[0001] Die Erfindung betrifft eine polyvalente Minenschutzanordnung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
[0002] Der Schutz von gepanzerten Fahrzeugen und insbesondere deren Insassen sowohl gegen
Blast- als auch gegen projektilbildende Minen gewinnt zunehmend an Bedeutung, da insbesondere
beim Einsatz in Krisengebieten mit Panzerminen gerechnet werden muss. Es ist daher
anzustreben, möglichst auch leichtere Fahrzeug-Gewichtsklassen so effizient wie möglich
gegen Minenbedrohungen zu schützen. Dies gilt nicht nur für die Entwicklung neuer
Fahrzeuge, sondern auch für die Nachrüstung bereits eingeführter Systeme.
[0003] Bei der Wirkung durch eine Minenexplosion sind vorrangig zwei Kriterien zu beachten:
zum einen die Blast- oder Druckwelle durch die Detonation des Sprengstoffs und zum
anderen die Durchschlagsleistung des bei Flachladungsminen gebildeten Projektils.
Weiterhin existieren Hohlladungsminen, wie beispielsweise die deutsche Mine AT II,
deren Durchschlagsleistung so hoch ist, dass der Fahrzeugboden einschließlich eines
eventuell aufgebrachten Minenschutzes durchschlagen wird. Daher sollte ein guter Minenschutz
gleichzeitig dazu geeignet sein, beim Durchdringen des Minenschutzes durch den HL-Strahl
einen geringen Splitterkegel zu bewirken bzw. den Splitterkegel im Bereich des Fahrzeuginnenraums
einzugrenzen.
[0004] Bei der Ansprengung des Bodenbereichs eines gepanzerten Fahrzeugs, wie beispielsweise
eines Schützen- oder Kampfpanzers, mit einer Druckmine (z.B. mit einer Sprengladung
im Bereich von 5 kg bis 10 kg TNT-Äquivalent) erfolgt aufgrund der Blastwirkung eine
dynamische Durchbiegung bzw. ein Durchschwingen des Fahrzeugbodens in einer Zeitspanne
von etwa einer Millisekunde. Die Amplitude ist dabei von der Sprengladungsmasse, dem
Abstand der Ladung von der Bodenstruktur und der Dicke des Fahrzeugbodens bzw. seiner
Masse abhängig. Bei gepanzerten Fahrzeugen liegt diese dynamische Durchbiegung üblicherweise
in der Größenordnung von 200 mm bis 300 mm. Dabei kann die Geschwindigkeit des durchschwingenden
Fahrzeugbodens Spitzenwerte von über 300 m/s erreichen. Weiterhin zieht die dynamische
Durchbiegung des Fahrzeugbodens eine entsprechende dynamische Deformation der Seitenwände
nach sich, sodass daran befestigte Geräte aus den Halterungen gerissen werden und
unkontrolliert durch den Innenraum fliegen. Technisch optimal wäre daher eine Schutzmaßnahme
gegen derartige Minenbelastungen, welche die dynamische Durchbiegung des Fahrzeugbodens
und damit auch die Belastung der Seitenwände verhindert oder zumindest ausreichend
stark begrenzt.
[0005] In der US 4,404,889 wird eine Komposit-Panzerung für gepanzerte Fahrzeuge und speziell
für den Fahrzeugboden beschrieben, die im wesentlichen aus sieben Schichten und fünf
Grundmaterialien besteht: einer äußeren Panzerstahlplatte, einer Honeycomb-Struktur,
einer dünnen Stahlfolie, einer ballistischen Schutzschicht aus Kevlar, einer zweiten
dünnen Stahlfolie, Balsaholz und einer inneren Panzerstahlplatte. Die Honeycomb-Struktur
kann dabei mit Materialien gefüllt sein, die zusätzlich das Absorptionsvermögen gegenüber
der Blastwirkung verstärken. Das Balsaholz wird bei der dynamischen Durchbiegung des
Komposit-Aufbaus infolge der Blastwirkung komprimiert und schafft somit einen Deformationsraum
für die vorgeschaltete ballistische Kevlar-Schutzschicht.
[0006] In der DE 197 34 950 C2 ist eine Minenschutzvorrichtung aus einem Schichtaufbau beschrieben,
deren Hauptbestandteil eine Strukturelementplatte ist, die in Verbindung mit den anderen
metallischen und nichtmetallischen Schichten in der Lage ist, die dynamische Durchbiegung
eines Fahrzeugbodens und seine plastische Verformung zu verringern.
[0007] Durch die DE 29 34 050 A1 ist eine Verbundplatte zur Panzerung von Fahrzeuginnenräumen
bekannt, die aus einem Aufbau aus zwei Panzerstahlplatten und einer Füllschicht aus
Hartschaum oder Holz und Zwischenschichten aus GFK gebildet ist.
[0008] Ein mehrschichtiger Aufbau ist auch in der DE-OS 22 01 637 offenbart, bei dem sich
zwischen zwei Stahlschichten ein Verbundkörper aus Stahlfaservlies und Polyurethanschaumstoff
befindet. Die Stahlfasern können dabei auch in diverse andere Kunststoffe oder Mischpolymerisate
eingebettet sein.
