-
(1) Erfindungsgebiet
-
Die
Erfindung betrifft eine Schutzbekleidung. Insbesondere betrifft
die Erfindung einen flexiblen Körperschutzpanzer
zur Abwehr eines Hochgeschwindigkeitsprojektils.
-
(2) Stand der Technik
-
Fortschritte
bei Körperschutzpanzern
beziehen sich häufig
auf die Entwicklung von verbesserten Materialien, aus denen der
Schutzpanzer gebildet ist. Neuerdings sind kugelsichere Materialien
aus hochzugfesten Fasern, beispielsweise Aramidfasern oder Polyethylenfasern,
auf dem genannten Gebiet in allgemeinen Gebrauch genommen worden.
Unglücklicherweise
haben sich sogar solche verbesserte Materialien aufweisende Weichkörperpanzer
als ungeeignet erwiesen, einen Schutz gegen bewehrungsdurchdringende
Pistolenmunition, Starkschubkörper und
runde Eindringkörper
zu bieten, die alle heute allgemein verwendet werden.
-
Um
dieses Problem zu beheben, sind verschiedene Hartmetallplattierungssysteme
entwickelt worden. Ein solches System verwerndet eine Anzahl von
Titanscheiben, die einen Durchmesser von 25,4mm (1 Zoll) und eine
Stärke
von 0,813–1,27mm (0,032–0,050 Zoll)
aufweisen und in sich überlappenden
Reihen derart angeordnet sind, dass innerhalb der Reihe eine Scheibe
ihre vorhergehende Scheibe überlappt
und von ihrer nachfolgenden Scheibe in der Reihe überlappt
wird. Aufeinanderfolgende Reihen überlappen ihre vorhergehende
Reihe und werden von der nachfolgenden Reihe überlappt. Die Scheibenanordnung
wird dann an einer Unterlage befestigt, beispielsweise an einer
klebstoffimprägnierten
Aramidfaser. Eine zweite Schicht des klebstoffimprägnierten
Aramids kann dazu verwendet werden, die durch die Scheiben gebildete „Platte" zu umhüllen. Diese
umhüllte
Platte kann dann an einem üblichen
Weichkörperschutzpanzer über lebenswichtigen
Organen befestigt werden. Dieser Panzer weist eine hohe Flexibilität auf und
ist zum Verbergen dünn genug.
-
In ähnlicher
Weise offenbaren das US-Patent 3 563 836, das die Basis für den Oberbegriff
des Anspruchs 1 bildet, und das US-Patent 5 196 252 schusssichere
Panzer mit einer Anzahl von nicht bearbeiteten Platten, die auf
der Oberfläche
einer flexiblen Unterlage befestigt sind. Die Platten sind dann nebeneinander
an der flexiblen Unterlage befestigt. Die plattenbeschichteten Unterlagen
können
dann übereinander
geschichtet werden, um eine überlappende
Anordnung zu schaffen. Zusätzliche
Unterlagenschichten werden dazu verwendet, die Plattenschichten
einzuhüllen
und einen schusssicheren Schutzpanzer zu schaffen.
-
Während diese Überlappung
der Scheiben und Platten gezeigt worden ist, um die Kraft wirksam zunichte
zu machen, mit der die meisten bestehenden, panzerdurchdringenden
Pistolenschüsse, Starkschubkörper und
runde Eindringkörper
eintreffen, gehen Gewehrschüsse
durch diese Plattenstruktur und auch durch den darunterliegenden
Weichlörperpanzer
wie ein heißes
Messer durch Butter hindurch. Daher haben die Benutzer zum Schutz
gegen Gewehrschüsse
gefordert, große,
feste Platten zum Schutz von lenbenswichtigen Organen zu verwenden.
Diese großen
Platten sind schwer, unbiegsam und unbequem zu benutzen. Zusätzlich sind
sie fast unmöglich
in verbergender Weise zu benutzen. Vorschläge zur Verwendung von dickeren
Scheiben sind fehlgeschlagen, ein wirtschaftlich tragbares Ptrodukt zu
schaffen, das gegen Gewehrschüsse
schützt.
Dickere Scheiben ergeben eine geringere Flexibilität und können nicht
gut ausgelegt werden. Das Ergebnis ist eine Plattenstruktur, die
dicker, nicht mehr flexibel und schwerer als die oben erörterten, festen Platten
ist. Der Tragkomfort ist ebenfalls ein wichtiger Gesichtspunkt bei
der Fertigung von Körperschutzpanzern.
Daher machen diese Begrenzungen die Struktur unpraktisch für ein wirtschaftliches
Produkt.
-
Aufgrund
der geschilderten Tatsachen ist es erwünscht, ein flexibles Schutzpanzersystem
zu schaffen, das gegen Hochgeschwindigkeitsprojektile, wie Gewehrschüsse, schützt.
-
Kurzfassung
der Erfindung
-
Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz gegen Hochgeschwindigkeitsprojektile
sind in Anspruch 1 und Anspruch 10 offenbart. Bei einer bevorzugten
Ausführung
wird eine Vielzahl von Scheiben gleicher Größe und einer Stärke von
größer als 2,54mm
(0,100 Zoll) an einer Vielzahl von Plätzen bearbeitet (abgetragen),
die jeweils einen Krümmungsradius
aufweisen, der etwa gleich dem Krümmungsradius der Scheibe ist.
Die Scheiben werden dann in einem dachziegelartig angeordneten Muster reihenweise
derart ausgelegt, dass jede Scheibe in einer Reihe im Wesentlichen
in einer geraden Linie mit den anderen Scheiben in der Reihe liegt
und einen beabeiteten Platz einer Scheibe in einer über deren
Reihe liegenden Reihe überlappt,
wobei der bearbeitete Platz jeder Scheibe von einer unter deren Reihe
liegenden Scheibe überlappt
wird. Das dachziegelartig angeordnete Muster wird dann an eine flexible,
hochzugfeste Unterlage geklebt und von einer zweiten hochzugfesten
Schicht derart überlagert, dass
das dachziegelartig angeordnete Muster zwischen der Unterlage und
der zweiten Schicht eingehüllt
ist. Diese Hülle
wird dann mit einer Unterlage eines Weichkörperschutzpanzers verbunden.
