, bevorzugt beidseitig eine Deckschicht au dem Wabenkern. Allein diese vereinfachte Leichtbauweise re¬ duziert bereits das Gewicht. Weiter zeichnet sich ein erfin dungsgemäßes Strukturbauteil dadurch aus, dass im Kernver¬ bund Befestigungselemente verankert sind, welche der lösba¬ ren Befestigung einer feindseitig bzw. bedrohungsseitig an¬ zubringenden Zusatzpanzerung dient. Hierdurch wird in einfa eher Weise der Einsatz des Schichtaufbaus als reiner Grund¬ schutz bzw. Grundpanzerung ermöglicht an welchem variabel, je nach Einsatz, modulare Zusatzpanzerung angebracht werden kann .
Erfindungsgemäß bietet somit im Wesentlichen der Kernverbun selbst bereits einen Grundschutz, insbesondere gegen Schock wellen bzw. Druckwellen („blast") und ggf. zusammen mit ei¬ nem Splitterschutz (sog. „spall liner") auch gegen Splitter Außerdem bildet erfindungsgemäß der Kernverbund selbst (per se) die eigentliche Tragstruktur für eine missionsangepasst zu wählende austauschbare Zusatzpanzerung bspw. in Form von Modulen. Das Strukturbauteil ist demnach nicht nur selbst¬ tragend, sondern der Kernverbund ist geeignet die Last gän¬ giger Zusatzpanzerungen zu tragen und auf die restliche Struktur des Fahrzeugs zur übertragen. Es ist keine Zusatzpanzerung dauerhaft in den Schichtaufbau integriert. Die
vorgeschlagene Lösung erlaubt es, den Schutz des Fahrzeugs Einsatzbedingt zu optimieren insbesondere mit dem Ziel der Gewichtsminimierung .
In Versuchen hat sich eine überraschend geringe dynamische Beulung im Vergleich zu Panzerstahl als Grundpanzerung vergleichbaren Flächengewichtes ergeben. Hohe gewichtsbezogene Druckfestigkeit ist grundsätzlich ein maßgeblicher Vorteil eines Kernverbunds mit Wabenkern. Es hat sich jedoch überra¬ schenderweise durch Versuche herausgestellt, dass erfin- dungsgemäße Kernverbunde einen sehr vorteilhaften geschwindigkeitsabhängigen Verlauf Ihrer Grundeigenschaften zeigen. Insbesondere bei Stauchungs- bzw. Dehnungsraten entsprechend typischer Explosionsdruckwellen, wurde im Vergleich zum statischen Belastungsfall eine beachtliche Zunahme des E-Moduls einerseits und auch der Druck- bzw. Zugfestigkeit anderer¬ seits ermittelt. Dies erklärt zumindest anteilweise die überraschend gute Schutzwirkung gegenüber „blast", d.h.
bzgl. Schockwellen.
Folglich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, entgegen her- kömmlichen Ansätzen, den bewährten Panzerstahl als Grundschutz komplett zu substituieren durch einen Schichtaufbau aus Verbundmaterial, insbesondere einen Faserverbund mit Wabenkern. Andererseits schlägt die Erfindung vor, auch entgegen herkömmlichen Lösungen, den Schutz gegen unterschied- liehe Effektoren nicht unmittelbar in den Schichtaufbau zu integrieren. Dies bedeutet eine signifikante Reduktion der Masse des Grundschutzes somit der Gesamtmasse des Fahrzeugs.
In einer bevorzugten Ausführung ist das mittlere Flächengewicht des Kernverbunds an sich, insbesondere des Anteils des Schichtaufbaus welcher die typische Stahlplatte substituiert (d.h. ohne Berücksichtigung eines freundseitigen Splitter- Schutzes) , geringer als 40kg/m2, noch bevorzugter geringer als 15kg/m2, trotz im Vergleich zu Panzerstahl notwendig größerer Wandstärke, die bevorzugt insgesamt kleiner ist als
50mm. Verglichen mit Panzerstahl als Grundschutz sind durch den vorgeschlagenen Schichtaufbau Gewichtseinsparungen von weit über 10%, schätzungsweise bis zu 50%, zu erwarten. An¬ gestrebt und denkbar sind natürlich auch Gewichtseinsparun- gen von über 50% im Vergleich zu Panzerstahl als Grundschutz .
