DE102009057052B4

DE102009057052B4 - Schüttgutförmiges Material sowie ein derartiges Material enthaltendes Schutzmodul zum Schutz gegen militärische Bedrohungen

Info

Publication number: DE102009057052B4
Application number: DE200910057052
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber; Norbert Keil
Original assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Current assignee: Knds Deutschland & Co Kg De GmbH
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2029-12-05
Also published as: EP2330377A3; EP2330377B1; DE102009057052A1; PL2330377T3; ES2621895T3; EP2330377A2

Abstract

Ein aus einer Vielzahl von schockdämpfenden Einzelelementen bestehendes schüttgutförmiges Material, gekennzeichnet durch seine Verwendung in Form eines Schüttgutes als Schutzmaterial an Fahrzeugen und Objekten zum Schutz gegen militärische Bedrohungen, insbesondere durch Hohlladungen, Minen oder Impact-Geschosse. Das schüttgutförmige Material (2) kann zur Bildung eines Schutzmoduls zum Schutz von Fahrzeugen und Objekten gegen militärische Bedrohungen in ein Gehäuse (1) eingeschüttet sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein aus einer Vielzahl von schockdämpfenden Einzelelementen bestehendes schüttgutförmiges Material sowie ein derartiges Material enthaltendes Schutzmodul zum Schutz von Fahrzeugen und Objekten gegen militärische Bedrohungen.
Es ist bekannt, Fahrzeuge und Objekte gegen militärische Bedrohungen, beispielsweise Hohlladungen, Minen oder Impact-Geschosse durch Schutzmodule und Panzerplatten zu schützen.
Ein derartiges Schutzmodul ist zum Beispiel in DE 10 257 942 A1 beschrieben. Es besteht aus einem Material oder enthält ein Material, das als dreidimensionale metallische Gitternetzstruktur oder offenporiger Metallschaum ausgebildet ist.
Eine Verbundpanzerplatte zum Schutz von Fahrzeugen oder Gebäuden vor panzerbrechenden Geschossen mit hoher kinetischer Energie ist z. B. in DE 10 2005 013 660 A1 beschrieben. Sie enthält mindestens eine Lage aus hochharten beispielsweise aus Aluminiumoxid-Keramik bestehenden Elementen, die innerhalb einer Matrix aus einer Vergussmasse angeordnet sind.
All diese Schutzvorrichtungen haben den Nachteil, dass ihre Herstellung relativ aufwendig ist und dass sie nur schwer an kompliziertere Strukturen an oder in Fahrzeugen oder Gebäuden anpassbar sind.
Die DE 103 24 273 A1 offenbart eine Schüttgutpanzerung, bei der die Schüttgutteilchen kugelförmig ausgebildet sind. Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist, dass bei gefülltem Hohlraum auf Grund der hohen Packungsdichte der Kugeln ein hohes Gewicht der Schüttgutpanzerung entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schüttgutpanzerung derart auszugestalten, dass sie bei guter Schutzwirkung ein geringeres Gewicht aufweist.
Die Erfindung geht von einem schüttgutförmigen Material aus, das aus einer Vielzahl von schockdämpfenden Einzelelementen besteht. Die Dämpfungseigenschaften von Schüttgut sind grundsätzlich bekannt und werden zum Beispiel bei Verpackungen zum Schutz empfindlicher Gegenstände oder Geräte beim Transport eingesetzt.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass ein Material in Form eines Schüttgutes als Schutzmaterial an Fahrzeugen und Objekten zum Schutz gegen militärische Bedrohungen insbesondere durch Hohlladungen, Minen oder Impact-Geschosse verwendet werden kann, da es sich infolge seiner Flexibilität als Schüttgut leicht an kompliziertere Formen anpassen lässt.
Die Einzelelemente des schüttgutförmigen Materials können sehr unterschiedliche erfindungsgemäße räumliche Strukturen besitzen. So weist bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung jedes Einzelelement mindestens zwei miteinander verbundene, im Wesentlichen als dünne, ebene Platten ausgebildete Teilelemente auf, wobei jeweils mindestens zwei dieser Platten in unterschiedlichen, sich im Bereich der Verbindungsstelle der Platten schneidenden Ebenen liegen.
Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Einzelelemente so ausgebildet, dass jedes Einzelelement als dünner mindestens in Teilbereichen gekrümmter Streifen ausgebildet ist.
