DE19632598C1

DE19632598C1 - Multilayer light armour especially for cars

Info

Publication number: DE19632598C1
Application number: DE19632598A
Authority: DE
Inventors: Heinz Huber
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2016-08-14

Abstract

A multilayer light armour, especially for motor cars, has a metallic (e.g. steel) wall element (7) with a ceramic layer (8), at the bullet (3) impingement side, and a fragment-catching fibre composite layer (11) at the rear side. The novelty is that the ceramic layer (8) is applied by high velocity flame spraying and that, in the fragment-catching layer (6), the fibre composite layer (11) is preceded by a mica layer (10) which, in turn, is preceded by a layer (9) of polycarbonate or similar plastic.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Panzerung nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.The invention relates to armor according to the preamble of the An saying 1.

Der DE 43 00 746 C2 ist eine Leichtpanzerung entnehmbar, die sich auf der Innenseite einer Außenhaut des jeweils zu schützenden Objektes befindet. In einem Luftabstand hierzu ist ein erstes Panzerungselement derselben anzu treffen. Gebildet wird es von einer hochharten Metallschicht und einer Faser verbundschicht, die - in Angriffsrichtung gesehen - der hochharten Metall schicht unmittelbar nachgeordnet ist. Mit Abstand zur Faserverbundschicht des ersten Panzerungselements folgt eine weitere Metallschicht. Dies selbe bildet mit einer unmittelbar nachgeordneten Faserverbundschicht ein zweites Panzerungselement. Dabei ist die Metallschicht des zweiten Panzerungs elements im Vergleich zu derjenigen des ersten Panzerungselements sowohl von niedrigerer Härte als auch von geringerer Schichtstärke. Die Faserver bundschicht des zweiten Panzerungselements weist dagegen eine größere Schichtstärke auf als diejenige des ersten Panzerungselementes.DE 43 00 746 C2 is a light armor that can be found on the Is located inside an outer skin of the object to be protected. In a first armor element of the same is to be attached to an air gap to meet. It is made up of a very hard metal layer and a fiber composite layer, the - seen in the direction of attack - the super hard metal layer is immediately subordinate. At a distance from the fiber composite layer the first armor element is followed by a further metal layer. The same forms a second one with an immediately downstream fiber composite layer Armor element. Here is the metal layer of the second armor elements compared to that of the first armor element both of lower hardness and less layer thickness. The fiber ver The layer of the second armor element has a larger layer Layer thickness than that of the first armor element.

Die DE 42 15 434 A1 hat eine Panzerplatte zum Schutz von Personen und Fahrzeugen gegenüber dem Einschlag von Schußwaffenprojektilen zum Ge genstand, die aus zwei dünnen, flächigen Außenelementen sowie einem die eigentliche Panzerung ergebenden Innenelement besteht. Beim letzteren han delt es sich um ein solches aus einem anorganischen Material mit einem Bin der. Zur Erstellung einer leichten, jedoch äußerst stoßfesten Verbundplatte wird als anorganisches Material schuppiger oder blättriger Glimmer empfoh len. Dessen Gewichtsanteil am Innenelement ist dabei mit mindestens 50%, vorzugsweise 70 bis 90% angegeben. DE 42 15 434 A1 has an armor plate for the protection of people and Vehicles against the impact of gun projectiles to the Ge object, which consists of two thin, flat outer elements and one actual armor resulting inner element. The latter han it is one made of an inorganic material with a bin of the. For creating a light, but extremely impact-resistant composite panel is recommended as an inorganic material with flaky or flaky mica len. Whose weight proportion of the inner element is at least 50%, preferably indicated 70 to 90%.

Aus der DE 30 05 586 A1 ist ein plattenförmiges, poröses Wandelement von hoher Härte und Druckfestigkeit beschrieben, mit dem der Zweck einer Schutzfunktion gegen Hohlladungsgeschosse verfolgt wird. Aufgebaut ist daßelbe aus Siliciumcarbid, das ummantelt mit einem Binder in Pulverform zunächst warmgepreßt und danach verkokt worden ist. In einem weiteren Ver fahrensschritt wurde die so entstandene poröse Keramikstruktur schließlich mit einem schmelzflüssigen Metall oder solch einer Metallegierung getränkt, das bzw. die nach dem Erkalten hohe Biege- und Scherfestigkeit sowie Elastizität aufweist. Letzteres ist im vorliegenden Fallbeispiel in einem Vakuumdruckbehälter geschehen, und zwar mit Chrom-Nickel-Stahl im geschmolzenen Zustand.DE 30 05 586 A1 describes a plate-shaped, porous wall element from high hardness and compressive strength with which the purpose of a Protection function against shaped charge projectiles is pursued. Is constructed the same made of silicon carbide coated with a binder in powder form first pressed hot and then coked. In another ver The porous ceramic structure thus created finally became a driving step impregnated with a molten metal or such a metal alloy, the or the high bending and shear strength after cooling and Has elasticity. The latter is in one in the present case example Vacuum pressure vessels happen, with chrome-nickel steel in the molten state.