[0009] Als Stand der Technik ist somit davon auszugehen, dass Sandwichaufbauten aus unterschiedlichsten
Materialien und in einer Vielzahl von Anordnungen bekannt sind. Allerdings beziehen
sich diese Anordnungen allein auf die Aufgabenstellung, die Bedrohung durch eine Blastmine
abzuwehren bzw. deren Wirkung auf das gepanzerte Fahrzeug zu minimieren.
[0010] Demgegenüber beruht die Wirkung einer ebenfalls weit verbreiteten Art von Minen,
der so genannten Flachladungsmine (FL-Mine) oder Minen aus projektilbildenden Ladungen
(P-Ladungsmine) in erster Linie auf der hohen Durchschlagsleistung eines sprenggeformten
Projektils, welches sich bei der Detonation einer Mine aus der Mineneinlage bildet.
Diese Einlage besteht beispielsweise aus Weicheisen oder anderen metallischen Werkstoffen,
die eine pyrotechnische Umformung zu einem Projektil gestatten. Bei derartigen FL-Minen
oder P-Ladungsminen ist die ballistische Beaufschlagung des Fahrzeugbodens lokal ausgeprägter
als bei reinen Blastminen. Die Belastung wird dabei in erster Linie von den Abmessungen,
der Kontur und der Auftreffgeschwindigkeit des gebildeten Projektils bestimmt. Aufgrund
der sehr hohen Projektilgeschwindigkeit in der Größenordnung von 1.800 m/s bis über
2.000 m/s versagen bei derartigen Bedrohungen herkömmliche Minenschutzanordnungen,
die nur gegen die Blastbedrohung konzipiert wurden.
[0011] Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine
polyvalente Minenschutzanordnung dergestalt zu schaffen, dass die Bedrohung durch
Panzerabwehrminen sowohl mit Blast- als auch Projektilwirkung nicht nur weitgehend
kompensiert wird, sondern dass auch die verformte Zielfläche möglichst gering ist
und sowohl die dynamische Durchbiegung als auch die bleibende Beule minimiert werden.
[0012] Diese Aufgabe wird durch eine Minenschutzanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0013] Bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen Minenschutzanordnung ist der Erfinder von
den folgenden Überlegungen ausgegangen.
[0014] Ein polyvalenter Minenschutz muss grundsätzlich zwei Eigenschaften vereinen: die
durch Blastwellen verursachte Energie bzw. Impulsübertragung in die Fahrzeugstruktur
möglichst weitgehend, d.h. strukturverträglich zu kompensieren und die Durchschlagsfähigkeit
eines aus der P-Ladungseinlage gebildeten Projektils abzufangen. Dabei ist natürlich
auch beim Minenschutz davon auszugehen, dass sowohl der Energieerhaltungssatz als
auch der Impulserhaltungssatz gültig bleiben.
[0015] Obige Forderungen sind grundsätzlich mit homogenen Platten mit ideal elastischplastischem
Verhalten zu erfüllen, d.h. einer wachsenden Minenbedrohung müsste lediglich eine
zunehmende Plattendicke (Masse) bzw. Strukturfestigkeit gegenüberstehen. Der Mangel
an sich ideal verhaltenden Werkstoffen und die begrenzte Bereitstellung von Masse
bei eingeschränkter Bautiefe seitens des zu schützenden Fahrzeugs bedingen technisch/physikalisch
leistungsfähigere Lösungen, die insbesondere beim polyvalenten Minenschutz aufgrund
der unterschiedlichen Bedrohungsarten die Beherrschung komplexer endballistischer
Zusammenhänge voraussetzen. Hierbei muss auch beachtet werden, dass bei homogenen
Blechen die scheibenartige Belastung seitens P-Ladungen zu sogenannten Stanzdurchschlägen
führt, die nicht nur einen energetisch günstigen Panzerdurchschlag zulassen, sondern
grundsätzlich auch mit sehr großen Streuungen verbunden sind. Damit wäre der eigentlich
benötigten Dicke noch eine Sicherheitsmasse nachzuschalten. Da die Eindringtiefe bzw.
Durchschlagstiefe mit der Auftreffenergie der Bedrohung mindestens linear ansteigt,
scheiden homogene Lösungen entsprechend den obigen Überlegungen aus. Gleichzeitig
ist auch die Bandbreite möglicher Bedrohungen beliebig groß. Ein polyvalenter Minenschutz
muss daher auch weitgehend unabhängig von einzelnen bedrohungsspezifischen Parametern
sein. Nicht zuletzt muss ein derartiger Minenschutz auch finanzierbar, d.h. allgemein
und möglichst systemunabhängig einsetzbar sein.