Es ist möglich, dass jedes Einzelelement mindestens ein Teilelement aufweist, das mit anderen Teilelementen verbunden ist und als dünner, gekrümmter Streifen ausgebildet ist. Dabei sind die Teilelemente vorzugsweise einstückig und materialeinheitlich miteinander verbunden. Schließlich können die Einzelelemente in an sich bekannter Weise chipförmig ausgebildet sein.
Das schüttgutförmige Material kann auch aus einer Mischung von Einzelelementen mit unterschiedlicher räumlicher Struktur bestehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einzelelemente derart unsymmetrisch aufgebaut sind, dass sie nicht stapelbar sind. Dieser Effekt kann auch durch weit gespreizte Toleranzen (Toleranzüberschneidungen) baugleicher Einzelelemente erreicht werden. Auf diese Weise werden bei der Schüttung durch Vibrationen entstehende Setzerscheinungen vermieden, und das Material behält einen hohen Anteil an Luftvolumen bei gleichzeitig geringem Gesamtgewicht.
Um eine hohe Schockdämpfung zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Einzelelemente oder mindestens eine Teilmenge der Einzelelemente im schüttgutförmigen Material mindestens ein federnd ausgebildetes Teilelement aufweist.
Die Einzelelemente können aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Federstahl, bestehen. Es ist aber auch möglich, die Einzelelemente aus einem Keramikmaterial oder einem Kunststoffmaterial auszubilden. Weiterhin können die Einzelelemente auch aus einem irreversibel verformbaren Material oder aus einem Material mit definierter Sprödigkeit bestehen. Bei spröden Materialien wird der Dämpfungseffekt durch die energieverzehrende „Brucharbeit” bei der Zerstörung der Einzelelemente erzielt.
Ziel all dieser Ausbildungen ist, dass das schüttgutförmige Material im geschütteten Zustand zwischen den Einzelelementen ein hohes Zwischenraumvolumen aufweist und insgesamt gute schockdämpfende Eigenschaften besitzt.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Einzelelemente des schüttgutförmigen Materials an ihrer Oberfläche mit einem Material beschichtet sind, das eine vorgegebene Klebewirkung aufweist, so dass nach der Schüttung die sich ergebende Gesamtstruktur des Materials fixiert ist.
Für besondere Anwendungen ist es auch vorteilhaft, wenn bei mindestens einer Teilmenge des Schüttgutmaterials die Elemente jeweils aus mindestens zwei gleich gestalteten Einzelelementen bestehen, die sandwichartig unter Zwischenschaltung einer Klebeschicht aufeinander angeordnet und miteinander verbunden sind. So kann beispielsweise jedes Element aus zwei Einzelelementen aus einem KTL-beschichteten Federstahlblech mit einer dazwischen angeordneten Klebeschicht aus Polyurethan aufgebaut sein. Selbstverständlich kann die Klebung auch mit anderen anorganischen oder organischen Klebstoffen, also beispielsweise Epoxidharzen, Polyester oder auch Silikonen erfolgen. Weiterhin können auch Elastomere verwendet werden über die die Elemente durch Vulkanisieren miteinander verbunden werden können.
Die Anwendung des schüttgutförmigen Materials als Schutzmaterial gegen militärische Bedrohung kann in der Weise geschehen, dass es direkt in Hohlräume oder Vertiefungen an der Außenseite eines Fahrzeugs oder eines anderen Objekts eingeschüttet wird. In praktischen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, ein Schutzmodul vorzusehen, das ein Gehäuse aufweist, in welches das schüttgutförmige Material eingeschüttet werden kann. Dieses Gehäuse kann mit einer Abdeckung verschlossen sein. Im Gehäuse kann das schüttgutförmige Material auch in mehreren durch Zwischenräume voneinander getrennten Schichten geordnet sein. Wenn das schüttgutförmige Material aus federnd ausgebildeten Einzelelementen besteht, kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn es im Gehäuse beispielsweise durch Aufsetzen einer Abdeckung unter eine vorgegebene Vorspannung gesetzt ist.