Zweckmäßigerweise besteht der Kernverbund für sich genommen aus einem Wabenkern und beidseitig hieran angebrachten gegenüberliegenden Deckschichten. Ein derartiger Kernverbund kann zusammen mit einer freundseitigen, d. h. dem Fahrzeuginneren zugewandten, Splitterschutz-Schicht („spall liner") den Grundschutz des Fahrzeugs darstellen.
In einer bevorzugten Ausführung besteht das Strukturbauteil aus einem Schichtaufbau mit im Wesentlichen, d.h. abgesehen insbesondere von Kleberschichten und Funktionsfolien ohne Schutzwirkung, lediglich folgenden vier Schichten: Eine feindseitige Deckschicht, einen Wabenkern, eine freundseiti- ge Deckschicht sowie eine freundseitige Splitterschutz- Schicht. Gegebenenfalls können zur Verbindung der Schichten zwischenliegende Funktionsschichten wie Kleber- oder
Schnittstellenschichten vorgesehen sein, deren Dicke jedoch vernachlässigbar ist. Solche Funktionsschichten dienen lediglich der Verbindung bzw. Verbundbildung oder als Schnittstelle zwischen unterschiedlichen Materialien bspw. dem Splitterschutz und der freundseitigen Deckschicht. Thermoplaste haben sich als besonders geeignete Kleber zur Verbin¬ dung der Schichten erwiesen. Vorzugsweise sind die Deckschichten aus Faserverbund, insbesondere aus glasfaserver¬ stärktem Kunststoff (GFK) hergestellt. Der Wabenkern hinge- gen kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, neben FVK, insbesondere mit Glasfasern oder Aramidfasern, auch bspw. aus Aluminiumfolie. Der Splitterschutz ist vorzugsweise aus einem hochfesten Kunststoff, insbesondere aus hochfestem Polyethylen (PE) wie etwa Dyneema® hergestellt. Auch andere reißfeste Kunststoffe, z.B. ein FVK mit Aramid-
fasern, können als Splitterschutz verwendet werden.
Die Schicht zum Splitterschutz kann eine dem Kernverbund ähnliche oder ggf. auch größere Wandstärke aufweisen. Insge¬ samt wird die Wandstärke des Strukturbauteils naturgemäß größer sein als bei einem entsprechend schützendem Panzerstahl .
Gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn der Wabenkern eine mittlere Wandstärke unter 50mm aufweist, vorzugsweise im Bereich von 5mm bis 50mm. Dies ermöglicht verhältnismäßig dünne Bauteile mit zugleich hinreichender struktureller Integrität. Einen ausreichenden Grundschutz können freundsei- tige und/oder feindseitige Deckschichten mit mittlerer Wandstärke im Bereich von bereits 0,2mm bis 15mm, vorzugsweise im Bereich von 0,3mm bis 10mm, erzielen. Als zweckmäßige und kostengünstige Befestigungselemente für die austauschbare Zusatzpanzerung können Metallbuchsen eingesetzt werden. Diese können bevorzugt jeweils in einem lo¬ kal abgegrenzten Befestigungsbereich innerhalb des Wabenkerns vorgesehen sein und im Kernverbund eingelassen und im Befestigungsbereich verankert, bspw. verklebt werden. Ein zweckmäßiger Befestigungsbereich lässt sich, in an sich bekannter Weise, durch geeignete Füllmasse herstellen, vorzugsweise aus einem Duroplast. Bevorzugt werden als Buchsen Flanschbuchsen aus Metall, bspw. Hartstahl, mit Innengewinde eingesetzt. Der entsprechende Flansch liegt, bei Verankerung im Kernverbund, an der feindseitigen Deckschicht des Kern¬ verbunds an, so dass der Flansch dort abstützt und dement¬ sprechend auch, zusammen mit dem bereits lastverteilenden Befestigungsbereich, die Abstützung einer Zusatzpanzerung am Strukturbauteil, d.h. im mechanische Sinne die Reactio zu
Einschlagkräften (impact force actio) optimiert. Vorzugswei¬ se aber nicht zwingend werden zur gleichmäßigen Belastungs¬ verteilung die einzelnen Befestigungsbereiche gemäß einem regelmäßigen, bzgl. der Fläche gleichverteilten Raster des
Strukturbauteils verteilt vorgesehen.