[0016] Aufgrund der Massen- und Dickenbegrenzung muss ein leistungsfähiger Minenschutz also
ein der homogenen Platte überlegenes dynamisches Strukturverhalten aufweisen und gleichzeitig
die endballistische Durchschlagsleistung im Vergleich zu Panzerstahl vermindern. Zwar
sind in den letzten Jahren bei der Abwehr von KE-Penetratoren relativ hohe Massefaktoren
(Quotient der durchschlagenen äquivalenten Panzerstahl-Masse zur durchschlagenen Masse
des betrachteten Ziels) in der Größenordnung von 2 erzielt worden, die jedoch nur
eingeschränkt auf die endballistische Leistung von projektilbildenden Minen übertragen
werden können. Auf der anderen Seite handelt es sich hier um extrem kurze (scheibenartige)
Penetratoren, die insbesondere aufgrund ihrer hohen Auftreffgeschwindigkeit großflächige
dynamische Spitzenbelastungen erzeugen. Es gilt also, dem auftreffenden P-Ladungsprojektil
Geschwindigkeit zu entziehen und gleichzeitig die beaufschlagte Fläche möglichst rasch
zu vergrößern. Weiterhin sollte die zielseitige Gegenkraft möglichst lange aufrechterhalten
bleiben, um die energieabsorbierende Wirkung zu optimieren und um die Impulsübertragung
zeitlich zu strecken. Und dies alles unter der Voraussetzung einer möglichst geringen
dynamischen als auch plastischen Beule auf der Innenseite des zu schützenden Fahrzeugs.
Letztere Forderung setzt also zusätzlich zu den oben beschriebenen physikalisch/technischen
Vorgängen auch noch eine hohe rückseitige Schutzwirkung bzw. Strukturfestigkeit voraus.
[0017] Damit sind die beim Aufbau eines polyvalenten Minenschutzes zu berücksichtigenden
Kriterien definiert. Die vorliegende Erfindung setzt diese Überlegungen in technisch
besonders wirkungsvoller Weise um, indem sie den einzelnen, oben beschriebenen Schutzkriterien
grundsätzlich drei Wirkungsebenen bzw. Funktionsschichten zuweist, die den jeweiligen
technischen Vorgaben optimal anzupassen sind.
[0018] Bei der Belastung eines Fahrzeugbodens durch den Blast einer Sprengladung oder durch
das Projektil einer Flachladungsmine sind, wie oben dargelegt, die Massenträgheit
der primär belasteten oder dynamisch zugeschalteten Strukturteile, die Fortpflanzung
der Stoß- bzw. Schockbelastung, das plastische Arbeitsvermögen der einzelnen Schutzkomponenten,
der Arbeitsweg (die Durchbiegung) des Fahrzeugbodens aufgrund der hohen Dynamik der
Bewegung und die bleibende plastische Deformation die bestimmenden Parameter.
[0019] Nach den obigen Überlegungen sollte bei der Einleitung der dynamischen Belastung
bzw. unmittelbar nach dem Impact sowohl bei Blast- als auch bei P-Ladungsminen den
Wirkkomponenten der Mine (dem auftreffenden Teller bei P-Ladungsminen) grundsätzlich
eine möglichst große Masse entweder über eine entsprechende Dichte oder eine ausreichende
Dicke der zunächst beaufschlagten Materialschicht entgegenstehen.
[0020] Weiterhin ist die dynamische Zuschaltung der nachfolgenden Massen bzw. Schichten
zu beachten, die in der Regel mit der entsprechenden Wellenausbreitungsgeschwindigkeit
der beteiligten Materialien erfolgt. Eine Schlüsselrolle bei der Übertragung der Belastung
mittels Stoßwellen spielt hierbei die so genannte akustische Impedanz, das Produkt
ρ × c, mit ρ als Dichte der beteiligten Werkstoffe und c als Schallausbreitungsgeschwindigkeit.
Dabei liefert der Quotient (ρ
1×c
1 / ρ
2×c
2) eine Aussage über den zwischen zwei Schichten 1 und 2 weitergegebenen bzw. reflektierten
Energieanteil.
[0021] Nach dem Impulserhaltungssatz kann also bei einem Minenteller aus Stahl mit einer
bestimmten Dicke mittels einer Abriebschicht (erste Funktionsschicht bzw. vorderstes
Minenschutzblech) aus Stahl mit gleicher Dicke die Geschwindigkeit in etwa halbiert
werden, beispielsweise von 2.000 m/s auf 1.000 m/s. Da die Durchdringungsvorgänge
zeitlich zu strecken und eine möglichst große Flächenmasse dynamisch zuzuschalten
sind, sollte das Dickenverhältnis erste Funktionsschicht / auftreffender Minenteller
jedoch größer als 1 sein, also aufgrund fahrzeugspezifischer Vorgaben möglichst zwischen
1 und 3 liegen. Damit wird die Geschwindigkeit des nun aus dem auftreffenden Minenprojektil
und der mitbeschleunigten Masse der ersten Funktionsschicht gebildeten Gesamtprojektils
im gleichen Verhältnis herabgesetzt.
[0022] Plastische Arbeit (innere Reibung) kann entweder durch eine homogene Komponente,
z.B. eine dicke Platte mit ausreichend dynamisch-plastischem Verhalten, geleistet
werden oder mittels konstruktiver Maßnahmen. Ferner kann plastische Arbeit mittels
eines Schichtaufbaus mit delaminierenden Komponenten oder mittels eingebrachter Verformungskörper
oder auch Hohlräumen erfolgen. Diese Vorgänge werden der zentralen zweiten Funktionsschicht
zugeordnet. In ihr wird das von der vorgeschalteten ersten Funktionsschicht umgestaltete
Projektil abgefangen und dabei die eingeleitete Energie dissipiert bzw. der Impuls
zeitlich verteilt. Auf diese Weise kann die nachfolgende Stützebene (dritte Funktionsschicht)
- unter Umständen in Verbindung mit dem Fahrzeugboden - die noch vorhandene Verformungsenergie
aufnehmen.
