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