DE102017104956A1

DE102017104956A1 - Geschosshemmende Schutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102017104956A1
Application number: DE102017104956.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gewichtsoptimierte und an einen Anwendungszweck anpassbare, geschosshemmende Schutzeinrichtung 1, insbesondere für den Personen- oder Objektschutz. Die zweischalige geschosshemmende Schutzeinrichtung 1 besteht einerseits als innere Schale aus dem Basisschutzelement 2, welches ein Verbundelement aus mehreren textilen Lagen 7 aus festen Hochmodulfasern ist, die mittels eines polymeren Bindemittels 8 miteinander verbunden sind. Andererseits bietet die äußere Schale als Zusatzelement 3 guten Schutz vor Projektilen mit Stahl- und Keramik-Penetrator. Dieses Zusatzelement 3 besteht aus einem flexiblen textilen Träger 6, auf dem mehrere Keramikkacheln 5 mittels eines Klebemittels befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine geschosshemmende Schutzeinrichtung, insbesondere für den Personen- oder Objektschutz.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 20 2014 113 812 A1 sind Schutzeinrichtungen, insbesondere für den Personenschutz, in Form von kugelsicheren Einschüben bekannt. Diese kugelsicheren Einschübe können für Schutzwesten, beispielsweise von Polizisten, Soldaten und anderen gefährdeten Personen, verwendet werden, um diese vor Geschossen, Splittern oder ähnlichen Flugkörpern zu schützen. Diese kugelsicheren Einschübe bestehen aus einem Verbundelement mit mehreren textilen Flächengebilden und einem Bindemittel. Dieses Bindemittel, beispielsweise thermoplastische Elastomere, bewirken die Verbindung der Fasern im Verbundelement. In diesem Verbundelement wird ein Geschoss, das mit hoher Geschwindigkeit und hoher Energie eindringt, in seiner Geschwindigkeit abgebremst und die Energie von dem Verbundelement aufgenommen. Die Hochmodulfasern, aus denen die textilen Flächengebilde sind, können eine hohe Kraft in Längsrichtung aufnehmen. Auch wenn die Hochmodulfasern im Wesentlichen quer zur Geschossrichtung ausgerichtet sind, wird die geschosshemmende Wirkung jedoch dadurch erreicht, dass sich diese Fasern in Einschussrichtung ausrichten können, da die Fasern in den Verbundelementen nicht fest verankert sind, das vorhandene Bindemittel ermöglicht eine Neuausrichtung der Fasern, da die Fasern aufgrund des vorhandenen Füllstoffs im Bindemittel nicht ganzflächig verklebt sind. Darüber hinaus können in dem Bindemittel Partikel anorganischer Mineralien vorgesehen werden, um den Schutz zu erhöhen. Es wird auch beschrieben, dass durch Aufkleben von Keramikauflagen außen auf das Verbundelement die ballistische Wirkung erhöht werden kann. Solche Keramikauflagen sind jedoch starr, wodurch ein solcher Einschub an Tragekomfort verliert.
Darüber hinaus ist es bekannt, Fahrzeuge, wie beispielsweise Kraftfahrzeuge oder Helikopter, mit Stahlplatten zu panzern, um den Fahrer bzw. Piloten und die Tanks der Fahrzeuge vor eindringen Geschossen zu schützen. Solche Stahlplatten haben ein hohes Gewicht. Leichtere geschosshemmende Schutzeinrichtungen werden daher gewünscht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gewichtsoptimierte und an einen Anwendungszweck anpassbare, geschosshemmende Schutzeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die sowohl Schutz gegenüber normaler Munition als auch Schutz vor Projektilen mit Stahl- oder Keramik-Penetratoren bietet.
Diese Aufgabe wird mit einer zweischaligen geschosshemmenden Schutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen beschreiben die Unteransprüche.