-
Gemäß einer
alternativen Ausführung
eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Schutz gegen Hochgeschwindigkeitsprojektile
sind eine Vielzahl von Scheiben glei cher Größe vorgesehen, die aus faserverstärkten Keramikverbundwerkstoffen
bestehen. Die Scheiben werden in einem dachziegelartig angeordneten
Muster reihenweise derart ausgelegt, dass jede Scheibe in einer
Reihe mit den anderen Scheiben in dieser Reihe eine im Wesentlichen
gerade Linie bildet und ein Segment einer in einer benachbarten
Reihe angeordneten Scheibe überlappt. Das
dachziegelartig angeordnete Muster wird dann an eine flexible, hochzugfeste
Unterlage geklebt und von einer zweiten hochzugfesten Schicht derart überdeckt,
dass das dachziegelartig angeordnete Muster zwischen der Unterlage
und der zweiten Schicht eingehüllt
wird. Diese Hülle
wird dann mit einer Unterlage eines Weichkörperschutzpanzers verbunden.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Teilansicht einer Garnitur eines Körperschutzpanzers gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung,
-
2 eine
perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung der Scheiben gemäß einer
Ausführung
der Erfindung,
-
3 eine
Draufsicht auf ein dachziegelartig angeordnetes Muster, das auf
eine Unterlage geklebt ist,
-
4 das
Einhüllen
des dachziegelartig angeordneten Musters zwischen der Unterlage
und einer zusätzlichen
Schicht,
-
5 eine
perspektivische Ansicht einer Scheibe gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung,
-
6 einen
Querschnitt durch die Scheibe der 5,
-
7 eine
perspektivische Ansicht einer Scheibe gemäß einer zweiten alternativen
Ausführung
der Erfindung,
-
8 eine
Querschnitt der Scheibe der 7,
-
9 eine
Vorderansicht einer Ausführung eines
Körperschutzpanzers,
-
10 eine
Teilansicht einer Ausführung des
Körperschutzpanzers,
-
11 einen
Teilschnitt durch eine Ausführung
des Körperschutzpanzers,
-
12 eine
perspektivische Ansicht einer Scheibenausführung,
-
13 eine
perspektivische Ansicht der Scheibenausführung der 4 aus
einem epoxidmodifizierten Kunstharz und einer E-Glas-Schicht,
-
14 einen
Querschnitt durch die Scheibenausführung der 5,
der die Schichtung zeigt,
-
15 eine
perspektivische Ansicht einer Scheibenausführung und
-
16 einen
Querschnitt durch eine Scheibenausführung.
-
Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
-
Die 1 zeigt
eine schematische Teilansicht einer Garnitur eines Körperschutzpanzers
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Der Körperschutzpanzer 10 bedeckt
den Rumpf eines Benutzers und ist derart ausgebildet, dass er lebenswichtige
Bereiche gegen Hochgeschwindigkeitsprojektile schützt. Der
gesamte Körperschutzpanzer 10 bleibt
durch eine geeignete Auslegung von Scheiben in einem dachziegelartig
angeordneten Muster flexibel und sorgt auch für einen guten Schutz gegen
Hochgeschwindigkeitsprojektile. Im Gegensatz zu den bekannten, 10×12cm großen, festen Platten
kann sich das dachziegelartig angeordnete Muster um die Körperkonturen
biegen; es ist deshalb bedeutend komfortabler und kann auch besser
verborgen werden. Das dachziegelartig angeordnete Muster 12 ist
typischerweise zwischen zwei Stoffschichten 14 eingehüllt, die
aus hochzugfesten Fasern, beispielsweise Aramidfasern oder Polyethylenfasern,
hergestellt sind. Die Stoffschicht 14 sollte reiß- und schnittfest
sein und ist vorzugsweise ein schusssicheres Material mit derartiger
Ausbildung, dass es das Zerbrechen vermindert. Diese Stoffschicht 14 kann
mit Klebstoff beschichtet sein, der die Stoffschicht an die Scheiben
klebt, die das dachziegelartig angeordnete Muster bilden, und der
die relative Position auf den Scheiben festlegt. Ein oder mehrere
zusätzliche
Stoffschichten 14 können
der Umhüllung
zugefügt
werden. Dies wird unten näher
erläutert.
-
Unter
der Umhüllung
mit den zwei oder mehr Schichten der reiß- und schnittfesten Stoffschichten 14,
die das dachziegelartig angeordnete Muster umhüllen, ist ein üblicher
Weichkörperpanzer 16 angeordnet.
Ein Hochgeschwindigkeitsprojektil scheint sogar dann nicht durchzugehen,
wenn es in die Plattierung des dachziegelartig angeordneten Musters und
in alle Stoffschichten eindringt, ohne in den darunter liegenden
Weichkörperpanzer
einzudringen oder eine Deformierung der Rückseite zu verursachen, die
größer als
44mm (1,73 Zoll) ist; diese Rückseitendeformierung
ist vom Nationalen Gerichtsinstitut (NIJ) definiert worden. Befestigungsbänder wie das
Befestigungsband 18 verbinden das Vorderteil des Körperschutzpanzers 10 mit
einem Rückenteil des
Körperschutzpanzers 10 in üblicher
Weise. Das Befestigungsband 18 kann irgendein bekanntes,
in der Industrie verwendetes Band sein.
-
Die 2 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung der Scheiben
gemäß einer Ausführung der
Erfindung. Bei dieser Ausführung sind
die Scheiben von links nach rechts ausgelegt. Jede folgende Reihe
wird ebenfalls von links nach rechts ausgelegt. Es ist festgestellt
worden, dass ein Wechsel der Auslegerichtung, also von links nach rechts
und dann von rechts nach links, eine Schwäche des sich daraus ergebenden
Musters bewirkt, die oft Fehler verursacht. Die 2 zeigt
nur einen Teil von zwei Reihen des grundlegenden, dachziegelartig angeordneten
Musters. Die Scheiben in jeder Reihe bilden im Wesentlichen eine
gerade Linie. Da sich die Scheiben überlappen, hat jede Scheibe
ein leichtes Gefälle
in Bezug auf eine Linie, die senkrecht zur Auslegefläche steht.