[0023] Beim Abfangweg bzw. der belasteten Zieltiefe spielen die Zeit und der masseminimierte,
d.h. kräfteoptimierte Einsatz der beteiligten Werkstoffe die entscheidende Rolle.
Deshalb werden im Minenschutz häufig faserverstärkte Materialien insbesondere gegen
P-Ladungsminen verwendet. Dabei gilt es aber zu berücksichtigen, dass sich derartige
Stoffe ebenso wie polymere Materialien bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten dynamisch
sehr hart verhalten können. Dynamisch harte Stoffe erfahren in der Regel eine großflächigere
Zerstörung als etwa homogene Bleche aus Panzerstahl (vgl. jedoch obige Bemerkungen
zu homogenen Minenschutzaufbauten).
[0024] Die erfindungsgemäße polyvalente Minenschutzanordnung kann mit dem Fahrzeug stationär,
als sogenannte integrierte Lösung, verbunden sein. Alternativ kann sie auch als adaptierbarer
Minenschutz ausgebildet sein, der erst bei Bedarf an einem Fahrzeug befestigt wird.
Dies bietet den Vorteil, dass Fahrzeug und Minenschutzanordnung logistisch getrennt
behandelt werden können und die Fahrzeuge erst beim Einsatz in einem durch Minen gefährdeten
Gebiet mit der Minenschutzanordnung ausgerüstet werden. Eine derartige modulare, adaptive
Bauweise ermöglicht zudem eine kurzfristige Anpassung bei sich ändernden Anforderungen
oder technischen Neuentwicklungen. Der erfindungsgemäße Minenschutz kann aber auch
aus einer gemischten Anordnung, d.h. einer außen adaptierten und gleichzeitig in die
innere Fahrzeugstruktur integrierten Anordnung bestehen, um in besonderem Maße den
Gegebenheiten einer vorgegebenen Fahrzeugkonstruktion oder evtl. erforderlichen Nachrüstmaßnahmen
an existierenden Fahrzeugen gerecht zu werden.
[0025] Weitere Einzelheiten sind in der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen enthalten,
die Beispiele der Erfindung darstellen. Die Figuren zeigen nur die wesentlichen Merkmale
der Erfindung. Sie sind deshalb in stark vereinfachter Form gezeichnet. Es zeigen:
- Figur 1
- einen schematisierten Gesamtüberblick;
- Figur 2
- einen Schnitt durch eine grundsätzliche Minenschutzanordnung gemäß der Erfindung;
- Figur 3
- die Funktionsweise der polyvalenten Minenschutzanordnung;
- Figur 4
- einen Schnitt durch eine Minenschutzanordnung als adaptierte Anordnung;
- Figur
- 5 einen Schnitt durch eine Minenschutzanordnung als integriert/adaptierte Anordnung;
- Figur 6
- einen Schnitt durch eine Minenschutzanordnung mit dem Fahrzeugwannenboden als dritter
Funktionsschicht;
- Figur 7
- einen Schnitt durch eine aufgespaltete Minenschutzanordnung.
[0026] Figur 1 zeigt einen stark vereinfachten Aufbau des Minenschutzes mit den entsprechenden
Bedrohungen. Dargestellt ist ein Fahrzeugboden 1 als Beispiel einer der Bedrohung
durch die Minen zugewandten Wandung eines zu schützenden Objekts, mit einer vorgeschalteten
Minenschutzanordnung 2. Diese wird durch die Blastwelle 5 und/oder das P-Ladungsprojektil
6 beaufschlagt, die von unter einer Oberfläche (Boden) 3 liegenden P-Ladungs- oder
Blast-Bedrohung 4 verursacht werden. Die Pfeile 7 und 8 symbolisieren die Ausbreitung
der Bedrohung 5 bzw. 6.
[0027] In Figur 2 ist die erfindungsgemäße Minenschutzanordnung gegen beide Bedrohungsarten
Blast- und P-Ladungsmine in ihrem prinzipiellen Aufbau dargestellt. Die erste Funktionsschicht
9 auf der Belastungsseite, d.h. die äußere und damit der Mine zugewandte Wand der
Minenschutzanordnung 2 besteht beispielsweise aus einem Stahlblech. Diese erste Funktionsschicht
9 ist mindestens so zu wählen, wie es die Systemvorgaben für den Fahrzeugboden beispielsweise
gegen Steinschlag oder Abrieb erfordern. Ausreichend hierfür wären Wandstärken von
4 mm bis 6 mm Panzerstahl bei einer Härte von 400 bis 500 HB. Gleichzeitig erfüllt
die erste Funktionsschicht jedoch eine für die Schutzwirkung der gesamten Minenschutzanordnung
wichtige Funktion der Geschwindigkeitsreduzierung (vgl. hierzu obige Bemerkungen).
