Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen, bei welchem metallische Platten oder Bleche einer Oberflächenbehandlung unterworfen und anschließend durch Verkleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden werden.

[0002] Aus der DE 26 56 470 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schutzhelmen bekannt, bei dem drei in Hetmform gepresste Stahlbleche miteinander verklebt werden und das mittlere Stahtbrech vor dem Verkleben in einem Nitrierverfahren gehärtet wird.

[0003] Es ist bekannt, gegen Bedrohungen, insbesondere gegen Hohlladungsgefechtsköpfe, passive, reaktive und aktive Schutztechnologien zu verwenden. Bei der Anwendung von passiven Schutztechnologien werden größtenteils Beulblech-anordnungen aufgebaut. Hierzu werden in der Regel mehrere, dünne, bruchfeste metallische Platten oder Bleche durch Verkleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden.

[0004] Zur Behandlung der Platten oder Bleche vor der Verbindung miteinander werden im allgemeinen mechanische Oberflächenbehandlungsverfahren angewandt, die dazu dienen, die Ausbildung von zwischenmolekularen Kräften entweder zu ermöglichen, oder zu verstärken. In Ergänzung zu diesen Vorbehandlungen werden dann Haftvermittler, sogenannte Primer, auf die Fügeteil-oberfläche aufgetragen, die als "chemische Brücke" dienen. Diese Behandlungen müssen in einem möglichst kurzen zeitlichen Abstand durchgeführt werden, um eine erneute Deaktivierung der Oberfläche zu vermeiden. Dies hat natürlich einen erheblichen Nachteil, da es einen ununterbrochenen Prozeß ohne Zwischenlagerung der Fügeteile erfordert, was einen hohen Einsatz von Maschinen und Anlagen mit sich bringt und schnell unwirtschaftlich wird.

[0005] Ein weiterer großer Nachteil mechanischer Vorbehandlungsverfahren, wie beispielsweise Sandstrahlen oder Schleifen, ist, dass durch falsche Prozeßführung (z. B. zu hoher Druck, zu geringer Abstand vom Strahlgut) eine Schwächung des Bauteils hervorgerufen werden kann. Das heißt, es wird auch im Idealfall Material abgetragen, das Blech wird also dünner. Außerdem verliert das Blech die Oberflächenspannung und kann sehr leicht wellig werden. Eine mögliche Folge daraus ist eine verkürzte und/oder verringerte Dauerfestigkeit und Biegewechselfestigkeit der Schutzkomponente. Hieraus resultiert eine erheblich reduzierte ballistische Leistung der Schutzplatten, da der hohe Staudruck beim Eindringen des Hohlladungsstachels die Metallplatten plastisch verformt und diese wegen der Schwächung durch die mechanische Vorbehandlung früher brechen oder reißen. Dadurch unterliegt der Hohlladungsstachel einer kürzeren "Störzeit", er wird nicht so stark partikuliert, so dass die Penetrationsleistung kaum abgeschwächt wird.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen mit den eingangs und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen so auszugestalten, dass auf den Fügeteilen, also den Platten oder Blechen, Oberflächenzustände erzeugt werden, die die Voraussetzung für optimale Haftungseigenschaften der Kleb- oder Vulkanisationsschicht auch über einen längeren Zeitraum bieten. Es soll somit eine Verbesserung der Klebbarkeit und der Alterungsbeständigkeit erreicht werden, sowie eine Konservierung der vorbehandelten Oberflächen, ein Schutz in der Klebefuge vor dem Eindiffundieren von Flüssigkeiten und ein Korrosionsschutz der Fügeteiloberfläche.

[0007] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sandwich-Struktur ist Gegenstand von Patentanspruch 12 und besonders vorteilhafte Anwendungsarten dieser Sandwich-Struktur sind in den Ansprüchen 13 und 14 beschrieben.

[0008] Ein Grundgedanke der Erfindung besteht in der Anwendung eines chemischen Oberflächenvorbehandlungsverfahrens für die miteinander zu verbindenden Platten oder Bleche, bei denen die Fügeteiloberfläche nicht negativ beeinflußt wird und somit die ballistische Schutzwirkung in vollem Umfang erhalten bleibt.