Ferner ist jede Scheibe derart leicht gedreht, dass eine durch die
Mitte einer Reihe gehende Linie in Verbindung mit einer Achse, die
den bearbeiteten Bogen des mittleren, bearbeiteten Platzes halbiert,
keinen rechten Winkel bildet. Bei einer Ausführung beträgt dieser Winkel etwa 60°. Eine typische
Scheibe 52 ist über
der möglichen
Platzierung im Muster 50 gezeigt. Die Scheibe 52 besteht
typischerweise aus hochhartem Material, das eine Härte von
größer als
450 Brinell aufweist. Viele geeignete Materialien existieren, einschließlich Stahl
mit hohem Kohlenstoffgehalt, rostfreier Stahl, Stahllegierungen und
verschiedene Titanlegierungen. Ein bevorzugtes Material wird unter
der Marke Mars 300TM vertrieben und kann
von der Firma Creusot-Loure Industries, eine Abteilung der Creusot
Marrel in Frankreich, bezogen werden. Mars 300TM weist
typischerweise eine Härte
von 630–650
Brinell auf. Ein weiteres, geeignetes Material wird unter der Marke
BP 633TM von der Firma Astralloy aus Birmingham,
Alabama, verkauft. Die meisten geeigneten Materialien werden als
Bleche verkauft. Mars 300TM wird als Bleche
verkauft, die eine Stärke
von etwa 4,27mm (0,168 Zoll) aufweisen. Die einzelnen Scheiben müssen aus
diesen Blechen herausgeschnitten werden. Dies kann in Abhängigkeit
von dem benutzten Material durch Plasmaschneiden, Laserschneiden
oder Wasserstrahlschneiden erreicht werden. Der hier verwendete
Begriff „Schneiden" bezieht sich, wenn
weiter nichts hinzugefügt
wird, allgemein auf eine beliebige Technik zur Herstellung einer
Scheibe.
-
Bei
einer Ausführung
wird die Scheibe 52 lasergeschnitten, wobei eine übliche Lasertechnologie verwendet
wird, um einen gleichmäßigen Durchmesser
und gerundete Kanten wie zwischen Vielfachscheiben zu gewährleisten.
Das Wasserstrahlschneiden kann verwendet werden, ist jedoch nach
diesseitiger Auffassung nicht so gut wie das Laserschneiden. Das
Plasmaschneiden ist ebenfalls möglich,
erfordert aber zusätzliche
Entgratungs- und Glättungsschritte,
um dieselbe Kantenglätte
zu erzielen. Nach dem Schneiden wird jede Scheibe 52 bearbeitet;
die Scheibe 52 wird an drei Plätzen bearbeitet, an einem linken
bearbeiteten Platz 54, einem mittleren bearbeiteten Platz 58 und
einem rechten bearbeiteten Platz 56. Diese Bearbeitung
kann in beliebiger Reihenfolge geschehen.
-
Bei
einer Ausführung
wird jeder bearbeitete Platz in vielen Schritten bearbeitet. Beispielsweise wird
der linke bearbeitete Platz 54 auf etwa die Hälfte der
möglichen
Abtragungstiefe abgetragen. Dieselbe Abtragung mit halber Abtragungstiefe
wird dann auf dem rechten bearbeiteten Platz 56 vorgenommen, dem
der mittlere bearbeitete Platz 58 folgt. Dann wird ein
zweiter Schritt ausgeführt,
um die Abtragungstiefe auf ihre endgültige Tiefe herunter zu bringen.
Ein abschließender
Hochgeschwindigkeitspolierschritt wird dann durchgeführt, um
eine glatte Oberfläche
an jedem der bearbeiteten Plätze
zu gewährleisten.
-
Typischerweise
weist die Scheibe 52 einen Radius von 12,7–50,8mm
(0,5–2
Zoll) auf. Größere Radien
vermindern die Flexibilität,
aber auch die Herstellungskosten. Bei einer marktgängigen,
bevorzugten Ausführung
wird ein Radius von 27,4mm (1 Zoll) verwendet. Abhängig vom
Material können
Scheiben verwendet werden, die eine Stärke von 2,03–4,75mm (0,08–0,187 Zoll)
aufweisen. Der Krümmungsradius jedes
bearbeiteten Platzes ist etwa mit dem Radius der Scheibe 52 identisch.
Wenn daher die Scheibe 52 einen Radius von 27,4mm (1 Zoll)
aufweist, weist jeder bearbeitete Platz, nämlich der linke bearbeitete Platz 54,
der mittlere bearbeitete Platz 58 und der rechte bearbeitete
Platz 56, ebenfalls einen Krümmungsradius von 27,4mm (1
Zoll) auf. Die Abtragungstiefe beträgt typischerweise 1,02–2,03mm (0,04–0,08 Zoll)
bei Scheiben mit einer Stärke
von 2,03–4,75mm.
-
Jeder
bearbeitete Platz weist eine „Abtragungstiefe" auf. Die Abtragungstiefe
wird hier so definiert, dass sie den vertikalen Abstand von der
Kante der Scheibe 52 bis zur Fläche des bearbeiteten Platzes 54, 56, 58 darstellt.