Zur Verbindung des Strukturbauteils mit der restlichen
Struktur des Fahrzeugs, etwa einem Rahmengestell aus Panzer¬ stahl, können zweckmäßig im äußeren Randbereich des Kernver- bunds, teilweise oder über den gesamten Umfang, mehrere lo¬ kal begrenzte verstärkte Bereiche vorgesehen sein. Hier kann zweckmäßigerweise geeignete Potting-Masse vorgesehen werden, in welche bspw. Bohrungen eingebracht werden, um das Strukturbauteil mit der restlichen Struktur des Fahrzeugs zu ver- binden. Analog lassen sich auch bspw. zusätzliche Bauteile in das Strukturbauteil integrieren, wie etwa Panzerglas¬ scheiben. Zur Gewichtsoptimierung wird die Potting-Masse, wie auch für die Befestigungselemente der Zusatzpanzerung, bevorzugt in vereinzelten, lokal isolierten Bereichen vorge- sehen. Es ist auch möglich, einen vollumfänglich durchgehende Umrandung des Kernverbunds mit Potting-Masse vorzusehen, welche zweckmäßigerweise bereichsweise verstärkte Ausläufer nach Innen aufweist, bspw. halbinselförmiger Gestalt in Frontansicht. Diese Ausläufer können dann als verstärkte Bereich zur Befestigung genutzt werden.
Ein Strukturbauteil gemäß vorstehender Beschreibung eignet sich besonders als Bestandteil der Grundpanzerung eines ge¬ panzerten Fahrzeugs. Erfindungsgemäß kann die Zusatzpanze¬ rung abnehmbar an einem entsprechenden Strukturbauteil be- festigt werden, vorzugsweise mit zwischenliegendem Luftspalt zwischen Zusatzpanzerung und Grundpanzerung.
Die Erfindung umfasst dementsprechend auch die Verwendung eines vorgeschlagenen Strukturbauteils in einem gepanzerten Land- oder Wasserfahrzeug, insbesondere für militärische Zwecke. Insbesondere kommt die Verwendung eines erfindungs¬ gemäßen Strukturbauteils als Tür in einem gepanzerten Fahrzeug in Betracht.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist der Wabenkern in typischer Weise mit Hohlzellen in Honigwaben-Form ausgeführt und
vorzugsweise im Expansionsverfahren hergestellt.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bei einem als Tür einzusetzenden Strukturbauteil ist es zweckmäßig, einen un¬ teren Teil und einen oberen Teil vorzusehen, welche zueinander abgewinkelt und durch einen Biegebereich verbunden sind. Hierbei wird eine Gestaltung bevorzugt, bei welcher der Wa¬ benkern im Biegebereich nahtlos vom unteren Teil zum oberen Teil durchgeht. Insbesondere bei einer starker Abwinklung einer durchgehenden Wabe ist es zweckmäßig, vollständig oder nur im Bereich der Abwinklung überexpandierte Wabe zu verwenden. Auch eine solche, überexpandierte Wabe wird vorlie¬ gend als Wabe mit Honigwabenform bezeichnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend, ohne Einschränkung des
Schutzumfangs , durch Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei:
FIG. 1 eine Frontansicht eines erfindungsgemäß ausgebil¬ deten Strukturbauteils, zum Einsatz als Tür eines gepanzerten Fahrzeugs;
FIG. 2 einen Längsquerschnitt vertikal durch das Struk¬ turbauteil nach FIG. 1 ;
FIG. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Längsquerschnitts in FIG. 2, entsprechend Bereich III; und
FIG. 4 einen vergrößerten Teilquerschnitt gemäß IV-IV aus
FIG. 1; zeigen .
Identische Bezugszeichen zeigen identische Bestandteile in allen Figuren.
Detailbeschreibung anhand der Zeichnungen
In FIG.1-4 ist ein zur Verwendung als Tür ausgeführtes
Strukturbauteil, allgemein mit 10 bezeichnet. Das Struktur¬ bauteil 10 ist zur Verwendung in einem gepanzerten Landfahrzeug, etwa einem militärischen Transportpanzer, Schützenpan- zer, Spähpanzer oder Kampfpanzer bestimmt.