In der DE 39 24 267 C1 ist schließlich eine Anordnung zur Verwendung als Schutz gegen Wucht und Hohlladungsgeschosse beschrieben, und zwar eine solche mit zumindest einem flächigen Element. Letzteres weist dabei eine durch Plasmaspritzen hergestellte, poröse Keramikstruktur auf, die mit schmelzflüssigem Metall infiltriert worden ist. In DE 39 24 267 C1 there is finally an arrangement for use as Protection against force and shaped charge projectiles described, namely one those with at least one flat element. The latter has one porous ceramic structure produced by plasma spraying, which with molten metal has been infiltrated.

Ein Keramik-Metall-Verbund der vorbeschriebenen Beschaffenheit ist für sich allein - was die Anforderungen an Härte, Temperaturbeständigkeit und Ver schleißverhalten anbelangt - den rein keramischen Elementen klar unterlegen, die ihrerseits wiederum zu Rißbildungen neigen und daher nur in Kachelform sinnvoll Verwendung finden können. Ohne stützende Metallstruktur zeigt der selbe auch eine geringere Schutzwirkung als Stall gleicher Dicke, da mit stei gendem Keramikanteil die vorerwähnte Rißbildung rasch zunimmt. Wo er in Kombination mit einer stützenden Metallstruktur Anwendung findet, sind da gegen äußere Abplatzeffekte zu verzeichnen. Hervorgerufen werden diese teils durch ungenügende Verbindungen zwischen dem Keramik-Metall-Verbund werkstoff und der stützenden Metallstruktur, teils durch thermische Spannungen an besagten Verbindungsstellen und durch sprunghafte Schallgeschwindigkeits änderung in der Grenzschicht.A ceramic-metal composite of the above-described quality is in itself alone - what the requirements for hardness, temperature resistance and ver wear behavior - clearly inferior to the purely ceramic elements, which in turn tend to crack and therefore only in tile form can be used sensibly. Without a supporting metal structure, the shows same also a lower protective effect than stable of the same thickness, since with stony Because of the ceramic component, the aforementioned crack formation increases rapidly. Where he in Combination with a supporting metal structure is used against external chipping effects. These are partly caused due to insufficient connections between the ceramic-metal composite material and the supporting metal structure, partly due to thermal stresses at said junctions and by sudden speed of sound change in the boundary layer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Leichtpanzerungen in Rede stehender Gattung auf einfache Art und Weise dem aufgezeigten Problem des Abplatzens wirkungsvoll zu begegnen und den Durchschlagswiderstand gegen über panzerbrechenden Geschossen wie Wucht-, Quetschkopf- und Hohl ladungsgeschossen nennenswert zu verbessern.The invention is therefore based on the object in light armor standing genus in a simple way the problem of Counter flaking effectively and the resistance to puncture over armor-piercing projectiles such as balancing, squeezing and hollow charge bullets to improve significantly.

Gelöst ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekenn zeichnete Leichtpanzerung. Vorteilhafte Ausgestaltungen derselben finden sich in den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by those in claim 1 drew light armor. There are advantageous refinements of the same in the subclaims.

Die erfindungsgemäß ergriffenen Maßnahmen lassen sich einfach realisieren. Geschicht dies, ergeben sie eine Panzerung, die aufgrund ihrer leichten und kompakten Bauweise u. a. auch für Personenkraftwagen bestens geeignet ist. Der zuverlässige Schutz, den sie in gleicher Weise gegen Wucht-, Quetschkopf- und Hohlladungsgeschosse bietet, findet seine Erklärung in folgendem: Zum einen ergibt das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen in der resultierenden Keramikschicht bzw. Metall-/Keramikschicht eine weit geringere Porosität als das sonst gebräuchliche Plasmaspritzen, was einen entsprechend erhöhten Durchschlagswiderstand zur positiven Folge hat. Außerdem bringt es noch eine merklich verbesserte Haftung zwischen der Keramikschicht bzw. Metall-/Kera mikschicht und der stützenden Struktur aus Stahl oder dergleichen Material mit sich. Zum anderen fuhrt das beispielsweise mit Aluminium ummantelte Keramikpulver mit dem angewandten thermischen Spritzverfahren zu einer Metall-/Keramikschicht auf einer Duktilität, wie sie bisher nicht erzielt werden konnte.The measures taken according to the invention can be easily implemented. History this, they result in armor that is light and compact design u. a. is also ideally suited for passenger cars. The reliable protection that they offer in the same way against balancing, and offers shaped charge bullets, finds its explanation in the following: To one results in high speed flame spraying in the resulting Ceramic layer or metal / ceramic layer has a much lower porosity than the otherwise common plasma spraying, which increases you accordingly Breakdown resistance has a positive consequence. It also brings another noticeably improved adhesion between the ceramic layer or metal / Kera mic layer and the supporting structure made of steel or the like material themselves. On the other hand, this leads, for example, to aluminum Ceramic powder with the applied thermal spray process into one Metal / ceramic layer on a ductility that has not been achieved so far could.