Bei einer Ausführung
haben der rechte bearbeitete Platz 54 und der linke bearbeitete
Platz 56 dieselbe Abtragungstiefe, die bei einer Scheibe
mit einem Radius von 25,4mm (1 Zoll) 25,94mm (0,54 Zoll) beträgt. Der
mittlere bearbeitete Platz weist eine Abtragungstiefe von 12,7mm
(0,5 Zoll) bei einer Scheibe mit einem Radius von 27,4mm (1 Zoll)
auf. Es ist wichtig, dass die zu einem dachziegelartig angeordneten
Muster ausgelegten drei Scheiben einen Bogen 60 bilden,
in den eine zusätzliche
Scheibe angeordnet werden kann. Bemerkenswert ist, dass eine in
den Bogen 60 eingesetzte Scheibe nur an die bearbeitete
Kante 62 von Scheiben anstoßen kann, deren rechter bearbeiteter
Platz und linker bearbeiteter Platz von dieser Scheibe überdeckt
werden. Dies hängt
von der Abtragungstiefe ab. Bei einer Ausführung hat die bearbeitete Kante 62 eine
leichte Neigung im Vergleich zum genau vertikalen Verlauf zur bearbeiteten
Oberfläche.
Dadurch werden die Bruchgefahr der Scheibe während eines Projektileinschlags
und damit die Abnutzung der bearbeiteten Plätze vermindert.
-
Wenn
bei einer Ausführung
alle Scheiben gleich wie die Scheibe 52 ausgebildet sind,
führt dies zu
einer Anzahl von bearbeiteten Plätzen
längs den Endkanten
(beispiels weise längs
der rechten Kante und dem Boden, wenn die Scheiben von links nach rechts
ausgelegt werden, oder umgekehrt längs der linken Kante und dem
Boden, wenn die Scheiben von rechts nach links ausgelegt werden).
Die Stücke
passen genau zusammen, und es gibt keinen bedeutenden Spalt zwischen
den sich überlappenden
Scheiben. Es ist festgestellt worden, dass die Überlappung des gezeigten Musters
die Kraft eines Hochgeschwindigkeitsprojektileinschlags auf die
benachbarten Scheiben verteilt, so dass ein Eindringen und eine
Rückseitenverformung
verhindert werden. Diejenigen Kanten, denen Plätze zugeordnet sind, die nicht
von einer anderen Scheibe überlappt
werden, werden als außerhalb
der „Schutzzone" liegend angesehen,
die durch den Körperschutzpanzer
vorgesehen ist.
-
Wegen
der leichten Neigung jeder Scheibe im Muster ist ferner ein senkrechter
Einschlag sehr unwahrscheinlich, und ein Teil der Energie wird durch die
Seitenabweichung absorbiert. Schließlich führt bei einem Projektileinschlag
die Härte
des Scheibenmaterials dazu, dass die Projektilspitze verbreitert oder
abgestumpft wird, so dass die Eindringgefahr des Projektils weiter
vermindert wird. Bemerkenswert ist, dass die Auslegung in beliebiger
Form ausgeführt werden
kann, so dass die Schutzzone mit dem Rumpf oder einem anderen lebenswichtigen
Bereich übereinstimmt.
-
Bei
einer alternativen Ausführung
können besonders
bearbeitete Scheiben mit weniger bearbeiteten Plätzen verwendet werden, um zu
gewährleisten,
dass alle bearbeiteten Plätze
durch eine Scheibe mit voller Stärke überlappt
werden. Beispielsweise kann eine Grundreihe von Scheiben nur derart
bearbeitet werden, dass eine Überlappung
einer benachbarten Scheibe in der Grundreihe erlaubt wird, d.h.,
dass die Scheiben beispielsweise nur einen rechten bearbeiteten
Platz (bei einer Auslegung von links nach rechts) aufweisen; da
keine andere Scheibe die Scheiben in der Grundreihe überlappt, werden
dadurch dünne
Stellen in der Grundreihe vermieden.
-
Die 3 zeigt
ein dachziegelartig angeordnetes Muster von Scheiben 52,
die mit einer Unterlage 80 verbunden sind. Wie bereits
erörtert
wurde, kann die Unterlage 80 ein mit Klebstoff imprägnierter Polyethylenfaserstoff
oder Aramidfaserstoff sein. Geeignete Stoffe umfassen den Stoff,
der unter der Marke SPECTRA® von AlliedSignal in Morristown,
New Jersey, TWARON® microfiliment von Akzo-Nobel
in Blacklawn, Georgia, vertrieben wird, SB31 und SB2, der unter
der Marke DYNEEMA von DSM in Holland vertrieben wird, PBO, der unter
der Marke ZYLON® von
Toyobo in Tokio, Japan, KEVLAR® oder PTOTERA® von
E.I. Dupont de Nemours & Company
in Chattanooga, Tennessee, vertrieben wird.
-
Einige
geeignete Unterlagen sind mit einer aggressiven Klebstoffschicht
verfügbar,
die von einer Abziehfolie abgedeckt ist. Wenn der Klebstoff aggressiv
sein soll, so ist es ferner wichtig, dass der einmal aufgebrachte
Klebstoff flexibel bleibt, um eine Trennung der Scheiben von der
Unterlage bei einem Projektileinschlag zu vermindern. Die Unterlage
einer gewünschten
Größe kann
zugeschnitten werden, und die Abziehfolie kann abgezogen werden,
um die Klebstoffoberfläche
freizulegen. Die Scheibe kann dann unmittelbar auf den Klebstoff
aufgelegt werden, der die Scheiben zueinander in Position hält. Da die Unterlage
flexibel ist und sich die Scheiben um ihre Schnittlinien biegen,
ist die kombinierte Einheit flexibel. Alternativ kann das Muster
ausgelegt werden und dann die Unterlage von oben aufgeklebt werden.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, besteht der nächste Schritt darin, eine weitere
Schicht dieser klebstoffbeschichteten, flexiblen Unterlage auf die
andere Seite der mit der Hand ausgelegten Scheiben zu kleben, um
diese in einer flexiblen Position festzuhalten, die sich nicht ändert, wenn
das Paneel derart gebogen wird, dass, obwohl jede Scheibe sich von
der benachbarten Scheibe wegdreht, die tatsächliche Position jeder Scheibe
im Wesentlichen an derselben Stelle bleibt, an der sie ausgelegt
worden ist. Diese zweite klebende Stoffschicht für die Umhüllung des dachziegelartig angeord neten
Musters sorgt für
ein weiteres Stehvermögen,
wobei die Gefahr vermindert wird, dass sich eine Scheibe verschiebt
und damit der Körperschutzpanzer
fehlerhaft arbeitet.
