DE4008741A1 - Zusammengesetzte keramische panzerung und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte keramische Panzerung und ein Verfahren zur Herstellung der Panze­ rung.

Panzerungen der bekannten Art bestehen aus plattenför­ migen Keramikfliesen, die zum Schutz gegen einschlagende Geschosse in eine Matrix eingebettet sind, so zum Beispiel die US-Patentschriften 33 24 768, 34 31 818, 34 44 033, 35 09 833, 35 16 898, 36 16 115, 37 00 534, 38 01 416 und 39 24 038. Solche keramischen Panzerungen waren bisher sehr teuer in der Herstellung, bedingt durch die Schwierigkeit und die daraus entstehenden Kosten, die keramischen Fliesen in die Matrix mit einem gewissen Abstand voneinander einzubetten, um bei einem Geschossaufschlag auf die Panzerung eine Stoß-Fort­ pflanzung von einer Fliese zur nächsten zu vermeiden.

Eine andere herkömmliche Art.der Panzerung, die bei der Untersuchung in Verbindung mit der vorliegenden Erfin­ dung bekannt wurde, wird offenbart in den US-Patent­ schriften 34 54 947, 37 05 558, 37 22 355, 37 02 593, 38 59 892, 41 79 979 und 46 65 794.

Eine weitere herkömmliche Art der Panzerung, die bei der Untersuchung in Verbindung mit der vorliegenden Erfin­ dung bekannt wurde, wird offenbart in den US-Patent­ schriften 32 32 017 und 40 49 864.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte zusammengesetzte keramische Panzerung und ein Verfahren zur Herstellung der Panzerung zu schaffen, um einen relativ leichtgewichtigen Schutz zu schaffen, der kostengünstig herzustellen ist und aus dem größere Oberflächen hergestellt werden können und der auch leicht zu reparieren ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe der Erfindung besteht eine erfindungsgemäße zusammengesetzte keramische Panzerung aus einer Vielzahl von plattenförmigen Keramikfliesen, von denen jede einzelne gegenüberliegende Oberflächen und mehrere Seiten aufweist. Bei der Herstellung der Panzerung wird um jede Fliese über jede ihrer Ober- und Seitenflächen ein Gewebe gewickelt. Zur Einkapselung der Fliesen durchdringt eine Kunstharzmatrix das Gewebe. Diese Kunstharzmatrix weist gegenüberliegende Oberflä­ chen und mehrere Seiten auf, wobei das gewickelte Gewebe die Fliesen untereinander und von den Oberflächen und Seiten der Kunstharzmatrix trennt.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform sind die Fliesen rechteckig; und das Gewebe besteht aus zwei Streifen, die senkrecht zueinander um jede einzelne Fliese gewickelt sind. Vorzugsweise sind die rechteckigen Fliesen quadratisch.

In der bevorzugten Ausführungsform ist das Gewebe gewebt und besteht vorzugsweise aus Glasfasern oder Polyamid- Kunststoffasern wie zum Beispiel Kevlar.

Ein Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter kerami­ scher Panzerungen gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Einwickeln plattenförmiger Keramikfliesen, von denen jede gegenüberliegende Oberflächen und mehrere Seiten hat, mit Gewebe, das alle Oberflächen und Seiten bedeckt. Die umwickelten Fliesen werden dann in eine hohle Form gelegt, wobei das gewickelte Gewebe die Fliesen voneinander und von der Wandung der Form trennt. Daraufhin wird in die Form ein Kunstharz eingeleitet, welches das Gewebe durchdringt und eine Matrix bildet, die die Fliesen umschließt und gegenüberliegende Ober­ flächen und Seiten bildet, von denen die Fliesen durch das gewickelte Gewebe getrennt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens wer­ den rechteckige Fliesen benutzt, von denen jede einzelne von zwei Gewebestreifen senkrecht zueinander umwickelt wird. Die rechteckigen Fliesen sind vorzugsweise quadra­ tisch.

Vorzugsweise wird zum Umwickeln der Fliesen gewebtes Material, am besten gewebte Glasfasern oder gewebte Polyamid-Kunststoffasern wie zum Beispiel Kevlar-Fasern, verwendet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer zusammengesetzten keramischen Panzerung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die zusammengesetzte keramische Panzerung längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer kerami­ schen Fliese, die verdeutlicht, auf welcher Art ein erster Gewebestreifen um die recht­ eckige, vorzugsweise quadratische Fliese gewickelt wird,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die verdeut­ licht, auf welche Art ein zweiter Gewebe­ streifen senkrecht zum ersten Gewebestreifen um die Fliese gewickelt wird,

Fig. 5 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung der Fliese, nachdem sie komplett vom ersten und zweiten Gewebestreifen senk­ recht zueinander bewickelt wurde, und

Fig. 6 einen partiellen Schnitt durch eine Form und die keramische Panzerung, die in der Form hergestellt wird.

Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, besteht die zusam­ mengesetzte keramische Panzerung 10 aus mehreren plat­ tenförmigen Keramikfliesen 12, von denen jede einzelne entgegengesetzte Oberflächen 14 und mehrere Seiten 16 aufweist. Wie am besten in Fig. 2 zu sehen, ist jede Fliese 12 über jede ihrer Oberflächen 14 und Seiten 16 mit Gewebe 18 umwickelt. Eine Kunstharzmatrix 20 durch­ dringt das Gewebe 18 und schließt somit die Fliesen 12 ein, wie nachfolgend genauer beschrieben. Diese Kunst­ harzmatrix weist entgegengesetzte Oberflächen 22 und mehrere Seiten 24 auf. Das gewickelte Gewebe 18 trennt die Fliesen 12 voneinander und von den Oberflächen 22 und Seiten 24 der Kunstharzmatrix 20.

Die keramischen Fliesen 12 der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten zusammengesetzten keramischen Panzerung 10 sind voneinander genügend weit getrennt, so daß sich ein von einem aufschlagenden Projektil herrührender Stoß nicht von einer Fliese zur nächsten fortpflanzt, jedoch nahe genug beieinander, so daß das abzuwehrende Projek­ til nicht zwischen die Fliesen eindringen kann.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die keramischen Fliesen 12 vorzugsweise rechteckig und sind dargestellt mit quadratischer Bauform, die die Herstellung einer quadra­ tischen zusammengesetzten Panzerung zur Einfügung in größere Platten ermöglicht. Abhängig von der benötigten Plattengestalt können auch längliche rechteckige Fliesen zur Verarbeitung in größeren Platten verwendet werden. Solche größeren Platten ermöglichen die leichte Repa­ ratur größerer Oberflächen durch Auswechseln einer Platte mit einer oder mehreren durch auftreffende Pro­ jektile zerbrochenen Fliesen.

Wie in Fig. 3, 4 und 5 gezeigt ist, besteht das Gewebe 18 vorzugsweise aus zwei Gewebestreifen 26 und 28, die senkrecht zueinander um jede einzelne Fliese gewickelt sind. Der erste Streifen 26 wird, wie in Fig. 3 gezeigt, in einer ersten Richtung um die Fliese 12 gewickelt und, wie in Fig. 4 gezeigt, mehrmals gewickelt, um den gewünschten Abstand zu erhalten, der in der gezeigten Ausführungsform mit drei Windungen erreicht wird. Der zweite Gewebestreifen 28 wird, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, senkrecht zm ersten Gewebestreifen 26 über diesen gewickelt. Dieser zweite Gewebestreifen 28 wird ebenfalls mehrfach gewickelt, um den gewünschten Abstand zu erreichen, der in der gezeigten Ausführungsform mit drei Windungen erreicht wird. Beide Gewebestreifen 26 und 28 haben eine Breite, die der Länge der Seiten 16 der Fliese 12 entspricht, so daß die umwickelte Fliese komplett bedeckt ist, ohne daß unnötiges Gewebe benutzt wird. Auf diese Art können auch längliche rechteckige Formen mit Gewebestreifen unterschiedlicher Breiten ent­ sprechend den Seitenlängen der länglichen rechteckigen Fliesen umwickelt werden.

Wie in Fig. 3, 4 und 5 gezeigt ist, ist das Gewebe vorzugsweise gewebt und besteht aus zueinander senk­ rechten Rovings 30 und 32, die aus verschiedenen Mate­ rialien hergestellt sein können, vorzugsweise jedoch aus Glasfasern, welche kostengünstig sind und dennoch die Fähigkeit haben, von den meisten für die Matrix 20 verwendeten Kunstharzen nicht aufgelöst zu werden. Kunststoffasern können ebenfalls verwendet werden, vor­ zugsweise Fasern aus Polyamidkunststoffen, wie zum Beispiel Kevlar-Fasern.

Vorzugsweise wird für die Matrix 20 ein wärmehärtbarer Kunstharz, wie zum Beispiel Polyester- oder Epoxydharz, verwendet, so daß die Panzerplatte auch unter Erhitzung ihre strukturelle Unversehrtheit bewahrt. Obwohl nur eine Schicht von gewebeumwickelten Keramikfliesen 12 gezeigt ist, ist es ebenso möglich, zwei oder mehrere Lagen von Fliesen zu verwenden, wobei die Abstände zwischen den Platten entweder in einer Linie liegen oder zueinander versetzt sind.