[0009] Aufgrund der Erfindung ergeben sich folgende weitere Vorteile:

• kein Materialverzug durch frei werdende Materialspannungen (Welligkeit),
• höhere Maßgenauigkeit für die Montage,
• Verbesserung der Klebbarkeit und Alterungsbeständigkeit,
• Konservierung vorbehandelter Oberflächen,
• Schutz in der Klebefuge vor dem Eindiffundieren von Feuchtigkeit,
• Korrosionsschutz der Fügeteiloberfläche,
• kein kontinuierlicher Fertigungsprozeß erforderlich,
• Möglichkeit der zeitlich unbegrenzten Lagerhaltung beziehungsweise der Materialbevorratung,
• wirtschaftlichere Fertigung,
• kein abrasiver Materialabtrag beziehungsweise Bauteilschwächung,
• keine Verringerung der ballistischen Schutzwirkung,
• Einsatzfähigkeit des Schutzes unter extremen Klimabedingungen.

[0010] Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn vor der als Oberflächenbehandlung durchgeführten KTL-Beschichtung (kataphoretische Tauchlackierung) an der zu behandelnden Oberfläche eine Zinkphosphatierung durchgeführt wird.

[0011] Die Platten oder Bleche können in vorteilhafter Weise vor der Oberflächenbehandlung einer physikalischen Oberflächenvorbehandlung, beispielsweise durch Anwendung eines Niederdruck-Plasmas oder einer Korona, unterworfen werden. Sie können auch vor der Oberflächenbehandlung einer physikalisch-chemischen Oberflächenvorbehandlung, beispielsweise durch lonenätzen oder Beflammen, unterworfen werden.

[0012] Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Platten oder Bleche vor der Oberflächenbehandlung mindestens in Teilbereichen ihrer Oberflächen einer mechanischen Oberflächenvorbehandlung, zum Beispiel für Schweißnahtvorbereitungen, unterworfen werden. Um den Korrosionsschutz noch zu erhöhen, können die Platten oder Bleche zusätzlich verzinkt oder pulverbeschichtet werden.

[0013] Weiterhin können die Platten oder Bleche einer Oberflächennachbehandlung mit einem Primer oder Haftvermittler oder auch einem Elastomer-Bindemittel unterworfen werden.

[0014] Die Oberflächenvorbehandlung und/oder die Oberflächenbehandlung und/oder die Oberflächennachbehandtung an den Platten oder Blechen können einseitig oder beidseitig durchgeführt werden.
Weiterhin ist es möglich, die Oberflächenvorbehandlung und/oder die Oberflächenbehandlung und/oder die Oberflächennachbehandlung nur in Teilbereichen der Oberflächen der Platten oder Bleche durchzuführen.

[0015] Die der oben beschriebenen Oberflächenbehandlung beziehungsweise den Oberflächenvorbehandlungen und/oder Oberflächennachbehandlungen unterworfenen Platten werden dann durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander zu einer Sandwich-Struktur verbunden, die sowohl zum Schutz gegen Hohlladungen, als auch ganz allgemein für Schutzkomponenten im Passiv-, Reaktiv- und Aktivschutz verwendbar ist, sie kann auch zum Schutz gegen KE-Geschosse (kinetic energy) und auch zum Schutz gegen ETC-Geschosse (elektrothermische Kanone) verwendet werden.
Es hat sich in besonders vorteilhafter Weise gezeigt, dass eine Sandwich-Struktur, die aus Platten aufgebaut ist, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren einer Oberflächenbehandlung unterworfen wurden, einen besseren Schutz gegen Hohlladungen darstellt, als eine Sandwich-Struktur, bei der die Platten in der üblichen Weise behandelt sind. Dies wird weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0016] Im Folgenden werden anhand eines Ausführungsbeispiels das erfindungsgemäße Verfahren sowie die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelten Platten und eine aus diesen Platten aufgebaute Sandwich-Struktur näher erläutert.

[0017] In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

in einem stark vergrößerten Teilschnitt eine einer Oberflächenbehandlung unterworfene Metallplatte;

Fig. 2 A

in schematisierter Schnittdarstellung den Zustand einer Sandwich-Struktur aus Platten, die nach dem Stand der Technik vorbehandelt sind, beim Auftreffen einer Hohlladung;

Fig. 2 B

in einer Darstellung analog Fig. 2A den Zustand einer Sandwich-Struktur, deren Platten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt sind, beim Auftreffen einer Hohlladung;

Fig. 3 A

in einer stark schematisierten Schnittdarstellung ein aus mehreren Sandwich-Strukturen nach Fig. 2A aufgebautes Panzerungselement beim Auftreffen einer Hohlladung;

Fig. 3 B

in einer Darstellung analog Fig. 3A ein aus mehreren Sandwich-Strukturen gem. Fig. 2B aufgebautes Panzerungselement beim Auftreffen einer Hohlladung.