-
Die
NIJ-Vorschrift legt verschiedene Bedrohungsgrade fest. Ein Bedrohungsgrad
drei besteht in einem Metallmantelgeschoss mit einer Größe von 7,62×51mm und
einer Korngröße von 150,
das mit einer Geschwindigkeit von 823,5–854m/s (2700–2800 Fuß/Sekunde)
fliegt. Es ist festgestellt worden, dass die oben beschriebene Erfindung
dem Bedrohungsgrad 3 und allen darunter liegenden Bedrohungsgraden
standhält.
Zusätzliche
Schichten aus Material mit einer klebstoffbeschichteten Unterlage
können
zu beiden Seiten in einem beliebigen Verhältnis (d.h., dass es im Sinne
und in der Absicht der Erfindung liegt, mehr Unterlagenschichten
auf der einen Seite der Platte als auf der anderen Seite vorzusehen)
in vielen Schichten zugefügt
werden, um verschiedene Eigenschaftskriterien zu erfüllen. In
einigen Situationen ist es von Vorteil, wenn die Scheiben sich während des
Projektileinschlags etwas bewegen, während es in anderen Situationen
erwünscht
ist, wenn die Scheibe an ihrem Platz möglichst festgehalten wird.
-
Bei
einer alternativen Ausführung
der Erfindung ist eine „trockene", hochzugfeste, flexible
Unterlage vorgesehen. Sie wird dann mit einem flexiblen Bindungsmittel,
beispielsweise einem Silikon-Elastomer-Kunstharz, beschichtet. Die
Scheiben können dann
ausgelegt werden, wie es schon beschrieben wurde. Das Bindungsmittel
ist dann derart ausgebildet, dass es die relativen Positionen der
Scheiben in flexibler Weise aufrecht erhält. Eine in ähnlicher
Weise beschichtete Schicht kann verwendet werden, um die Platte
von der entgegengesetzten Seite zu bedecken und in Form eines Sandwichs
einzuhüllen.
Auch im Sinne und in der Absicht der Erfindung ist es, eine Schicht
mit einem flexiblen Bindungsmittel zu verwenden, wobei eine Deckschicht
die bereits beschriebene Abzieh- und Klebungsmodalität aufweist. Der
hier verwendete Begriff „klebstoffimprägnierte Unterlage" bezieht sich auf
ein geeignetes, flexibles, hochzugfestes Material mit einem Klebstoff,
der auf einer Seite aufgebracht ist, wobei dieses Material entweder
zusammen mit dem aufgebrachten Klebstoff kommerziell verfügbar ist
oder nachträglich
mit Klebstoff beschichtet wird, wie es oben beschrieben wurde.
-
Bei
einer weiteren Ausführung
wird eine klebstoffbeschichtete Unterlage dadurch geschaffen, dass
entweder das oben beschriebene Verfahren angewandt wird oder dass
die einhüllende
Schicht keinen Klebstoff aufweist und nur mit dem Umfangsrand der
Platte an der Unterlage befestigt ist. Dadurch wird die Standfestigkeit
der Scheibe im Vergleich mit der Sandwich-Form, der Anordnung der
Platte zwischen den Klebstoffschichten, etwas herabgesetzt. Daher wird
diese Konfiguration nicht so viele Treffer überleben, und die am Umfangsrand
befestigte Frontschicht dient hauptsächlich als Splitterschutz.
-
Die 5 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Scheibe gemäß einer zweiten alternativen
Ausführung
der Erfindung. Bei dieser Ausführung
wird eine flache Scheibe in der normalen Weise angefertigt und dann
um eine Achse leicht gebogen, die den Bogen des mittleren bearbeiteten
Platzes in zwei Abschnitte teilt. Die Biegung liegt typischerweise
in einem Bereich von 2°–15° in Bezug
zur Horizontalen, wobei der Biegungsgrad von den Abmessungen und der
Krümmung
derjenigen Fläche
abhängt,
die vom Körperschutzpanzer
geschützt
werden soll. Diese Ausführung
ist dort sehr geeignet, wo große
Scheiben mit beispielsweise einem Radius von 50,8mm (2 Zoll) mit
der leichten Krümmung
verwendet werden, so dass die Scheiben besser an die Konturen des Körper angepasst
werden können.
Dies ist mit großen
Scheiben deshalb erwünscht,
weil die großen Scheiben
mit verminderter Flexibilität
der Gesamtanordnung verbunden sind. Deshalb ist es vom Komfortstandpunkt
erwünscht,
eine derartig gebogene Scheibe zu schaffen, die an die Körperkontur
und bewegung angepasst ist. Bei Scheiben mit einem Radius von 25,4mm
(1 Zoll) oder weniger wird eine solche Scheibenkrümmung für unnötig und
unerwünscht
gehalten. Die 6 stellt einen Querschnitt durch
die Scheibenausführung
der 5 dar.
-
Die 7 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Scheibe gemäß einer zweiten alternativen
Ausführung
der Erfindung. Bei dieser Ausführung
ist die Scheibe so ausgebildet, wie es oben beschrieben ist. Nach
der Abtragungsbearbeitung, jedoch vor der Auslegung wird eine Presse
verwendet, die der Scheibe auf der Rückseite eine konkave Form und auf
der bearbeiteten Vorderseite eine konvexe Form gibt. Die 8 zeigt
einen Querschnitt durch die Scheibe der Ausführung der 7.
In diesem Querschnitt ist die konkave Form klar ersichtlich. Diese Scheibenausführung kann
verbesserte Seitenablenkungseigenschaften gegenüber der flachen Scheibe haben
und kann auch den Komfort für
einige Benutzer verbessern.