Selbstverständlich kommen hierfür auch andere hochfeste Materialien in Frage. Es ist
jedoch davon auszugehen, dass hochwertige Bleche aus Panzerstahl hier das beste Kosten/Leistungsverhältnis
erbringen. Allgemein sollte die erste Funktionsschicht 9 aus einem Panzerstahlblech
oder einer hochfesten Metalllegierung mit einer Dicke von mindestens der stahläquivalenten
Dicke der Einlage der projektilbildenden Mine 4, vorzugsweise von 4 mm bis 12 mm,
bestehen.
[0028] In Figur 3 ist die Wirkungsweise einer zentralen zweiten Funktionsschicht 10 und
der diese einschließenden ersten und dritten Funktionsschichten 9 und 11 (in Verbindung
mit dem Fahrzeugboden 1) für den Fall einer Bedrohung mittels eines P-Ladungsprojektils
dargestellt. Durch das Mitbeschleunigen des Plattenabschnitts 15 der als Erosions-
bzw. Abriebschicht dienenden ersten Funktionsschicht 9 seitens des Projektils 6 wird
die durch den mittels des symbolisierten Bewegungspfeils 8 (Fig. 2) dargestellte Energie
vermindert und gleichzeitig radial ausgeweitet (symbolisiert durch die Pfeile 8A).
Gleichzeitig breitet sich in der zweiten Funktionsschicht 10 ein Druckfeld aus (Pfeile
8B), welches die Energie an die radiale Umgebung und die nachfolgende dritte Funktionssschicht
11 (abzüglich des in der zweiten Funktionsschicht 10 zum betrachteten Zeitpunkt aufgezehrten
Energieanteils) weitergibt. Nach dem Prinzip
actio gleich
reactio werden auf die eindringenden Körper etwa gleiche Verzögerungskräfte ausgeübt. Die
Pfeile 16 symbolisieren die dynamisch/mechanische Gegenkraft der dritten Funktionsschicht
11, eventuell verstärkt durch die Stützkraft des Bodens 1.
[0029] In einer weiteren Ausgestaltung eines Minenschutzaufbaus entsprechend der Erfindung
können die Schichten 12, 13 zwischen den Funktionsschichten 9, 10 und 11 auch als
Gleitebenen 12A, 13A ausgebildet sein. Derartige Gleitebenen oder Gleitschichten werden
entweder durch einfaches Aneinanderlegen der Ebenen oder mittels eingebrachter, ein
Gleiten unterstützender Stoffe realisiert.
[0030] In der mittleren zweiten Funktionsschicht 10 erfolgt das eigentliche endballistische
Abfangen des P-Ladungsprojektils bzw. des Blastes. Sie ist daher als zentrale Funktionsschicht
gegen die Wirkungsweise der P-Ladung zu betrachten. Diese zweite Funktionsschicht
10 besteht aus einem Material, das unter hoher dynamischer Belastung plastisch fließ-
bzw. mechanisch erosionsfähig bleibt, also optimale endballistische Schutzleistungseigenschaften
aufweist. Solche Materialien können beispielsweise Metalle oder Metalllegierungen
sein. Sie können aber auch von Olefinen, Ölen, Fetten oder Wachs gebildet werden.
Aufgrund der geschilderten Eigenschaft dieser zweiten Funktionsschicht 10 und ihrer
relativ geringen Dichte kommen hierfür auch Thermoplaste oder Elastomere (z.B. Nylon,
PC, PE, PP, Teflon, Gummi bzw. Polymere), faserverstärkte Materialien oder amorphe
Stoffe wie z.B. Glas in Frage. Bei den letzen beiden Materialien kann nach erfolgter
Projektilbelastung bzw. Abbremsung mittels Zerlegung oder Delamination Energie im
Ziel abgebaut werden (vgl. hierzu aber obige Bemerkung bzgl. der dynamischen Härte
derartiger Stoffe).
[0031] Für die zweite Funktionsschicht 10 sind grundsätzlich auch metallische Schichten
aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, Weicheisen, Kupfer bis hin zu Tantal geeignet.
Gegossene Werkstoffe können aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften bezüglich Dämpfung
und Gleitverhalten ebenfalls für die zweite Funktionsschicht 10 interessant sein.
Weiterhin können durch Einbringung von speziellen Körpern (z.B. Hohlkugeln oder plastische
Arbeit leistende Körper) in die Materialien der zweiten Funktionsschicht 10 die schockdämpfenden
bzw. stoßwellendissipierenden Eigenschaften noch verbessert werden. Zur Vervollständigung
soll noch erwähnt werden, dass die zweite Funktionsschicht 10 auch mehrschichtig aufgebaut
und auch z.B. aus einer Kombination der oben aufgeführten Materialien gebildet werden
kann.