Das Verfahren zur Herstellung der in Fig. 1 und 2 gezeigten zusammengesetzten keramischen Panzerung 10 beginnt mit dem Umwickeln der plattenförmigen kerami­ schen Fliesen 12 mit dem Gewebe 18, das sich über alle Oberflächen 14 und Seiten 16 der Fliese erstreckt. Diese umwickelten Fliesen werden dann, wie in Fig. 6 gezeigt, in eine hohle Kammer 34 einer Form 36 plaziert, wobei das gewickelte Gewebe 18 die Fliesen voneinander und von der Formwandung 38, die die Kammer 34 umgibt, trennt. Daraufhin wird ein flüssiger Kunstharz durch einen Einlaß 40 in die Kammer 34 eingeleitet, welcher vor dem Aushärten das Gewebe 18 durchdringt und somit die Matrix 20 bildet, die die Fliesen 12 umgibt und gegen­ überliegende Oberflächen 22 und Seiten 24 aufweist, von denen die Fliesen durch das Gewebe getrennt sind. Ein Uberlaufkanal 42 ermöglicht es überschüssigem Kunstharz, aus der Kammer 34 auszutreten.

Die Form 36 weist eine untere Platte 44, Seitenplatten 46 und eine obere Platte 48 auf. Die untere Platte 44 hat Ausnehmungen 50, die die unteren Enden der Seiten­ platten 46 aufnehmen. Diese Ausnehmungen 50 wiederum haben Dichtungsnuten zur Aufnahme von Dichtungen 52, welche vorzugsweise als doppelseitiges Schaumband zur Positionssicherung der Seitenplatten in den Ausnehmungen 50 ausgebildet sind. Die obere Platte 48 ist abnehmbar, um das Einlegen der gewickelten keramischen Fliesen in die hohle Form und die Entnahme der gegossenen zusam­ mengesetzten keramischen Panzerung 10 zu ermöglichen. Eine geeignete, schematisch dargestellte Klammer 54 wird zum Festhalten der Deckplatte 48 in ihrer Position benutzt, wobei entlang dem oberen Ende der Seitenplatten 46 in darin befindlichen Nuten und in einer Nut in der Deckplatte eine periphere Abdichtung liegt, um eine dichte Verbindung zu gewährleisten.

Beim Verfahren zur Herstellung der zusammengesetzten keramischen Panzerung werden vorzugsweise rechteckige Fliesen verwendet, von denen jede einzelne von zwei Gewebestreifen, die senkrecht zueinander liegen, wie zuvor beschrieben, umwickelt ist. Wie ebenfalls schon vorher beschrieben, können quadratische Fliesen verwendet werden, um eine quadratische zusammengesetzte keramische Panzerung herzustellen, die leicht zu größe­ ren Platten zusammengesetzt werden kann. Ebenfalls kön­ nen längliche rechteckige Fliesen verwendet werden.

Die Fliesen können sowohl manuell, als auch automatisch von einer Maschine mit Gewebe umwickelt werden.

Gewebtes Gewebe wird vorzugsweise zum Umwickeln der Fliesen verwendet und besteht vorzugsweise aus gewebten Glasfasern, wie zuvor beschrieben. Auch gewebte Kunst­ stoffasern, vorzugsweise Polyamid-Kunststoffasern wie z.B. Kevlar-Fasern, können verwendet werden.

Claims (14)

1. Zusammengesetzte keramische Panzerung (10) mit einer Vielzahl von plattenförmigen keramischen Flie­ sen (12), von denen jede gegenüberliegende Oberflä­ chen (14 und mehrere Seiten (16), Gewebe (18), das um jede einzelne Fliese (12) über jede ihrer Oberflächen (14) und Seiten (16) gewickelt ist, und einer Kunstharzmatrix (20), die das Gewebe (18) durchdringt, um die Fliesen (12) einzukapseln, wobei die Kunstharzmatrix (20) gegenüberliegende Oberflä­ chen (22) und mehrere Seiten (24) aufweist und das Gewebe (18) die Fliesen (12) voneinander und von den Oberflächen (22) und Seiten (24) der Kunstharzmatrix (20) trennt.

2. Zusammengesetzte keramische Panzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliesen (12) rechteckig sind.

3. Zusammengesetzte keramische Panzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (18) aus zwei Streifen (26, 28) besteht, die in zueinander senkrechten Richtungen um jede einzelne Fliese (12) gewickelt sind.

4. Zusammengesetzte keramische Panzerung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die rechteckigen Fliesen (12) quadratisch sind.