-
Die 9 zeigt
eine Vorderansicht einer Ausführung
eines Körperschutzpanzers,
der bei einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung getragen wird. Der Körperschutzpanzer 110 bedeckt
den Rumpf eines Benutzers und ist derart ausgebildet, dass er lebenswichtige
Bereiche vor Hochgeschwindigkeitsprojektilen schützt. Lappen 120 des
Körperschutzpanzers
erstrecken sich um den Benutzerkörper,
um den Schutz auf die Benutzerseiten zu erweitern. Bei einer Ausführung des
Körperschutzpanzers wickelt
sich dieser um ein Segment des Benutzers, beispielsweise um den
Rumpf, so dass ein im Wesentlichen gleichmäßiger Panzerschutz in einem
Hüllenumfang
erreicht wird.
-
Die 10 zeigt
eine Teilfrontansicht einer Ausführung
des Körperschutzpanzers.
Scheiben 152 sind in einem dachziegelartig angeordneten
Muster ausgelegt und bedecken lebenswichtige Bereiche, auf denen
der Körperschutzpanzer
getragen wird. Im Gegensatz zu den bekannten, festen Platten mit
einer Größe von jeweils
100× 120
mm kann sich das dachziegelartig angeordnete Muster um die Körperkonturen
biegen; das Muster ist deshalb komfortabler und schützt auch
besser. Jede Scheibe 152 besteht aus einem hochharten Material.
Bei einer Ausführung ist
jede Scheibe wie ein Diskus mit einer Maximalstärke in der Mitte der Scheibe
und mit einer Abnahme der Stärke
zu den Außenkanten
hin geformt, wobei ein oder mehrere nach unten geneigte Flächensegmente
vorgesehen sind. Bei einer Ausführung nimmt
die Stärke
der diskusartigen Scheibe in einem gleichmäßigen nach unten geneigten
Gefälle
von der Mitte zur Außenkante
ab. Bei einer weiteren Ausführung
weist die diskusartige Form einen Innenumfang auf, innerhalb dem
die Scheibe gleichmäßig stark
ist und von dem aus die Stärke
bis zur Umfangskante der Scheibe gleichmäßig nach unten abnimmt.
-
Typischerweise
beträgt
die Kantenstärke etwa
die Hälfte
der Stärke
in der Mitte. Wenn solche Scheiben in dem dachziegelartig angeordneten
Muster ausgelegt werden, zeigen sie ein Drehvermögen, das eine in der Größenordnung
von 60% größere Flexibilität als die
Metallplatten oder die bekannten Scheibenanordnungen erlaubt. Viele
dafür geeignete Keramikmaterialien
sind vorhanden, die auch ein verhältnismäßig geringeres Gewicht als
die Scheiben aus Stahl oder anderen hochharten Metallen aufweisen.
-
Die
der Diskusform innewohnende, konische Ausbildung der Scheiben einer
Ausführung
der Erfindung macht die Scheibenoberfläche uneben und bildet ein Gefälle, das
die Projektile im Gegensatz zu einer gleichmäßig flachen, ebenen Fläche abprallen lässt. In
dieser Hinsicht kann das keramische Verbundmaterial zu einer homogenen,
geschossabweisenden Diskusform leichter und billiger als eine Metallscheibe
gesintert und/oder geschmolzen werden, die entweder abgedreht oder
mit Werkzeugen bearbeitet werden muss, um eine ähnliche, konische Diskusform
zu gewinnen. Diskusartige Metallscheiben liegen jedoch im Sinne
und in der Absicht der Erfindung.
-
Der
Gesamtkörperschutzpanzer
bleibt durch eine geeignete Auslegung der Scheiben in einem dachziegelartig
angeordneten Muster flexibel und bietet auch einen guten Schutz
gegen Hochgeschwindigkeitsprojektile.
-
Ferner
erlaubt das geringere Gewicht und die größere Flexibilität des keramischen
Verbundstoffs im Vergleich mit dem bekannten Schutz gegen Hochgeschwindigkeitsprojektile
eine größere Beweglichkeit
und einen größeren Bewegungsbereich durch
den Benutzer. Beispielsweise können
Körperschutzpanzerwesten,
die mit keramischen Scheiben versehen sind, die in einem dachziegelartig
angeordnete Muster verlegt sind und die gegen harte Geschosse schützen sowie
bruchzäh
ausgebildet sind, voll um ein Segment des Benutzers, beispielsweise um
den Rumpf, gewickelt werden, so dass der Scheibenschutz bis zu 360° um den Benutzer
erhöht
wird. Das leichtere Keramikmaterial vermeidet auch die erklärte, negative
Tragfähigkeit
von hochharten Scheiben oder Platten, die für die bekannten Körperschutzpanzer
typisch sind. Dies gilt für
die Benutzung beim Klettern oder Schwimmen, also in einem Bereich,
in dem die bekannten Körperschutzpanzer
nicht geeignet sind.
-
Zum
Anordnen des dachziegelartigen Musters werden die Scheiben bei dieser
Ausführung
von links nach rechts ausgelegt. Jede folgende Reihe wird ebenso
von links nach rechts ausgelegt. Es ist festgestellt worden, dass
ein Wechsel von links nach rechts und dann von rechts nach links
eine Schwäche
im sich ergebenden Muster erzeugt, die oft Fehler verursacht. Die
Scheiben in jeder Reihe bilden eine im Wesentlichen gerade, horizontale
Linie. Wegen der Scheibenüberlappung
weist jede Scheibe ein leichtes Gefälle gegenüber einer Linie auf, die zur
horizontalen Auslegungsfläche
senkrecht steht. Bei einer Ausführung
ergänzt
dieses leichte Gefälle
der Scheiben deren geneigte Diskusform, um die Wahrscheinlichkeit
der Einschlagabweisung zu erhöhen.
-
Nachdem
die Scheiben von links nach rechts und von oben nach unten ausgelegt
und zwischen zwei Klebstoffschichten eingebettet worden sind, wird
das ganze Muster für
die Anordnung am Körperschutzpanzer
gewendet. Es ist festgestellt worden, dass der Hauptteil der Einschläge an einer
unteren Geschossbahn ankommen. Daher ist es erwünscht, dass jede Scheibenreihe
die unter dieser liegenden Reihe überlappt, wenn der Körperschutzpanzer
getragen wird. Es liegt jedoch im Sinn und in der Absicht der Erfindung,
die Scheiben in einer alternativen Reihenfolge auszulegen, beispielsweise
von rechts nach links und von unten nach oben. Ebenfalls beabsichtigt
ist, dass das Wenden des dachziegelartig angeordneten Musters im
Verlauf des Anordnens des Körperschutzpanzers
derart erfolgen kann, dass jede Reihe die Reihe über dieser überlappt.