Einleitend ist anzumerken, dass die FIG.1-4 den an sich bekannten Aufbau geeigneter Zusatzpanzerungen nicht zeigen. Eine solche Zusatzpanzerung („Add-On") wird jedoch im einsatzbereiten Zustand des Fahrzeugs stets feindseitig am Strukturbauteil 10 angebracht sein, denn die meisten Ef¬ fektoren bzw. Geschosse sind heutzutage in der Lage gängigen Grundschutz, auch etwa das Strukturbauteil 10, zu durchdrin¬ gen. Daher werden an einem erfindungsgemäßes Strukturbauteil 10 generell missionsangepasste Module einer Zusatzpanzerung als sog. „Add-On Schutz" mechanisch abnehmbar befestigt, um den Schutzlevel zu erhöhen und insbesondere das Risiko eines Durchdringens unterschiedlicher Effektoren zu minimieren.
Derartige, nicht näher gezeigte Zusatzpanzerungen erzeugen den Hauptbeitrag zu gewünschter Multi-hit Kapazität, zur Widerstandsfähigkeit gegen „improvised explosive devices"
(IEDs) und mehr und mehr aufkommenden sog. „explosive formed proj ectile-IEDs" (EFP-IEDs) . Eine maßgebliche Grundschutz¬ funktion zumindest gegen Schockwellen und Splitter wird jedoch auch durch den weiter unten beschriebenen Aufbau eines Strukturbauteils 10 gemäß FIG.1-4 erzielt.
Das Strukturbauteil 10 weist verwendungsbedingt zunächst eine zur vorgesehenen Verwendung, hier als Tür, geeignete Kontur mit flächiger Ausführung auf. Das Strukturbauteil 10 nach FIG.1-4 ist zweiteilig mit einem oberen Teil 12 und einem unteren Teil 14 ausgeführt, welche durch einen Biege¬ bereich 16 voneinander abgewinkelt sind, mit einem geeigne¬ ten Winkel bspw. von etwa 10-30°. Mit Abwinklung durch den Biegebereich 16 wird die Wahrscheinlichkeit eines ungüns¬ tigsten senkrechten Einschlags von Effektoren reduziert, da
zumindest ein Teilbereich des Strukturbauteils 10, etwa der obere Teil 12 nach Anbau am Fahrzeug schräg zur Vertikalen stehen kann. Im oberen Teil 12 kann eine Aussparung 17 bspw. für ein Panzerglasfenster vorgesehen. Zur Befestigung des Strukturbauteils 10 an einem Rahmen des Fahrzeugs sind über den Umfang verteilte Bohrungen 18 durch das Strukturbauteil 10 vorgesehen. Ebenso ist die Aussparung 17 von regelmäßig verteilten Bohrungen 19 umrandet zur Befestigung der Panzerglasscheibe . Wie am besten aus FIG.3-4 ersichtlich, hat das Strukturbauteil 10 einen verhältnismäßig einfachen Schichtaufbau 20. Der Schichtaufbau 20 ist lediglich aus zwei wesentlichen Bestandteilen hergestellt, nämlich einem Kernverbund 22, und einer rück- bzw. freundseitigen Splitterschutz-Schicht 24. Die Splitterschutz-Schicht 24 ist bspw. aus einer zusammen¬ hängenden plattenartigen Schicht aus monolithischem hochfestem PE an sich bekannter Art, bspw. aus Dyneema® der Fa. Koninklijke DSM N.V., Heerlen, Niederlande hergestellt. Auch andere als Splitterschutz geeignete Materialen können einge- setzt werden, etwa Kevlar® (der Fa. DuPont, Wilmington,
USA). Die Splitterschutz-Schicht 24 ist gemäß FIG.1-4 stoff¬ schlüssig durch Klebung an die innen liegende Deckschicht 26 des Kernverbunds 24 angebunden, könnte jedoch auch anders befestigt sein, etwa durch Nietverbindung. Der erfindungswesentliche Kernverbund 22 wiederum besteht im Wesentlichen nur aus drei Schichten, nämlich dem flächenmäßig ausgedehnten Wabenkern 25 sowie dessen beidseitigen Deckschichten 26. Der Wabenkern 25 hat hierbei einen bekannten Aufbau mit Hohlzellen in Hexagonal-Querschnitt bzw. Ho- nigwaben-Form (honeycomb) . Der Wabenkern 25 ist in an sich bekannter Art bspw. im Expansionsverfahren hergestellt. Die Zellwände im Wabenkern 25 sind im Kernverbund 22 senkrecht zu dessen flächigen Ausdehnungsrichtung gerichtet, d.h. horizontal in FIG.4. Geeignete Verfahren zur Herstellung von Verbundpaneelen bzw. Kernverbund 22 sind dem Fachmann be-
kannt .