[0032] Zwischen der ersten und der zweiten Funktionsschicht 9 und 10 kann sich eine Flächenverbindungsschicht
12 befinden. Diese ist sowohl in der Lage, die Funktionsschichten so zu verbinden,
dass während der dynamischen Durchbiegung diese Funktionsschichten miteinander verbunden
bleiben, als auch für eine Dämpfung der Blastwirkung entsprechend den obigen Ausführungen
zu sorgen und den Stanzeffekt des Projektils zu unterbinden. Als vorteilhaft bezüglich
der Haftung während der Minenbeaufschlagung hat sich eine Gummischicht 12 erwiesen,
wobei die Verbindung der einzelnen Funktionsschichten (hier 9 und 10) durch Vulkanisation
eines speziellen CR-Kautschuks erfolgt. Durch diese Flächenverbindungsschicht 12 können
bei hoher dynamischer Belastung große seitliche Zugkräfte, die infolge der Durchbiegung
der einzelnen Funktionsschichten entstehen, aufgenommen und damit der Zielmasse lateral
dynamisch zugeschaltet werden. Generell erlauben polymere Werkstoffe als Verbindungsschicht
12 infolge ihrer mannigfaltigen Rezeptureigenschaften ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit
an die jeweilige Struktur. Geeignet für diese Verbindungsschicht 12 sind jedoch auch
andere Kunststoffe wie z.B. Thermoplaste. Es ist auch denkbar, die Verbindungsschicht
12 aus dünnen metallischen oder nichtmetallischen Schichten/Folien zu fertigen, die
ein besonders günstiges Impedanzverhalten aufweisen.
[0033] Die zweite Funktionsschicht 10 erfüllt somit primär die Aufgabe, das Durchstanzen
oder Durchschlagen des Minenschutzes durch das FL-Projektil zu verhindern und die
belastete Fläche möglichst weiter zu vergrößern. Sie verteilt aufgrund ihrer Fließfähigkeit
insbesondere bei hochdynamischer Belastung, d.h. im Geschwindigkeitsbereich des P-Ladungsprojektils
einschließlich mitbeschleunigter Zielmasse von 1.000 m/s bis 500 m/s, die Last auf
eine noch größere Fläche. Dies ist mit einem weiteren Abbau der Durchdringungsgeschwindigkeit
verbunden.
[0034] Nach der ersten und der zweiten Funktionsschicht 9 und 10 (mit den Verbindungsschichten
12 und 13 bzw. 12A und 13A) ist eine als Stützschicht bzw. weitere Energiekompensationsschicht
dienende dritte Funktionsschicht 11 angeordnet (vgl. obige Erläuterungen). Hierbei
spielen die Masse, die Härte und die dynamisch-mechanischen Eigenschaften des Materials
eine entscheidende Rolle für die nachfolgende Beulenbildung. Die dritte Funktionsschicht
wird vorzugsweise aus Panzerstahl oder hochfesten Metalllegierungen gebildet und stellt
den fahrzeugseitigen Abschluss der erfindungsgemäßen Minenschutzanordnung dar.
[0035] Zwischen der zweiten und der dritten Funktionsschicht 10 und 11 kann eine zweite
Verbindungsschicht 13 angeordnet sein, die eine gleichartige Funktion wie die Verbindungsschicht
12 übernimmt. Dies wäre beispielsweise erforderlich, wenn die Minenschutzanordnung
als adaptiertes Sandwich hergestellt werden soll (Verbindungsschicht zur nachfolgenden
dritten Funktionsschicht 11). Es kann sich unter Umständen als zweckmäßig erweisen,
die beiden und ggf. weitere Zugflächen-Verbindungsschichten 12, 13 mit unterschiedlichen
Materialien und Wandstärken auszuführen, je nachdem, ob der Dämpfung oder der Kraftübertragung
in der jeweiligen Verbindungsschicht die größere Rolle zugeordnet wird. Weiterhin
können die Verbindungsschichten 12A und 13A alternativ von Werkstoffen mit guten Gleiteigenschaften
gebildet werden, um die Dissipation in der Funktionsschicht zu unterstützen.
[0036] Bestimmend für die Leistungsfähigkeit eines polyvalenten Aufbaus der Minenschutzanordnung
ist aufgrund der vorgegebenen Belastung (z.B. 8 kg TNT-Äquivalent) die notwendige
stahläquivalente Masse. In dieser Masse kann die fahrzeugseitig vorgegebene Bodenstruktur
1 zumindest teilweise enthalten sein. Aufgrund von experimentellen Leistungswerten
konnten für Minenschutzanordnungen 2 der erfindungsgemäßen Bauweise deutliche Vorteile
gegenüber den bisher verwendeten und noch in der Entwicklung befindlichen, gegen Blast
optimierten Minenschutzanordnungen festgestellt werden. So konnten bei entsprechenden
Experimenten mit außen angebrachten (adaptierten) Minenschutzaufbauten beide Bedrohungen
mit vergleichbaren dynamischen Werten für die Durchbiegung und Bewegung des Fahrzeugbodens
mit um den Faktor 1,5 bis 1,8 geringeren Gesamtschutzmassen gegenüber einer reinen
Stahllösung abgewehrt werden.