-
Eine
Anzahl der möglichen
Keramikverbundstoffe haben sich zur Verwendung als hochharte Materialien
für die
Scheiben als geeignet erwiesen. Diese Keramikverbundstoffe umfassen
faserverstärkte Keramiken,
die unter der Marke SINTOX® FA und DERANOX® von
der Firma Morgan Matro, Ltd., in Bedforshire, England, vertrieben
werden. Insbesondere hat sich der Aluminiumoxid-Keramikverbundstoff
der Marke SINTOX® FA und der Keramikverbundstoff
D995L der Marke DURANOX® für einen zirkoniumoxidgehärteten Aluminiumoxid-Keramikverbundstoff,
der aus etwa 88 Gew.-% Aluminiumoxid und etwa 12 Gew.% transformationsgehärtetem Zirkoniumoxid
(TTZ) besteht, als geeignet für
den Keramikverbundstoff erwiesen.
-
Während auf
Aluminiumoxid basierende Verbundstoffe bevorzugt werden, können auch
andere Grundstoffe verwendet werden, um Keramikverbundstoffe zu
bilden, beispielsweise Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Kalziumzirkonat,
Magnesiumzirkonat, Silikonkarbide und Borkarbide. Wie erwähnt sind
diese potentiellen Grundstoffe nicht auf Oxidkeramiken beschränkt, sondern
können
auch bei gemischten Oxiden, Nicht oxiden, Silikaten und auch als
MICATHERM®-Keramiken
(diese Marke ist für
anorganische, thermoplastische Materialien bestimmt, die von der
Firma Morgan Matroc, Ltd., in Bedforshire, England, vertrieben werden)
angewendet werden.
-
Geeignete
Keramikverbundstoffe weisen eine verhältnismäßig große Härte und Bruchfestigkeit auf.
Typischerweise beträgt
die Härte
dieser Materialien etwa 12Gpa und die Bruchfestigkeit mindestens
3,5MPa m1/2, damit der Körperschutzpanzer dem Bedrohungsgrad
3 widerstehen kann, wie er durch das National Institute of Justice
(NIJ) definiert wurde. Ein Bedrohungsgrad 3 betrifft ein 150-Korn-Vollmetallmantelgeschoss
der Größe 7,62×51 mm,
das mit einer Geschwindigkeit von 823,5–854cm/s (2700–2800 Fuß/s) fliegt.
Schließlich hängen die
Härte-
und Bruchfestigkeitsgrade vom Typ des verwendeten Keramikverbundstoffs
ab. Für beispielhafte
Ausführungen
gemäß der vorliegenden Erfindung,
die Aluminiumoxidgrundstoffe verwenden, beträgt die Bruchfestigkeit für Aluminiumoxid
3,8MPa m1/2 und für zirkoniumoxidgehärtetes Aluminiumoxid 4,5MPa
m1/2. Die Härte für Aluminiumoxid liegt etwa im
Bereich von 12–15GPa
und für
zirkoniumoxidgehärtetes
Aluminiumoxid bei etwa 15GPa.
-
In
bestimmten Fällen
können
die verwendeten Keramiken durch den Zusatz eines Festigungsmittels,
beispielsweise eines härtenden
Metalloxids, ergänzt
werden. Bei einer Ausführung
wird TTZ zum Aluminiumoxid-Grundstoff hinzugefügt. Das Zufügen von Metalloxiden erhöht die Widerstandskraft
des sich ergebenden Keramikverbundstoffs und widersteht dem Lösen der
Scheibe bei einem Projektileinschlag. Für auf Aluminiumoxid basierende
Keramikverbundstoffe liegt der Bereich des TTZ-Gewichtsprozentsatzes für geeignete
Bedrohungsgrad-Keramiken zwischen 0,05% und 20%. Bei einer Ausführung liegt
der TTZ-Gewichtsprozentsatz für
den Aluminiumoxidgrundstoff bei etwa 12% des Verbundstoffs.
-
Die
Keramiken werden in bekannter Weise gemischt. Verfahren zum Sintern
und Gießen
einschließlich
zum Spritzgießen
der Scheibe sind ebenfalls bekannt. Bei ei ner Ausführung können die Scheiben
spritzgegossen und dann in die gewünschte Form gepresst werden.
Wenn die Scheiben geformt sind, werden bestimmte Ausführungen
der Scheiben mit einem Rückhaltewickelmaterial
umhüllt.
Dieses Material sorgt für
eine größere Unversehrtheit
der Scheibe und erhöht
die Bruchfestigkeit und damit die Fähigkeit der Scheibe, den Stoß der Projektileinschläge ohne
Lösung
der Scheibe zu absorbieren. Bei einer Ausführung besteht das Wickelgut
aus einer Glasfaser, die durch eine klebende Unterlage angeklebt
ist. Geeignete Glasfasermaterialien umfassen das E-Glas und das
S2-Glas, die von der Firma Owens Corning Fiberglas Technology, Inc., in
Summit, Illinois, vertrieben werden. Geeignete Klebstoffe umfassen
modifiziertes Epoxidharz. Das Rückhaltewickelgut
und die Epoxidharzunterlage können
auf die Scheibe durch ein Überdruckdampfverfahren
oder in einer anderen bekannten Weise aufgebracht werden. Die Festigkeit,
Kohäsion
und Aufbauintegrität
können
auch dadurch erzielt werden, dass die Scheibenoberfläche mit
Aramidfasern, die auf einer Klebstoffunterlage ausgelegt oder über Kreuz
auf dieser ausgelegt werden, bedeckt werden.