5. Zusammengesetzte keramische Panzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (18) gewebt ist.

6. Zusammengesetzte keramische Panzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewebte Gewebe (18) aus Fasern besteht, die zu der Gruppe der Glasfasern und Polyamid-Kunst­ stoffasern gehören.

7. Zusammengesetzte keramische Panzerung (10) mit einer Vielzahl von plattenförmigen keramischen Flie­ sen (12) von rechteckiger Bauform mit gegenüberlie­ genden Oberflächen (14) und diese verbindenden Sei­ ten (16), Gewebe (18) bestehend aus zwei Gewebestreifen (26, 28), die in zueinander senkrechten Richtungen um jede einzelne Fliese (12) über jede ihrer Oberflä­ chen (14) und Seiten (16) gewickelt sind, und einer Kunstharzmatrix (20), die das Gewebe (18) durchdringt, um die Fliesen (12) einzukapseln, wobei die Kunstharzmatrix (20) gegenüberliegende Oberflä­ chen (22) und mehrere Seiten (24) aufweist und wobei die gewickelten Gewebestreifen (26, 28) die Fliesen (12) voneinander und von den Oberflächen (22) und Seiten (24) der Kunstharzmatrix (20) trennen.

8. Zusammengesetzte keramische Panzerung (10) mit einer Vielzahl von plattenförmigen keramischen Flie­ sen (12) von rechteckiger Bauform mit gegenüberlie­ genden Oberflächen (14) und diese verbindenden Sei­ ten (16), Gewebe (18), bestehend aus zwei Gewebestreifen (26, 28) aus gewebten Fasern, die aus der Gruppe der Glasfasern und Polyamid-Kunststoffasern ausgewählt sind und die in zueinander senkrechten Richtungen um jede einzelne Fliese (12) über jede ihrer Ober­ flächen (14) und Seiten (16) gewickelt sind, und einer Kunstharzmatrix (20), die das Gewebe (18) durchdringt, um die Fliesen einzukapseln, wobei die Kunstharzmatrix (20) gegenüberliegende Oberflächen (22) und mehrere Seiten (24) aufweist und die gewickelten Gewebestreifen (26, 28) aus gewebten Fasern die Fliesen (12) voneinander und von den Oberflächen (22) und Seiten (24) der Kunstharzmatrix (20) trennen.

9. Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten keramischen Panzerung (10), wobei 1. plattenförmige keramische Fliesen (12), von denen jede einzelne gegenüberliegende Oberflächen (14) und mehrere Seiten (16) aufweist mit Gewebe (18) um­ wickelt werden, das sich über alle Oberflächen (14) und Seiten (16) jeder Fliese (12) erstreckt, 2. die umwickelten Fliesen (12) in eine hohle Form (36) gelegt werden, wobei das gewickelte Gewebe (18) die Fliesen (12) untereinander und von der Wandung (38) der Form (36) trennt, und 3. ein Kunstharz in die hohle Form (36) eingeleitet wird, um das Gewebe (18) zu durchdringen und eine Matrix (20) zu bilden, die die Fliesen umschließt und die gegenüberliegende Oberflächen (22) und Sei­ ten (24) aufweist, von denen die Fliesen (12) durch das Gewebe (18) getrennt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß rechteckige Fliesen (12) verwendet werden, von denen jede von zwei Gewebestreifen (26, 28), die sich senkrecht zuein­ ander um die Fliesen (12) erstrecken, umwickelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß quadratische Fliesen (12) verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Umwickeln der Fliesen (12) gewebtes Gewebe (18) ver­ wendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das verwendete Gewebe (18) aus Fasern besteht, die aus der Gruppe der Glasfasern und Polyamid-Kunststoffasern ausgewählt sind.

14. Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten keramischen Panzerung (10), wobei

• 1. plattenförmige keramische Fliesen (12), von denen jede eine rechteckige Gestalt hat und gegenüber­ liegende Oberflächen (14) und diese verbindende Seiten (16) aufweist, mit Gewebestreifen (26, 28) umwickelt werden, von denen sich jeweils zwei um je eine Fliese (12) in zueinander senkrechten Rich­ tungen über beide Oberflächen (14) und alle Seiten (16) der Fliese (12) erstrecken,
• 2. die umwickelten Fliesen (12) in eine hohle Form (36) gelegt werden, wobei das gewickelte Gewebe (18) die Fliesen (12) untereinander und von der Wandung (38) der Form (36) trennt, und
• 3. ein Kunstharz in die hohle Form (36) eingeleitet wird, um das Gewebe (18) zu durchdringen und eine Matrix (20) zu bilden, die die Fliesen (12) um­ schließt und die gegenüberliegende Oberflächen (22) und Seiten (24) aufweist, von denen die Fliesen (12) durch das Gewebe (18) getrennt sind.