Sowohl der Wabenkern 25 als auch die Deckschichten 26 sind bevorzugt jeweils aus FVK hergestellt, wobei unterschiedli¬ che Materialkombinationen in Betracht kommen. Empfehlenswert für die Herstellung des Wabenkerns 25 sind hochmodulige Fa¬ sermaterialien, wie z. B. Glasfaserwabe, KEVLAR®-, NOMEX®- oder andere Aramid-Fasern, Kohlenstoff-Fasern, oder auch metallische oder mineralische Fasern, welche mit geeignetem Kunstharz getränkt zu einem hochmoduligen FVK gehärtet sind. Auch ungetränkte Wabenkerne 25 aus Metall-Folie, insbesonde¬ re aus Aluminiumfolie, sind grundsätzlich geeignet. Die Di¬ cke bzw. Wandstärke dl des Wabenkerns 25 richtet sich vor allem nach dem Gewicht des anzubringenden Add-On Schutzes, wobei dl im Bereich von 0,5cm bis 5cm liegen sollte. Als Deckschichten 26 des Wabenkerns 25 können im Kernverbund 22 einlagige oder mehrlagige Verbundmaterialien oder auch monolithische Schichten eingesetzt werden. Insbesondere kom¬ men leicht bauende Materialien wie GFK, CFK, Aluminiumfolie, oder auch monolithische Aramide oder andere Polymere wie hochfestes PE in Betracht. Die in Flg.3 mit d3 bezeichnete Dicke bzw. Wandstärke der Deckschichten 26 kann je nach gefordertem Gewicht der Grundschutzstruktur typisch zwischen 0,3mm und 10mm liegen, und muss nicht beidseitig identisch sein. Über Material und Dicke der Deckschichten 26 lassen sich, neben der Tragfähigkeit des Kernverbunds 24, weitere Grundschutzfunktionalitäten, bspw. auch gegen Splitter einstellen. Die Deckschichten 26 sind an den Wabenkern 25
Stoffschlüssig durch Klebung angebundenen. Als Kleber wird eine entsprechend der Materialpaarungen von Deckschichten 26 und Wabenkern 25 geeignete Klebverbindung gewählt. Bei Deckschichten 26 und Wabenkern 25 aus GFK kann eine gute Klebeverbindung durch Aushärtung einer dünnen Zwischenschicht (nicht gezeigt) aus geeignetem Thermoplast erfolgen. Zur Herstellung des Kernverbunds 22 ist schließlich noch anzu- merken, dass die Abwinklung zwischen unterem Teil 12 und
oberem Teil 14, d.h. die Krümmung im Biegebereich 16, vorzugsweise durch plastische Verformung und ohne spanabhebende Bearbeitung bereits vor Aushärten der FVK-Deckschichten 26 und deren Klebeverbindung an den Wabenkern 25 erfolgt. Dem- entsprechend ist der Wabenkern 25 im Biegebereich 16 in der bevorzugten Gestaltung nahtlos durchgehend bzw. einteilig ohne Fügestelle ausgeführt, insbesondere ohne ein Zusammen¬ fügen zweier getrennter Wabenabschnitte.
In FIG.2 ist mit d2 auch die Wandstärke der Splitterschutz- Schicht 24 bezeichnet. Diese Wandstärke d2 hingegen richtet sich im Wesentlichen rein nach der Funktion der Splitterschutz-Schicht 24 und sollte bevorzugt im Bereich von lern bis 5cm liegen. Versuche (siehe unten) haben gezeigt, dass insbesondere hochfestes Polyethylen (PE) in der Lage ist ein EFP-IED, Typ 5 (interne Bezeichnung der Bundeswehr) kohärent abzufangen, d.h. mit Beulung aber ohne Riss der Splitterschutz-Schicht 24. Die nötige Stärke einer Splitterschutz- Schicht 24 kann jedoch je nach Anwendung variieren.
Zur abnehmbaren Befestigung einer einsatzbedingten Zusatz- panzerung sind im Strukturbauteil 10 feindseitig mehrere
Befestigungselemente 30 vorgesehen. Die Befestigungselemente 30 sind, wie aus FIG.l ersichtlich, bei symmetrischen Bau¬ teilen zweckmäßig über die Fläche in etwa gleich und symmet¬ risch verteilt. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Lastver- teilung erzielt, sowohl bzgl. Gewicht der Zusatzpanzerung als auch und insbesondere bzgl. Einschlagskräften. In FIG.l sind zur Vereinfachung der Darstellung keine Befestigungselemente im oberen Teil 14 gezeigt, können dort jedoch ebenfalls vorgesehen sein. Vorzugsweise wird in etwa pro 0,2m2- 0,5m2 ein Befestigungselement 30 vorgesehen.