Mit einer Wabenstruktur aus Aluminium oder dergleichen als integriertem Bestandteil läßt sich die Duktilität der erfindungsgemäßen Metall-/Keramik schicht weiter steigern. Dem Problem des Abplatzens wird auf diese Weise besonders wirksam begegnet, da im Trefferfall jede Wabe einen Rißstopper darstellt bzw. deren Füllung ausgetrieben wird.With a honeycomb structure made of aluminum or the like as an integrated The ductility of the metal / ceramic according to the invention can be included increase layer further. The problem of flaking becomes this way countered particularly effectively since each honeycomb has a crack stopper if hit represents or whose filling is driven out.

Bleibt in diesem Zusammenhang noch auf den Splitterfang zu verweisen, der aufgrund seiner erfindungsgemäßen, speziellen Ausbildung nichts mehr zu wün schen übrig läßt, wenn es darum geht, bis zu ihm vorgedrungene, meist abge plattete Geschosse mit im Vergleich zur Auftreffenergie geringer kinetischer Energie und von der Rückseite der stützenden Metallstruktur abgeplatzte Splitter an einem weiteren Vordringen ins Zielinnere zu hindern. Ob dabei einem engen Kontakt oder einem Luftabstand zwischen der im Splitterfang dem Glimmer in Plättchenform vorgeordneten Polycarbonatschicht und der der Metall-/Keramik schicht ab gewandten Rückseite des stützenden Wandelements aus Stahl oder dergleichen Metall der Vorzug zu geben ist, wird mit davon abhängig sein, was es jeweils zu schützen gilt.In this context, it still remains to refer to the splinter catch, the due to his special training according to the invention nothing more to be desired when it comes to what has reached him, mostly abandoned flattened projectiles with lower kinetic compared to the impact energy Power and splinters chipped from the back of the supporting metal structure to prevent further penetration into the target. Whether a tight Contact or an air gap between the in the splinter trap the mica in Platelet shape upstream polycarbonate layer and that of the metal / ceramic layer from the back of the supporting wall element made of steel or preference for the same metal will depend on what it must be protected in each case.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematisch dargestellten Aus führungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen in Form von Prinzipskizzen:The invention is described below with reference to a diagram management example described in more detail. They show in the form of schematic diagrams:

Fig. 1 eine Leichtpanzerung in Mehrschichtbauweise im Querschnitt und Fig. 1 is a light armor in multi-layer construction in cross section and

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform aus der Angriffsrichtung gesehen. Fig. 2 seen a modified from Fig. 1 embodiment from the direction of attack.

Fig. 1 zeigt eine Leichtpanzerung 1 in Mehrschichtbauweise, beispielsweise für einen Personenkraftwagen. Bei derselben ist in Pfeilrichtung 2 eines angreifen den Geschosses 3 gesehen einem zweischichtig ausgebildeten Panzerelement 4 in einem Luftabstand 5 ein dreischichtig ausgebildeter Splitterfang 6 nachge ordnet. Fig. 1 shows a light armouring 1 in multi-layer construction, for example for a passenger car. In the same is seen in the direction of arrow 2 of an attack on the projectile 3 , a two-layer armored element 4 in an air gap 5 is arranged in a three-layer splinter trap 6 .

Das beispielsweise 4 mm dicke Panzerelement 4, das bei gepanzerten Kraft fahrzeugtüren normalerweise vor der Panzerglasscheibe zur Anordnung kommt, weist eine Stahlplatte 7 (Wichte ca. 10 g/ccm) als stützende Metallstruktur auf. Auf deren dem angreifenden Geschoß 3 zugewandte Vorderseite ist mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen eine Metall-/Keramikschicht 8 (Wichte ca. 3,0 g/ccm) von beispielsweise 4 mm aufgetragen worden. Als Ausgangsmaterial hierfür dienen z. B. mit Aluminium ummantelte Al₂O₃-Partikeln. Gegenüber einer Stahlplatte von 8 mm Dicke bedeutet dies eine Gewichtsreduzierung von 35% bei gleicher Durchschlagswirkung.The armor element 4 , for example 4 mm thick, which normally comes in front of the bulletproof glass pane for armored motor vehicle doors, has a steel plate 7 (weight approx. 10 g / ccm) as a supporting metal structure. A metal / ceramic layer 8 (weight approx. 3.0 g / ccm) of, for example, 4 mm has been applied to its front side facing the attacking projectile 3 by means of high-speed flame spraying. Serve as the starting material for this. B. with aluminum coated Al₂O₃ particles. Compared to a steel plate of 8 mm thickness, this means a weight reduction of 35% with the same penetration effect.