Ein weiterer Vorteil des schüttgutförmigen Materials nach der Erfindung besteht darin, dass es nicht nur in Hohlräume an der Außenseite eines Fahrzeugs oder Objekts, sondern auch in Hohlräume eingebracht werden kann, die sich innerhalb eines Fahrzeugs oder Objekts befinden. So kann es beispielsweise in einen Flüssigkeitstank eines Fahrzeugs beispielsweise in einen Nischentank eines Kampfpanzers eingebracht sein, wodurch der Tank eine höhere Stabilität erhält und gleichzeitig als Schutzmodul wirksam ist. Da diese in Hohlräumen angebrachten Tanks meistens aus Elastomeren (Gummi) bestehen, wirkt die Schüttung gleichzeitig als Stützkörper bei entleertem oder teilentleertem Tank. Des Weiteren wirken die eingebrachten Elemente bei Fahrzeugtanks schnellen Flüssigkeitsbewegungen (schwallhemmend) im Fahrbetrieb entgegen. Auch hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn die Einzelelemente des schüttgutförmigen Materials in dem Tank durch Punktklebung miteinander verbunden sind und somit eine stabile Matrix bilden. Das Schüttgut eignet sich somit auch als Nachrüstlösung zur Erhöhung des Schutzes.
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele für das schüttgutförmige Material in seiner Anwendung nach der Erfindung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 in Aufsicht und schematisierter Darstellung ein offenes Gehäuse mit eingebrachtem schüttgutförmigen Material;
2 bis 5 jeweils in perspektivischer Darstellung mögliche Formen der Einzelelemente des schüttgutförmigen Materials;
6 in perspektivischer Teildarstellung einen Kampfpanzer mit Nischentanks;
7 in schematisierter Darstellung im Längsschnitt einen Nischentank nach 6 mit eingebrachtem schüttgutförmigen Material;
8 den geschlossenen Nischentank nach 6 in einer Aufsicht;
9 in vergrößertem Teilschnitt einen Teil des Nischentanks nach 7; und
10 ein aus zwei Einzelelementen gemäß 2 sandwichartig aufgebautes Element.
1 zeigt ein offenes Gehäuse 1 in das ein schüttgutförmiges Material 2 eingebracht ist, das aus Einzelelementen unterschiedlicher räumlicher Struktur besteht. Die Einzelelemente des schüttgutförmigen Materials 2 sind vorzugsweise so ausgebildet und die Mischung ist so getroffen, dass möglichst keine Stapelungseffekte auftreten. Das Gehäuse 1 kann in nicht dargestellter Weise durch eine Abdeckung verschlossen sein und das so entstandene Schutzmodul kann in ebenfalls nicht dargestellter Weise an einem Fahrzeug oder Gebäude angeordnet sein. Die 2 bis 5 zeigen mögliche Einzelelemente 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 des schüttgutförmigen Materials, die beispielsweise aus Federstahl ausgebildet sein können. Es sind hier aber auch andere metallische oder nicht-metallische Materialien denkbar.
Diese in den 2 bis 5 dargestellten Strukturen der Einzelelemente stellen lediglich Beispiele dar, es sind auch andere Strukturen möglich, insbesondere Strukturen, bei denen die Einzelelemente gekrümmt ausgebildete Teilelemente enthalten oder insgesamt aus gekrümmten Teilelementen aufgebaut sind. Sie können beispielsweise auch chipförmig ausgebildet sein.
6 zeigt einen Teil eines Kampfpanzers KP mit einem Fahrzeuggehäuse 4, das auf einem Kettenfahrwerk 3 aufgebaut ist, über den Ketten sind im Kettenschutz 5 Nischentank 6.1 und 6.2 zur Aufnahme eines flüssigen Kraftstoffes angeordnet. Der in 7 bis 9 dargestellte Nischentank 6.1 mit einer Einfüllöffnung 6.11 und Anschlussstutzen 6.12 und 6.13 ist mit einem schüttgutförmigen Material 7 ausgefüllt, das in den 7 und 9 schematisch als Kreuzschraffur angedeutet ist. Auf diese Weise wird durch die Nischentanks 6.1 und 6.2 eine Verstärkung des ballistischen Schutzes erreicht.
10 zeigt die Struktur eines Elements, das sandwichartig aus zwei Einzelelementen gemäß 2 aufgebaut ist. Die beiden Einzelelemente 2.11 und 2.12 sind übereinander angeordnet und über eine Klebeschicht 2.13 aus Polyurethan miteinander verbunden. Dabei bestehen die Einzelelemente 2.11 und 2.12 aus KTL-beschichtetem Federstahlblech. Die Dicke der Einzelelemente kann beispielsweise 1 mm betragen, während die Dicke der Polyurethan-Klebeschicht beispielsweise 3 mm betragen kann.