[0037] Auch eine Erhöhung der Bedrohung durch Flachladungsminen, beispielsweise durch leistungsgesteigerte
Minen vom Typ TMRP 6 mit höherer Projektilgeschwindigkeit, lässt sich durch eine entsprechende
Optimierung der erfindungsgemäßen Minenschutzanordnung 2, insbesondere der zweiten
Funktionsschicht 10, mit relativ geringem Massezuwachs abwehren. Dies ist mit herkömmlichen
Bauweisen im Rahmen der Gewichtslimits gepanzerter Fahrzeuge nicht zu erreichen.
[0038] Figur 4 zeigt in Ergänzung zu Figur 2 einen Schnitt durch eine an den Fahrzeugboden
1 adaptierte Minenschutzanordnung 2. Die Verbindungsfläche 14 zwischen der Minenschutzanordnung
und dem Fahrzeugboden 1 kann dabei eine auch laterale Kräfte übertragende Schicht
sein oder eine reine Trennfläche zwischen Minenschutzanordnung und Fahrzeugboden darstellen.
Die in Figur 2 gezeigten Funktionsschichten 9-11 sind in diesem Falle vor dem Fahrzeugboden
1 angeordnet. Ein solcher adaptierter Schichtaufbau kann fest mit dem Fahrzeugboden
1 verbunden sein oder erst vor Ort durch einfache mechanische Mitte befestigt werden.
[0039] Grundsätzlich kann die gemäß Figur 4 geschilderte adaptierte Anordnung auch durch
eine adaptiert/integrierte Anordnung (Figur 5) ersetzt werden, bei der ein Teil der
Funktionsschichten hinter der Belastungsseite, d.h. hinter dem äußeren Fahrzeugboden
1 im Innern des Fahrzeugs (integriert) und der übrige Teil der Funktionsschichten
außen am Boden des Fahrzeugs 1 (adaptiert) angebracht sind. In diesem Falle sollten
mindestens die erste Funktionsschicht (Abriebschicht) 9, die Verbindungsschicht (Dämpfung)
12 und die zweite Funktionsschicht 10 außen vor dem Fahrzeugboden 1 angebracht und
die dritte Funktionsschicht (Energiekompensationsschicht 11) dem Fahrzeugboden 1 nachgeordnet
sein. Eine solche Anordnung ist dann besonders vorteilhaft, wenn der Fahrzeugboden
aus Panzerstahl relativ dünn ist und über diesem Boden die Einbringung der dritten
Funktionsschicht 11 problemlos erfolgen kann.
[0040] Sämtliche in den Figuren dargestellten und in der Beschreibung erläuterten Einzelheiten
sind für die Erfindung wichtig. Dabei ist es ein Merkmal der Erfindung, dass alle
geschilderten Einzelheiten in beliebiger Weise einfach oder mehrfach kombiniert werden
können und dadurch jeweils einen individuell angepassten polyvalenten Minenschutz
ergeben.
[0041] In Figur 6 stellt der Fahrzeugboden 1 sowohl die Stütz- als auch die Energiekompensationsebene
dar, sodass die dritte Funktionsschicht 11 entfallen kann. In diesem Beispiel ist
die erste Funktionsschicht in eine äußere Abriebschicht 9A und eine nachfolgende innere
Vorschotte 9B aufgeteilt. Eine derartige Anordnung kann zur Verbesserung der Mitbeschleunigung
von Strukturelementen dienen, indem ein frühes Stanzen verhindert wird.
[0042] Figur 7 zeigt schließlich einen Schnitt durch eine aufgespaltete Minenschutzanordnung
2, bei der sich zwischen dem Fahrzeugboden 1 und der dritten Funktionsschicht (Energiekompensationsschicht)
11 ein Zwischenraum 17 als Beispiel einer allgemeinen Zwischenschicht, die eine dynamische
Beulung der dritten Funktionsschicht 11 aufnimmt oder zulässt, befindet. Dieses Beispiel
ist repräsentativ für fahrzeugseitig bedingte Vorgaben. Solche Zwischenräume 17 sind
derart einzuplanen, dass die geschilderte Gesamtfunktion der Minenschutzanordnung
entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht gravierend gestört wird. Gegebenenfalls
müssen hier konstruktive Zusatzmaßnahmen ergriffen werden.
[0043] Es ist ferner möglich, zwischen den Funktionsschichten Zwischenräume vorzusehen,
in denen bevorzugt stützende Einrichtungen oder Schichten/Materialien vorgesehen sind,
um die Leistungsfähigkeit der Minenschutzanordnung weiter zu verbessern.
[0044] In allen oben beschriebenen Ausführungsformen kann die aus der Minenschutzanordnung
der Erfindung aufgebaute Fläche ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Außerdem besteht
die Möglichkeit, die aus der Minenschutzanordnung aufgebaute Fläche eben, gekrümmt
oder abgekantet auszubilden, zu der Wandung oder der Außenkontur des Objekts parallel
verlaufen oder mit dieser einen Winkel einschließen zu lassen, und/oder mit einer
ungleichen/stufenartigen Dickenverteilung zu bilden.