Aufbau und Funktion der Befestigungselemente 30 ist anhand von FIG.4 näher ersichtlich. Jedes Befestigungselement ist als Flanschbuchse 30, bspw. aus geeignetem Stahl oder
Leichtmetall, ausgeführt. Die Befestigungselemente 30 könn-
ten alternativ aus hochfestem Kunststoff hergestellt sein. Die Flanschbuchse 30 hat im gezeigten Beispiel ein Innenge¬ winde 32, in welches als weiterer Teil der Befestigungsele¬ mente ein geeigneter Stift (nicht gezeigt) eingeschraubt wird. An diesem Stift wird wiederum die Zusatzpanzerung lösbar befestigt, wobei der Stift als Abstandhalter zur Erzeu¬ gung eines Luftspalts zwischen Strukturbauteil 10 und Zu- satzpanzerung eingesetzt wird. Ein Luftspalt wird typischer¬ weise eingesetzt, u.a. da dieser gewisse Effektoren gegen die Panzerung weitgehend unwirksam macht. Die Zusatzpanze¬ rung kann allerdings auch unmittelbar an das Strukturbauteil 10 anliegend mittels der Flanschbuchsen 30 abnehmbar angeschraubt werden. Zur Erhöhung der Belastbarkeit haben die Flanschbuchsen 30 stirnseitig einen einstückig angeformten Flansch 34. Der Flansch 34 liegt scheibenförmig an der feindseitigen Oberfläche der äußeren Deckschicht 26 im Anschlag und. Durch den Flansch 34 ist die Flanschbuchse 30 zusätzlich abgestützt, um eine verbesserte Kraftübertragung in den auf Druckbelastung Kernverbund 22 optimierte zu er- zielen.
Wie weiter aus FIG.4 ersichtlich, ist zur Kraftübertragung vom Befestigungselement 30 in den Kernverbund 22 zudem je¬ weils ein lokal begrenzter Befestigungsbereich 40 vorgesehen. Zur Herstellung der Befestigungsbereiche 40 wird be- reits vor Fertigstellung des Kernverbunds 22 in die Zellen des Wabenkerns 25 eine Füllmasse 42 eingebracht. Die Füll¬ masse 42 wird so eingebracht, dass alle Zellen innerhalb der jeweils gewünschten Flächenbereiche vollständig ausgefüllt sind. Als Füllmasse 42 wird besonders bevorzugt ein aushärt- barer Duroplast verwendet. Es kann auch auch Metall-, Kunst¬ stoff-, oder Faserverbund-Füllmasse oder sonstige üblicher¬ weise zum sog. „Potting" verwendete Füllmasse 42 eingesetzt werden. Erst nach Einbringen der Füllmasse 42 werden die Decklagen 26 aufgebracht, so dass diese ebenso wie der Wa- benkern mit der Füllmasse 42 stoffschlüssig verbunden wer-
den. Hierdurch wird in jedem Befestigungsbereich 40 insgesamt hohe Widerstandskraft gegen Druck und Zug erzielt, wel¬ che die der sonstigen Fläche des Kernverbunds 22 noch über¬ steigt. Zur Gewichtsminimierung sollte insgesamt die ge- ringstmögliche Menge an Füllmasse 42 eingebracht werden.
Die ausgehärtete Füllmasse 42 wird anschließend aufgebohrt um ein Blindloch zu erzeugen, welches bis kurz vor die innere d.h. freundseitige Deckschicht 26 ragt. In das Blindloch des fertig gestellten Kernverbunds 22 wird dann, wie in FIG.4 gezeigt, in jedem Befestigungsbereich 40 jeweils eine Flanschbuchse 30 als Befestigungselement verankert. Die Verankerung erfolgt durch geeignete Stoffschlüssige Klebung, je nach verwendetem Materialpaar für Füllmasse 42 und Flanschbuchse 30, im Blindloch des Kernverbunds 22. Flanschbuchsen 30 können jedoch auch in durch den Kernverbund 22 hindurch gehenden Bohrungen verankert werden. Die Splitterschutzschicht 24 wird von der Flanschbuchse 30 bzw. deren Bohrung jedenfalls nicht beeinträchtigt. Hierdurch wird das als Flanschbuchse 30 ausgeführte Befestigungselement auch gegen Zugkraft gesichert, welche durch das Gewicht der Zusatzpanzerung erzeugt wird.