Claims

Aus einer Vielzahl von schockdämpfenden Einzelelementen bestehendes schüttgutförmiges Material zur Verwendung in Form eines Schüttgutes als Schutzmaterial an Fahrzeugen und Objekten zum Schutz gegen militärische Bedrohungen, insbesondere durch Hohlladungen, Minen oder Impact-Geschosse, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Teilmenge der Einzelelemente jedes Einzelelement mindestens zwei miteinander verbundene, im Wesentlichen dünne, ebene Teilelemente aufweist, wobei jeweils mindestens zwei dieser Teilelemente in unterschiedlichen, sich im Bereich ihrer Verbindungsstelle schneidenden Ebenen liegen.
Aus einer Vielzahl von schockdämpfenden Einzelelementen bestehendes schüttgutförmiges Material zur Verwendung in Form eines Schüttgutes als Schutzmaterial an Fahrzeugen und Objekten zum Schutz gegen militärische Bedrohungen, insbesondere durch Hohlladungen, Minen oder Impact-Geschosse, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Teilmenge der Einzelelemente jedes Einzelelement als dünner, mindestens in Teilbereichen gekrümmter Streifen ausgebildet ist.
Schüttgutförmiges Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Teilmenge der Einzelelemente jedes Einzelelement mindestens ein Teilelement aufweist, das mit anderen Teilelementen verbunden ist und als gekrümmter Streifen ausgebildet ist.
Schüttgutförmiges Material nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Teilmenge der Einzelelemente jedes Einzelelement chipförmig ausgebildet ist.
Schüttgutförmiges Material nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente einstückig und materialeinheitlich miteinander verbunden sind.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Teilmenge der Einzelelemente jedes Einzelelement derart unsymmetrisch aufgebaut ist, dass die Einzelelemente dieses Aufbaus nicht stapelbar sind.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Teilmenge der Einzelelemente die Einzelelemente bei einem Aufbau mit gleicher Geometrie derartige Toleranzüberschneidungen aufweisen, dass Einzelelemente dieses Aufbaus nicht stapelbar sind.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Teilmenge der Einzelelemente jedes Einzelelement mindestens ein federnd ausgebildetes Teilelement aufweist.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente aus einem metallischen Material bestehen.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansqprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente aus einem Keramikmaterial bestehen.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente aus einem irreversibel verformbaren Material bestehen.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente aus einem Material mit definierter Sprödigkeit bestehen.
Schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente an ihrer Oberfläche mit einem Material beschichtet sind, das eine vorgegebene Klebewirkung aufweist.
Schüttgutförmiges Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Teilmenge die Elemente jeweils aus mindestens zwei gleich gestalteten Einzelelementen bestehen, die sandwichartig unter Zwischenschalten einer Klebeschicht aufeinander angeordnet und miteinander verbunden sind.
Schüttgutförmiges Material nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element aus zwei Einzelelementen aus KTL-beschichtetem Federstahlblech mit einer dazwischen angeordneten Schicht aus Polyurethan aufgebaut ist.
Schutzmodul zum Schutz von Fahrzeugen und Objekten gegen militärische Bedrohungen, insbesondere durch Hohlladungen, Minen oder Impact-Geschosse, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gehäuse aufweist, in das ein schüttgutförmiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 16 eingeschüttet ist.
Schutzmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das schüttgutförmige Material im Gehäuse in mehreren durch Zwischenräume voneinander getrennten Schichten angeordnet ist.
Schutzmodul nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das schüttgutförmige Material im Gehäuse unter eine vorgegebene Vorspannung gesetzt ist.
Verwendung eines schüttgutförmigen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es am oder im Fahrzeug oder Objekt vorhandene Hohlräume eingebracht ist.
Verwendung eines schüttgutförmigen Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es in einen Flüssigkeitstank eines Fahrzeugs eingebracht ist.
Verwendung eines schüttgutförmigen Materials nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente des schüttgutförmigen Materials in dem Flüssigkeitstank (6.1) durch Punktklebung miteinander verbunden sind.