Liste der Bezeichnungen
[0045]
- 1
- Fahrzeugboden
- 2
- Minenschutzanordnung
- 3
- Boden
- 4
- Minenbedrohung
- 5
- Blastwelle
- 6
- P-Ladungsprojektil
- 7
- Ausbreitungsrichtung der Blastwelle
- 8
- Wirkrichtung des P-Ladungsprojektils
- 8A
- Pfeile für eindringendes P-Ladungsprojektil
- 8B
- Pfeile für sich in 2 ausbreitendes Druckfeld, bedingt durch 8A
- 9
- erste Funktionsschicht (Abriebschicht)
- 9A
- äußere Abriebschicht
- 9B
- innere Vorschotte
- 10
- zweite Funktionsschicht
- 11
- dritte Funktionsschicht (Stütz- und Energiekompensationsschicht)
- 12
- Schicht bzw. Fläche zwischen 9 und 10
- 12A
- Gleitschicht zwischen 9 und 10
- 13
- Schicht bzw. Fläche zwischen 10 und 11
- 13A
- Gleitschicht zwischen 10 und 11
- 14
- Trennfläche zwischen 1 und 11
- 15
- durch 6 mitbeschleunigtes Plattensegment von 9
- 16
- Pfeile, Stützwirkung des Fahrzeugbodens gegenüber 2 symbolisierend
- 17
- Zwischenraum
1. Minenschutzanordnung (2), bestehend aus einem Schichtaufbau mehrerer Schichten, zum
Schutz eines Objekts gegen eine Bedrohung durch Minen (4), die an einer der Bedrohung
zugewandten Wandung (1) des Objekts angebracht ist bzw. anbringbar ist,
gekennzeichnet durch
eine der Bedrohung zugewandte erste Funktionsschicht (9) aus einem Panzerstahlblech
oder einer hochfesten Metall-Legierung mit einer Dicke von mindestens der stahläquivalenten
Dicke der Einlage der projektilbildenden Mine,
eine mittlere zweite Funktionsschicht (10) aus einem Material, das unter dynamischer
Belastung plastisch fließfähig bzw. mechanisch erosionsfähig bleibt, und
eine nachfolgende dritte Funktionsschicht (11) aus einem Panzerstahlblech oder einer
stahläquivalenten Anordnung aus verschiedenen Materialen einer solchen Dicke, dass
die dritte Funktionsschicht (11) zusammen mit der Wandung (1) des Objekts eine stahläquivalente
Dicke von mindestens 25 mm besitzt.
2. Minenschutzanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Minenschutzanordnung (2) mit dem zu schützenden Objekt bzw. dessen Wandung (1)
fest verbunden bzw. integriert ist.
3. Minenschutzanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Minenschutzanordnung (2) zumindest teilweise als separates Bauteil gefertigt
ist und mit dem zu schützenden Objekt bzw. dessen Wandung (1) fest oder lösbar verbindbar
ist.
4. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die komplette Minenschutzanordnung (2) an der der Bedrohung zugewandten Seite der
Wandung (1) angebracht ist bzw. anbringbar ist.
5. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Teil (11) der Minenschutzanordnung (2) an der der Bedrohung abgewandten Seite
der Wandung (1) und ein anderer Teil (9, 10) an der der Bedrohung zugewandten Seite
der Wandung (1) angebracht ist bzw. anbringbar ist.
6. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste, die zweite und die dritte Funktionsschicht (9, 10, 11 ) durch elastomere,
Zugkräfte übertragende Verbindungs- bzw. Dämpfungsschichten (12) und (13) verbunden
sind.
7. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Funktionsschichten (9, 10, 11) Gleitschichten (12A, 13A) vorgesehen
sind.
8. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Funktionsschicht (10) aus metallischen Werkstoffen, faserverstärkten Materialien,
gegossenen metallischen Werkstoffen, elastomeren Stoffen oder aus thermoplastischen,
flüssigen oder pastösen Materialien oder einer Kombination mehrerer dieser Werkstoffe
gebildet ist.
9. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Funktionsschicht (10) stoßdämpfende und/oder stoßwellendissipierende,
hohle oder massive Körper enthält.
10. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
d ass die erste Funktionsschicht (9) und die zweite Funktionsschicht (10) ein- oder
mehrschichtig ausgebildet sind.
11. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dritte Funktionsschicht (11) aus Stahl, Leichtmetall oder einem anderen Material
hoher dynamischer Steifigkeit besteht.
12. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der dritten Funktionsschicht (11) und der Wandung (1) des zu schützenden
Objekts eine Zwischenschicht (17) vorgesehen ist, die eine dynamische Beulung der
dritten Funktionsschicht (11) aufnimmt oder zulässt.
13. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich zwischen den Funktionsschichten Zwischenräume befinden.
14. Minenschutzanordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Zwischenräumen stützende Einrichtungen oder Schichten/Materialien vorgesehen
sind.
15. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aus der Minenschutzanordnung (2) aufgebaute Fläche ein- oder mehrteilig ausgebildet
ist.
16. Minenschutzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aus der Minenschutzanordnung (2) aufgebaute Fläche eben, gekrümmt oder abgekantet
ist, zu der Wandung (1) oder der Außenkontur des Objekts parallel verläuft oder mit
diesem einen Winkel einschließt, und/oder eine ungleiche/stufenartige Dickenverteilung
aufweist.