-
Typischerweise
weist die Scheibe 152 einen Radius von 12,7–25,4mm
(0,5–1
Zoll) auf. Größere Radien
vermindern die Flexibilität,
doch auch die Herstellungskosten. Bei einer gängigen Ausführung wird ein Radius von 25,4mm
(1 Zoll) verwendet. Jede Scheibe verjüngt sich in ihrer Stärke, die
sich zwischen ihrem Mittelbereich (in dem die Stärke ein Maximum hat) und ihrem
Randbereich (in dem die Stärke
ein Minimum hat) verändert.
Die Maximalstärke und
die Minimalstärke ändern sich
mit dem zu schützenden
Bedrohungsgrad. Wenn beispielsweise ein Hochgeschwindigkitsgewehrprojektil
abgewehrt werden soll, kann eine Maximalstärke von 9,53mm (3/8 Zoll) in
der Mitte verwendet werden, wobei diese Maximalstärke zum
Rand hin auf eine Minimalstärke
von 3,51 mm (3/20 Zoll) abnimmt. Ein Niedriggeschwindigkeitsgewehreinschlag
(oder ein Hochgeschwindigkeitspistoleneinschlag) erfordert nur eine
Stärke, die
zwischen der Maximalstärke
von 3,18 mm (1/8 Zoll) und der Minimalstärke von 2,54 mm (1/10 Zoll) liegt.
Bei einer Ausführung
weisen die diskusartigen Scheiben eine Mittelstärke von etwa 6,36 mm (1/4 Zoll)
und eine Kantenstärke
von 3,18mm (1/8 Zoll) auf.
-
Es
ist festgestellt worden, dass die Überlappung des dachziegelartig
angeordneten Musters die Kraft eines Hochgeschwindigkeitsprojektileinschlags auf
die benachbarten Scheiben wirksam verteilt, wobei ein Eindringen
und eine Rückseitenverformung vermieden
werden. Wegen der leichten Schräge
jeder überlappenden
Scheibe im dachziegelartig angeordneten Muster ist ferner ein senkrechter
Einschlag sehr unwahrscheinlich, und ein Teil der Energie wird durch
elastische Verformung absorbiert. Bei der Diskusausführung macht
die Stärkeabnahme,
die eine nicht ebene, geneigte Fläche zur Folge hat, einen senkrechten
Einschlag außerordentlich
unwahrscheinlich.
-
Die 11 zeigt
ein dachziegelartig angeordnetes Muster von Scheiben 152,
die mit einer Unterlage verbunden sind. Wie bereits erörtert wurde, kann
die Unterlage ein klebstoffimprägniertes
Polyethylen- oder Aramidfaserstoff sein. Dieselben oben erörterten
Stoffe sind für
die Verwendung von Keramikscheiben geeignet. Die Auslegung auf den
Klebstoffunterlagen geht ebenfalls in analoger Weise vor sich.
-
Die 12 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Scheibe. Bei dieser Ausführung weist
die Scheibe eine Diskusform mit sich ändernder Stärke auf, nämlich eine Stärke von
6,35mm (1/4 Zoll) in der Mitte und eine zur Scheibenumfangskante
hin gleichmäßig abnehmende
Stärke
bis 3,19mm (1/8 Zoll). Bei einem dachziegelartig angeordneten Muster überlappen
sich die Kanten von benachbarten Scheiben, wobei Bereiche bezeichnender
Stärke
gebildet werden, die viele Scheibenschichten aufweisen. Gewöhnlich überlappt
dieses Muster nicht die Mitte oder den stärksten Bereich der Scheibe.
Daher wird ein das Scheibenmuster an irgendeinem Punkt treffendes Projektil
entweder eine einzelne Scheibe in der Nähe des stärksten Bereichs oder mindestens
ebenso starke, wenn nicht stärkere,
vielschichtige Scheiben als der stärkste Bereich der einzelnen
Scheibe einschlagen. Ferner verhindert das Gefälle der Diskusform zwischen
Bereichen sich ändernder
Stärke
jeden senkrechten Projektileinschiag.
-
Die 13 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Scheibe nach der Anwendung einer
Rückhalteumwicklung.
Wie bereits erwähnt
wurde, kann diese Umwicklung mit Glasfasern oder mit einem Aramidfaserverbundstoff
erfolgen, der auf eine Unterlage geklebt ist, die aus einem epoxidmodifizierten Kunstharz
bestehen kann. Die Umwicklung führt
zu einer größeren Bruchfestigkeit
und Härte,
die eine Scheibenzersplitterung und -ablösung infolge eines Projektileinschlags
verhindert.
-
Die 14 zeigt
einen Querschnitt durch eine Scheibe und damit deren Diskusform.
Die Klebstoffschichten 122 und die Rückhalteumwicklung 124,
die oben erwähnt
wurden, sind erkennbar.
-
Die 15 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Scheibe anderer Ausführung der
Erfindung. Bei dieser Ausführung
erfolgt die Bildung der Scheibe, wie es oben beschrieben wurde,
doch weist sie ein anderes Gefälle
auf. Die Scheibe weist kein gleichmäßiges Gefälle auf, sondern weist im mittleren
Bereich ein stärkere
Ausbauchung mit einer Domform und im bis zur Umfangskante anschließenden Bereich
eine im Wesentlichen ebene Fläche
auf. Diese Ausführung
stattet die Scheiben mit einem Bereich aus, der eine größere Überlappungsfläche aufweist,
wobei derjenige Flächenbereich
vergrößert wird,
in dem ein Projektil viele Scheibenschichten treffen kann. Der im
Wesentlichen ebene Bereich erhöht
jedoch die Wahrscheinlichkeit eines senkrechten Einschlags. Die
mit dem Dom versehenen Scheiben können in ana loger Weise wie
die oben beschriebenen Scheiben ausgelegt und in einem Körperschutzpanzer
angeordnet werden, der somit gegen die Einschläge des Bedrohungsgrads 3 schützt.
-
Die 16 zeigt
eine Seitenansicht der in 6 gezeigten,
alternativen Ausführung.