[0018] Fig. 1 zeigt in einer stark vergrößerten Schnittdarstellung eine metallische Platte, beziehungsweise ein Blech 1, das an seinen beiden Oberflächen in üblicher Weise mit einer KTL-Beschichtung 3, beziehungsweise 3', versehen ist. Vor dem Aufbringen dieser Beschichtung wurde das Blech 1 mit einer Zinkphosphatierung 2, beziehungsweise 2', versehen.

[0019] Das Blech 1 kann grundsätzlich eine Dicke zwischen 0,1 mm und 100 mm aufweisen, während die Dicke der Beschichtung 3, beziehungsweise 3', jeweils zwischen 1 µm und 120 µm liegen kann.

[0020] Die Figuren 2A und 2B zeigen in einer stark schematisierten Darstellung den Zustand einer Sandwich-Struktur bei oder kurz nach dem Auftreffen einer Hohlladung, deren Flugrichtung mit S bezeichnet ist. Die Sandwich-Struktur nach Fig. 2A besteht aus einer ersten Metallplatte 4 und einer zweiten Metallplatte 6, die, bevor sie durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden wurden, einer üblichen Vorbehandlung unterworfen wurden. Die Klebe- oder Vulkanisierungsschicht ist mit 5 bezeichnet. Beim Auftreffen der Hohlladung wird die Sandwich-Struktur durchschlagen und die beiden Platten 4 und 6 lösen sich im Einschlagbereich voneinander und von der Klebe- oder Vulkanisierungsschicht 5 ab. Durch diese Vorgänge wird dem Partikelstrahl ein Teil seiner Energie entzogen.

[0021] Fig. 2B zeigt eine Sandwich-Struktur, die ebenfalls aus zwei metallischen Platten oder Blechen 4' und 6' aufgebaut ist, die vorher der anhand von Fig. 1 erläuterten Vorbehandlung unterworfen wurden und dann miteinander mittels der Kunststoff- oder Gummischicht 5' miteinander verbunden wurden.

[0022] Versuche und entsprechende fotografische Aufnahmen haben gezeigt, dass in diesem Fall einerseits die Platten 4' und 6' etwas verzögert voneinander abheben, die Zwischenschicht 5' dagegen sich rascher ablöst und Teile des Materials 5.1' der Zwischenschicht 5' in den Partikelstrahl der Hohlladung eingespült werden. Dies führt zu einer erheblich stärkeren Störung dieses Partikelstrahls und somit zu einer erhöhten Wirksamkeit der Sandwich-Struktur.

[0023] Der Unterschied in der Störung des Partikelstrahls einer Hohlladung in Abhängigkeit von der Vorbehandlung der Metallplatten der Sandwich-Struktur ist aus den Fig. 3A und 3B zu erkennen, die in stark schematisierter Darstellung das Auftreffen und den Durchgang des Partikelstrahls einer Hohlladung durch ein aus mehreren Sandwich-Strukturen aufgebautes Panzerungselement zeigen. Die Figuren zeigen den aus fotografischen Aufnahmen gewonnenen, grundsätzlichen Verlauf des Durchgangs des Partikelstrahls.

[0024] Das Panzerungselement 7 nach Fig. 3A ist aus Sandwich-Strukturen 8 aufgebaut, die in vorgegebenen Abständen voneinander angeordnet sind und aus Metallplatten 4 und 6 aufgebaut sind, wie sie anhand von Fig. 2A geschildert sind, die einer üblichen Vorbehandlung unterworfen worden sind.

[0025] Das Panzerungselement 7' nach Fig. 3B besteht aus mehreren in vorgegebenen Abständen angeordneten Sandwich-Strukturen 8', die aus Metallplatten 4' und 6' aufgebaut sind und, wie anhand von Fig. 2B geschildert, der anhand von Fig. 1 erläuterten Vorbehandlung unterworfen worden sind.