Die zweischalige geschosshemmende Schutzeinrichtung besteht einerseits als innere Schale aus dem Basisschutzelement, welches ein Verbundelement ist und aus mehreren textilen Lagen aus festen Hochmodulfasern besteht, wobei die einzelnen textilen Lagen jeweils mittels eines polymeren Bindemittels miteinander verbunden sind. Andererseits umfasst die geschosshemmende Schutzeinrichtung als äußere Schale ein Zusatzelement, welches guten Schutz vor Projektilen mit Stahl- und Keramik-Penetrator bietet. Dieses Zusatzelement besteht aus einem flexiblen textilen Träger, beispielsweise einem Gewebe, einem Gewirke, einem Gelege oder einem verfestigten bzw. genadelten Vlies. Das Zusatzelement besteht aus Hochmodulfasern, wie beispielsweise para-Aramidfasern oder ultrahochmolekularen Polyethylen-Fasern (UHMW-PE). Auf diesem textilen Träger sind mehrere Keramikkacheln mittels eines Klebemittels befestigt. Diese Keramikkacheln sind anliegend zueinander auf dem den flexiblen Träger angeordnet. Die Form und Größe der Keramikkacheln richtet sich nach dem Anwendungszweck, d.h. an welche Form die Schutzeinrichtung angepasst werden muss. So können Zusatzelemente mit quadratischen Keramikkacheln, die aneinander liegend in Reihen auf den textilen Träger angeordnet und verklebt sind, entweder in Richtung der Längskanten oder in Richtung der Querkanten der Keramikkacheln gebogen werden und so beispielsweise um eine Wölbung eines Fahrzeugs herumgelegt werden. Haben die Keramikkacheln eine sechseckige Form und sind aneinander liegend auf dem textilen Träger so vorgesehen, dass nur Nuten zwischen den benachbarten Keramikkacheln verbleiben, so ist eine noch bessere Umformmöglichkeit des Zusatzelementes gegeben.
Das Zusatzelement bildet bei der geschosshemmenden Schutzeinrichtung die Außenschale und bietet Schutz gegenüber Projektilen mit Stahl- oder Keramikkern, d.h. vor Wuchtgeschossen, deren Metallhülse sich an der Kachel verformt und den Penetrator freigibt, der an dem harten Keramikmaterial der Keramikkacheln fragmentiert wird. Dabei werden die Keramikkacheln zwar zerstört und die Fragmente des Geschosses dringen bis in das Basisschutzelement ein, wobei sich der Impuls zusätzlich in einer Dämmschicht zwischen den beiden Schalen ausbreiten kann. Die Geschossfragmente können in dem Basisschutzelement aufgefangen werden. Die Splitter und Bruchteile der zerstörten Keramikkachel bleiben an dem textilen Träger des Zusatzelementes aufgrund der Klebverbindung haften. Eine solche zerstörte Keramikkachel kann dann entfernt und eine neue Keramikkachel an gleicher Stelle aufgeklebt werden, ohne dass die gesamte Schutzeinrichtung entfernt werden muss. Die neue geschosshemmende Schutzeinrichtung ist demzufolge reparierbar und bietet die Möglichkeit, dass bereits beschossene Schutzeinrichtungen durch Auswechslung der zerstörten Kachel mehrfach eingesetzt werden können. Dies hat insbesondere bei einem im Einsatz befindlichen Fahrzeug wesentliche Vorteile.
Die Keramikkacheln bestehen vorzugsweise aus mindestens 99% Aluminiumoxid. Leichtere Kacheln werden aus Schwarzkeramik hergestellt, d.h. aus Borcarbid oder aus Siliziumcarbid. Der besondere Vorteil der Verwendung von einzelnen Kacheln für das Zusatzelement macht dieses Zusatzelement drapierfähig und damit anpassbar an eine vorgesehene Form eines Fahrzeugs oder zur Herstellung einer Schutzweste an die Körperform einer Person.
Das Basisschutzelement bildet die Innenschale und ist aus einem Verbundelement aus mehreren textilen Lagen aus festen Hochmodulfasern aufgebaut, wobei die einzelnen textilen Lagen jeweils mittels eines polymeren Bindemittels miteinander verbunden sind. Für dieses Bindemittel des Basisschutzelements werden thermoplastische Polymere mit guter ballistischer Eigendämmung und ein Haftvermittler eingesetzt. Ein solches Basisschutzelement wird dadurch erzielt, dass ein Bindemittel beispielsweise in Form von Pulverpartikel aus reaktivem Polyurethan oder aus amorphen hochadhäsiven Polyolefin verwendet wird und die Bindemittel-Pulverpartikelschicht auf die textilen Lagen aufgestreut wird und die beschichteten textilen Lagen als Stapel verpresst werden. Auf diese Weise wird ein plattenförmiges Basisschutzelement erzielt, das durch die vorhandenen thermoplastischen Bindemittelschichten zwischen den textilen Lagen noch umformbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung wird als Klebemittel für das Zusatzelementes, nämlich zur Verbindung der Keramikkacheln mit dem flexiblen Träger, ebenfalls ein thermoplastisches Polymeren mit einem Haftvermittler verwendet. Das Bindemittel für das Basisschutzelement und das Klebemittel für das Zusatzelement können aus den gleichen thermoplastischen Polymeren und dem gleichen Haftvermittler bestehen, wobei als Haftvermittler vorzugsweise ein modifiziertes Maleinsäureanhydrid (MSA) oder ein modifiziertes Polyvinylbutyrat (PVB) verwendet wird, welches eine hohe Adhäsionskraft gegenüber Keramik aufweist. Aufgrund der Verwendung des gleichen Bindemittels, wie auch des Klebemittels, wird eine Umformung der zweischaligen Schutzeinrichtung erleichtert.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Zeichnung zeigt:

1 einen Querschnitt einer geschosshemmenden Schutzeinrichtung für einen Helikopter,
2 einen Querschnitt eines Zusatzelementes,
3 eine Draufsicht auf ein Zusatzelement,
4 eine Draufsicht auf ein weiteres Zusatzelement.