Der dreischichtige Splitterfang 6, der bei gepanzerten Kraftfahrzeugtüren nor malerweise hinter der Panzerglasscheibe angeordnet wird, hat z. B. eine Ge samtschichtdicke von 8 mm. Seine ausgezeichnete Bremswirkung beruht auf der ersichtlichen Kombination einer Polycarbonatschicht 9, einer Schicht 10 aus Glimmer in Plättchenform und einer Faserverbundschicht 11, beispielsweise aus Kunststoff und Gewebe aus Glas- oder Aramidfasern. Die durchschnittliche Wichte beträgt hierbei etwa 2,5 g/ccm. Gegenüber Stall ergibt diese Anordnung eine Gewichtsersparnis von ungefähr 75%. Da dem so ist, läßt sich mit dem er findungsgemäßen Ausführungsbeispiel gegenüber einer ebenbürtigen Zwei plattenanordnung aus Stahl eine Gewichtsersparnis von insgesamt 55% erzielen.The three-layer splinter catch 6 , which is normally arranged behind armored glass in armored motor vehicle doors, has z. B. a total layer thickness of 8 mm. Its excellent braking effect is based on the apparent combination of a polycarbonate layer 9 , a layer 10 made of mica in platelet form and a fiber composite layer 11 , for example made of plastic and fabric made of glass or aramid fibers. The average weight is about 2.5 g / ccm. Compared to the stable, this arrangement results in a weight saving of approximately 75%. Since this is the case, he can achieve a total weight saving of 55% with the exemplary embodiment according to the invention compared to an equal two plate arrangement made of steel.

Die in Fig. 2 wiedergegebene Variante unterscheidet sich von der Leichtpanze rung gemäß Fig. 1 durch eine zusätzliche Wabenstruktur 12 aus Aluminium oder dergleichen. Letztere ist in die Metall-/Keramikschicht 8 auf der Vorder seite des Wandelementes 7 integriert. Geschehen ist dies durch Anbringen der Wabenstruktur 12 am Wandelement 7 und anschließendes Auffüllen ihrer Wa benhohlräume mit Spritzkeramik vorbeschriebener Beschaffenheit. An die Stelle der Metall-/Keramikschicht 8 kam- auch eine Schicht reiner Keramik treten.The variant shown in FIG. 2 differs from the light armoring according to FIG. 1 by an additional honeycomb structure 12 made of aluminum or the like. The latter is integrated in the metal / ceramic layer 8 on the front side of the wall element 7 . This is done by attaching the honeycomb structure 12 to the wall element 7 and then filling its Wa hollow spaces with spray ceramic of the above-described nature. The metal / ceramic layer 8 was replaced by a layer of pure ceramic.

Claims

1. Light armor in multi-layer construction, especially for personal motor vehicles, in which a wall element ( 7 ) made of metal such as steel - seen in the direction ( 2 ) of an attacking projectile ( 3 ) - a ceramic layer ( 8 ) upstream and a splinter trap ( 6 ) with a Layer ( 11 ) of fiber composite is arranged downstream, characterized in that the ceramic layer ( 8 ) is applied to the front of the wall element ( 7 ) made of steel or similar metal by means of high-speed flame spraying and in the chip trap ( 6 ) of the layer ( 11 ) made of fiber composite layer (10) is arranged upstream of mica and the mica layer (10) a layer (9) made of polycarbonate or the like plastic.

2 light armor according to claim 1, characterized in that in the ceramic layer ( 8 ) a honeycomb structure ( 12 ) made of aluminum or the like is integrated, the honeycomb structure ( 12 ) is applied to the wall element ( 7 ) made of stable or the like metal and their Cavities are filled with the thermally sprayed ceramic material.

3. Light armor according to claim 1 or 2, characterized in that metal-coated ceramic powder serves as the starting material for the ceramic layer ( 8 ).

4. Light armor according to claim 3, characterized in that the metal / ceramic layer ( 8 ) consists of Al₂O₃ particles which are coated with aluminum.

5. Light armor according to claim 1, characterized in that there is an air gap ( 5 ) between the layer ( 9 ) of the splinter trap ( 6 ) and the wall element ( 7 ).