Abschließend seien Eckdaten zu konkreten Prototypen und hiermit erzielte Versucherergebnisse angegeben.
Beispiel 1 (Aufbau feindseitig -> freundseitig)
Flächengewicht ca. 35,5kg/m (ohne Spall-Liner 24)
GesamtWandstärke 50mm (+/- 1mm)
Stärke : Material :
Deckschicht (26) d3 : 10mm GFK Volllaminat
Wabenkern (25) dl : 10mm hochmoduliger FVK(*)
Deckschicht (26) d3 : 10mm GFK Volllaminat Spall-Liner (24) d2 : 20mm PE Vollmaterial (Dyneema®)
(*) der Fa. Euro-Composites S.A., Echternach, Luxemburg
Versuchsergebnisse zu Beispiel 1:
In einem Ansprengversuch wurde zunächst ohne Zusatzpanzerung mit TNT aus Stahlkragen die dynamische Beulung im direkten Vergleich zu Panzerstahl mit 8mm Wandstärke gemessen. Der Maximalwert (peak) der dynamischen Beulung betrug im Ergebnis überraschenderweise nur 2/3, d.h. 66% der dynamischen Beulung des Vergleichsprobestücks aus Panzerstahl. In einem weiteren Versuch wurde zur Nachbildung einer Zu- sat zpanzerung (Add-on) eine Keramikplatte mit ca. 5cm Wand¬ stärke und unter Beibehaltung von ca. 10cm Luftspalt an den Befestigungselementen 30 eines Strukturelements 10 gemäß FIG.1-4 mit Dimensionierung nach Beispiel 1 befestigt. Die- ser Aufbau wurde mit einem EFP-IED (interne Bundeswehrbe¬ zeichnung: EFP-IED, Typ 5, kohärent) aus 5m Abstand beschos¬ sen. Der Schutz gegen ballistische Einwirkung wird zwar hauptsächlich durch die Zusatzpanzerung erreicht, diese wurde jedoch vom EFP-IED Projektil durchschlagen. Das Projektil wurde unter Beulung, jedoch ohne Riss in der integrierten Splitterschutz-Schicht 24 ( Spall-Liner ) des Schichtaufbaus 20 aufgefangen.
Beispiel 2 (Aufbau feindseitig -> freundseitig) :
Flächengewicht ca. 6,71kg/m (ohne Spall-Liner 24)
GesamtWandstärke 40mm (+/- 1mm)
Stärke : Material :
Deckschicht (26) d3 : 0 , 9mm GFK Volllaminat
Wabenkern (25) dl : 18, 2mm hochmoduliger FVK(*)
Deckschicht (26) d3 : 0 , 9mm GFK Volllaminat
Spall-Liner (24) d2 : 20mm PE Vollmaterial (Dyneema®)
(*) der Fa. Euro-Composites S.A., Echternach, Luxemburg
Versuchsergebnisse zu Beispiel 2: Dieser trotz gleicher Gesamtdicke d4 noch leichtere Prototyp gemäß Beispiel 2 wurde in der MIEDAS-Versuchsanlage (Meppen Improvised Explosive Device Assessment Structure) einem strengeren Ansprengversuch mit kugelförmiger TNT-Ladung unterzogen. Zur Nachbildung einer weniger schlagfesten Zusatz- panzerung wurde eine nur 3mm starker Panzerstahlplatte ohne Luftspalt unmittelbar auf das Strukturbauteil 10 dimensio¬ niert gemäß Beispiel 2 aufgeschraubt.
Trotz der um mehr als eine Größenordnung reduzierten Wandstärke der Deckschichten 26 und der deutlich erhöhten
Sprengkraft, konnte auch in diesem Versuch eine Beulung ohne Riss erzielt werden.