Die neue geschosshemmende zweischalige Schutzeinrichtung 1 ist in 1 gezeigt. Mit 10 ist die Unterseite eines Helikopters angedeutet, an deren Außenwand die geschosshemmende Schutzeinrichtung 1 befestigt ist. Diese Schutzeinrichtung 1 besteht aus dem Basisschutzelement 2 als Innenschale, dem Zusatzelement 3 als Außenschale und in diesem Fall einer an die Außenhaut des Helikopters angepasste Abdeckung 4, die hier aus einem Komposit-Material besteht. Bei dieser geschosshemmenden Schutzeinrichtung 1 ist das Basisschutzelement 2 aus mehreren textilen Lagen 7 aufgebaut und zwar aus mindestens 50, bevorzugt 100, Fasergelege-Lagen eines ultrahochmolekularen Polyethylens (UHMW-PE), die mittels eines Bindemittels 8 miteinander verbunden sind. Bei dem Bindemittel 8 handelt es sich um amorphes hochadhäsives Polyolefin, welches bei der Herstellung in Form von Pulverpartikeln auf die einzelnen Fasergelege-Lagen 7 aufgestreut wurde bevor die Lagen 7 miteinander verpresst und entsprechend der Form der Helikopterwand 10 umgeformt wurden. Hierbei umfasst das Bindemittel einen Haftvermittler, wie beispielsweise modifiziertes Polyvinylbuteral (PVB) in einer Menge von 2 bis 20 Gew%. Die thermoplastische Bindemittelschichten 8 zwischen den Fasergelege-Lagen 7 bleiben nach dem ersten Verpressen als Gleitschichten erhalten und ermöglichen nach dem Verpressen ein Umformen.
Ein mögliches Zusatzelement 3 der geschosshemmenden Schutzeinrichtung 1 ist im Querschnitt in 2 gezeigt und besteht aus einem textilen Träger 6, beispielsweise ein Gewebe aus ultrahochmolekularen Polyethylenen (UHMW-PE), das mit einem Klebemittel 9 beschichtet ist, welches an der einen Seite zur Klebebefestigung der einzelnen Keramikacheln 5 und an der anderen Seite zur Verbindung des Zusatzelementes 3 mit dem Basisschutzelement 2 dient.
3 zeigt eine Draufsicht auf ein solches Zusatzelement 3 mit quadratischen Keramikkacheln 5. Es wird deutlich, dass ein solches plattenförmiges Zusatzelement 3 entlang der in X-Richtung verlaufenden Längskanten der Keramikkacheln 5 oder aber entlang der in Y-Richtung verlaufenden Querkanten Keramikkacheln 5 umgebogen und um die Helikopterunterseite 10 drapiert werden kann.
Die beiden Schalen der geschosshemmenden Schutzeinrichtung 1 können einzeln an dem zu schützenden Objekt befestigt werden oder aber ein plattenförmiges Basisschutzelement 2 und ein flächiges Zusatzelement 3 werden gemeinsam umgeformt und miteinander verklebt, bevor sie an das zu schützende Objekt, beispielsweise an die Unterseite 10 eines Helikopters, angeklebt werden.
4 zeigt ein weiteres Zusatzelement 3'. In diesem Fall sind sechseckige Keramikkacheln 5' mit einem Durchmesser von 30 mm auf dem textilen Träger 6' angeordnet. Dies erhöht die Möglichkeit, ein solches flächiges Zusatzelement 3' an unterschiedlich geformte zu schützende Objekte anzupassen. Betrachtet man beispielsweise den Punkt D, so berühren sich an diesem Punkt D drei sechseckige Keramikkacheln 5' und es wird deutlich, dass ein solches Zusatzelement 3' sowohl um eine Achse gebogen werden kann, die parallel zur Seitenkante a, aber auch in eine Richtung parallel zur Seitenkante b, wie auch parallel zur Ausrichtung der Seitenkante c umformbar ist.
Darüber hinaus kann die Flexibilität des Zusatzelementes 3' durch die Größe der Kacheln 5, 5' entsprechend verändert werden.
In vorteilhafterweise kann eine solche Schutzeinrichtung sowohl für den Objektschutz, beispielsweise den Schutz von Fahrzeugen als auch von Gebäuden, wie auch für den Personenschutz, nämlich durch die Herstellung von entsprechend geformten Einschüben für Schutzwesten, verwendet werden. Hierbei übernimmt das Zusatzelement, insbesondere den Schutz vor Projektilen der Beschussklasse ab VPAM 6.
Bezugszeichenliste

1: Schutzeinrichtung
2: Basisschutzelement
3: Zusatzelement
4: Abdeckung
5, 5': Keramikkachel
6, 6': Trägertextil
7: Fasergelege
8: Bindemittel
9: Klebemittel
10: Helikopteraußenwand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202014113812 A1 [0002]

Claims

Geschosshemmende Schutzeinrichtung (1), - aufgebaut aus einem Basisschutzelement (2) aus mehreren textilen Lagen (7) aus festen Hochmodulfasern, wobei die einzelnen textilen Lagen (7) jeweils mittels eines polymeren Bindemittels (2) miteinander verbunden sind und - aufgebaut aus einem Zusatzelement (3) mit Keramikkacheln (5, 5'), dadurch gekennzeichnet, dass - das Zusatzelement (3) einen flexiblen textilen Träger (6, 6') umfasst, an dem die Keramikkacheln (5, 5') mittels eines Klebemittels (9) befestigt sind, wobei das Zusatzelement (3) in mindestens eine Richtungen biegbar ist, - das Bindemittel (8) des Basisschutzelements (2) und das Klebemittel (9) aus thermoplastischen Polymeren mit guter ballistischer Eigendämmung und einem Haftvermittler besteht, - wobei die Verbindung der einzelnen textilen Lagen (7) zu einem flächigen, stabilen Basisschutzelement (2) durch einen Pressvorgang unter Wärmeanwendung erfolgt ist und wobei das flächige Basisschutzelement (2) durch die verbleibenden thermoplastischen Bindemittel-Schichten (8) zwischen den textilen Lagen (7) umformbar ist.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (8) und das Klebemittel (9) eine Pulverpartikelschicht, eine geschlitzte Folie oder ein Vlies aus reaktiven Polyurethan oder aus amorphen, hochadhäsiven Polyolefin umfasst, vorzugsweise eine Pulverpartikelschicht.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (8) und das Klebemittel (9) als Haftvermittler ein modifiziertes Maleinsäureanhydrid (MSA) oder ein modifiziertes Polyvinylbutyrat (PVB) in einer Menge von 2 bis 20 Gew% umfasst.
Schutzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisschutzelement (2) mehr als 50 textile Lagen (7), insbesondere Fasergelege-Lagen umfasst, vorzugsweise 100 Lagen, wobei ein Basisschutzelement (2) mit 50 Lagen ein Flächengewicht von 10 kg/qm besitzt.
Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasergelege-Lagen (7) sowie die Fasern des textilen Trägertextils (6, 6') aus gleichen oder unterschiedlichen Hochmodulfasern bestehen, welche eine hohe Festigkeit aufweisen, wie beispielsweise Fasern aus para-Aramiden oder aus ultrahochmolekularen Polyethylenen (UHMW-PE).
Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem des textilen Trägertextils (6, 6') des Zusatzelements (3) um ein Gewebe, Gewirke, Gelege oder um ein verfestigtes Vlies handelt.
Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikkacheln (5, 5') aus Aluminiumoxid, Borcarbid oder Siliziumcarbid bestehen.
Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikkacheln (5) eine quadratische Form aufweisen, wodurch das Zusatzelement (3) in zwei mögliche Richtungen biegbar ist.
Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikkacheln (5') eine sechseckige Form aufweisen, wodurch das Zusatzelement (3) in drei Richtungen biegbar ist.
Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine äußere Abdeckung vorgesehen ist, welche beispielsweise eine Hülle aus Komposit-Materialien sein kann.
Verwendung einer Schutzeinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 als plattenförmiges Schutzelement für den Schutz von Gebäuden, als plattenförmiges oder geformtes Schutzelement für den Schutz von Fahrzeugen oder als geformte Einschübe für Schutzwesten für den Schutz von Personen vor dem Eindringen von normaler Munition als auch vor dem Eindringen von Projektilen mit Stahl- oder Keramik-Penetrator.