Strukturbauteil für gepanzerte Fahrzeuge
Bezugszeichenliste 10 Strukturbauteil
12 oberer Teil
14 unterer Teil
16 Biegebereich
17 Aussparung
18, 19 Bohrungen
20 Schichtaufbau
22 Kernverbund
24 Splitterschutz-Schicht
25 Wabenkern
26 Deckschicht
30 Flanschbuchse
32 Innengewinde
34 Flansch
40 Befestigungsbereich
42 Füllmasse
44 verstärkter Bereich
dl-d4 Wandstärken
Claims
Strukturbauteil für gepanzerte Fahrzeuge Patentansprüche 1. Strukturbauteil (10) für gepanzerte Fahrzeuge umfassend einen Schichtaufbau (20), welcher einen Kernverbund (22) mit innerem Wabenkern (25) und mit zumindest einer Deckschicht (26) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Schichtaufbau (20) weder eine tragende Metall-Schicht noch eine Hartmaterial-Schicht aus Keramik vorliegt und dass im Kernverbund (22) Befestigungselemente (30) zur lösbaren Befestigung einer feindseitig anzubringenden Zusatzpanzerung verankert sind, sodass im Wesentlichen der Kernverbund (22) selbst einen Grundschutz bietet und der Kernverbund (22) die Tragstruktur für austauschbare Zusatzpanzerung darstellt.
2. Strukturbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Flächengewicht des Kern¬ verbunds (22) geringer ist als 40kg/m2, vorzugsweise geringer als 15kg/m2.
3. Strukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernverbund (22) aus dem Wabenkern (25) und zwei gegenüberliegenden Deckschichten (26) besteht und zusammen mit einer freundseitigen Splitter- schut z-Schicht (24) den Grundschutz darstellt.
4. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ins¬ besondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , da s s das Strukturbauteil (10) aus einem Schichtaufbau (20) aus folgenden Schichten besteht:
eine feindseitige Deckschicht (26);
einen Wabenkern (25) , vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff;
eine freundseitige Deckschicht (26);
eine freundseitige Splitterschutz-Schicht (24), vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus hochfestem Polyethylen, welche unmittelbar auf der freundseitigen Deckschicht (26) befestigt ist, sowie
gegebenenfalls Kleberschichten zwischen den Schichten.
5. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , das s der Wabenkern (25) eine mittlere Wandstärke (dl) aufweist im Bereich von 3mm bis 75mm, vorzugsweise im Bereich von 5mm bis 50mm.
6. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ins- besondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , das s die freundseitige Deckschicht (26) und/oder die feindseitige Deckschicht eine mittlere Wandstärke (d3) auf¬ weist im Bereich von 0,2mm bis 15mm, vorzugsweise im Bereich von 0,3mm bis 10mm.
7. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet , das s die Befestigungs¬ elemente Befestigungsbuchsen (30) umfassen, welche jeweils in einem Befestigungsbereich (40) innerhalb des Wabenkerns (25) im Kernverbund (22) eingelassen und hierin, vorzugswei- se durch Klebung, verankert sind.
8. Strukturbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , das s die Befestigungsbuchsen als Flanschbuchsen (30) aus Metall mit Innengewinde (32) und mit einem an der feindseitigen Deckschicht des Kernverbunds abgestützten Flansch (34) ausgeführt sind.
9. Strukturbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im äußeren Randbereich des Kernverbunds (22) teil- oder vollumfänglich verteilt, ein oder mehrere verstärkte Bereiche (44) vorgese¬ hen ist zur Verbindung des Strukturbauteils (10) mit der restlichen Struktur des Fahrzeugs.
10. Strukturbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass der Waben¬ kern (25) Hohlzellen in Honigwaben-Form aufweist, und vorzugsweise im Expansionsverfahren hergestellt ist.
11. Strukturbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Tür (10) ausgeführt ist.
12. Strukturbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Tür nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen unteren Teil (12) und einen oberen Teil (14) welche relativ zueinander abgewinkelt und durch einen Biege- bereich (16) verbunden sind.
13. Strukturbauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkern (25) im Biegebereich (16) nahtlos vom unteren Teil (12) zum oberen Teil (14) durchgeht .
14. Panzerung eines gepanzerten Fahrzeugs umfassend eine
Grundpanzerung sowie eine hieran feindseitig und vorzugswei¬ se mit Luftspalt abnehmbar befestigte Zusatzpanzerung, dadurch gekennzeichnet dass
die Grundpanzerung mindestens ein Strukturbauteil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
15. Gepanzertes militärisches Land- oder Wasserfahrzeug ge kenn ze i chnet durch
eine Tür welche als Strukturbauteil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.
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