[0026] Es ist zu erkennen, dass der Partikelstrahl 9 einer aus Flugrichtung S auftreffenden Hohlladung deutlich tiefer in das Panzerungselement 7 eindringt, als dies bei dem Partikelstrahl 9' der auf das Panzerungselement 7' in Flugrichtung S auftreffenden Hohlladung der Fall ist.

[0027] Es ergibt sich somit, dass zu den Vorteilen der vereinfachten Herstellung und den günstigen Eigenschaften bei der Lagerhaltung eine bessere ballistische Wirksamkeit der Sandwich-Struktur erreicht wird, wenn die Platten vor dem Verkleben oder Vulkanisieren der weiter oben erwähnten Vorbehandlung unterworfen wurden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen, bei welchem metallische Platten oder Bleche einer Oberflächenbehandlung unterworfen und anschließend durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Oberflächenbehandlung eine kataphoretische Tauchlackierungs-Beschichtung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der kataphoretischen Tauchtackierungs-Beschichtung eine Zinkphosphatierung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche vor der Oberflächenbehandlung einer physikalischen Oberflächenvorbehandlung unterworfen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche vor der Oberflächenbehandlung einer physikalisch-chemischen Oberflächenvorbehandlung unterworfen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche vor der Oberflächenbehandlung mindestens in Teilbereichen ihrer Oberflächen einer mechanischen Oberflächenvorbehandlung unterworfen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche zusätzlich verzinkt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche zusätzlich pulverbeschichtet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche einer Oberflächennachbehandlung mit einem Primer oder Haftvermittler unterworfen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche einer Oberflächennachbehandlung mit einem Elastomer-Bindemittel unterworfen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenvorbehandlung und/oder die Oberflächenbehandlung und/oder die Oberflächennachbehandlung an den Platten oder Blechen beidseitig durchgeführt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung und/oder die Oberflächenvorbehandlung und/oder die Oberflächennachbehandlung nur in Teilbereichen der Oberfläche der Platten oder Bleche durchgeführt werden.

12. Sandwich-Struktur zur Verwendung als Panzerung gegen ballistische Geschosse, insbesondere Hohlladungen, bestehend aus metallischen Platten oder Blechen (1, 1'), die durch Kleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten oder Bleche (1, 1') vor dem Kleben oder Vulkanisieren einer Oberflächenbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 unterworfen worden sind.

13. Sandwich-Struktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Schutz gegen Kinetic-Energy-Geschosse verwendet wird.

14. Sandwich-Struktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Schutz gegen Elektro-Thermische-Kanonen-Geschosse verwendet wird.

Claims

1. Method for producing a sandwich structure for use as armour against ballistic projectiles, in particular hollow charges, in which metallic plates or sheets are subjected to a surface treatment and subsequently connected to each other by gluing or vulcanising, characterised in that a cataphoretic dip paint coating is carried out as surface treatment.

2. Method according to Claim 1, characterised in that zinc phosphating is carried out prior to the cataphoretic dip paint coating.

3. Method according to Claim 1 or 2, characterised in that the plates or sheets are subjected to a physical surface pre-treatment prior to the surface treatment.

4. Method according to any one of Claims 1 to 3, characterised in that the plates or sheets are subjected to a physical-chemical surface pre-treatment prior to the surface treatment.

5. Method according to any one of Claims 1 to 4, characterised in that the plates or sheets are subjected to a mechanical surface pre-treatment at least in sections of their surfaces prior to the surface treatment.

6. Method according to any one of Claims 1 to 5, characterised in that the plates or sheets are also galvanised.

7. Method according to any one of Claims 1 to 5, characterised in that the plates or sheets are also powder coated.

8. Method according to any one of Claims 1 to 7, characterised in that the plates or sheets are subjected to a surface post-treatment with a primer or bonding agent.

9. Method according to any one of Claims 1 to 8, characterised in that the plates or sheets are subjected to a surface post-treatment with an elastomer binder.

10. Method according to any one of Claims I to 9, characterised in that the surface pre-treatment and/or the surface treatment and/or the surface post-treatment are carried out on both sides of the plates or sheets.

11. Method according to any one of Claims 1 to 10, characterised in that the surface treatment and/or the surface pre-treatment and/or the surface post-treatment are carried out only in sections of the surface of the plates or sheets.

12. Sandwich structure for use as armour against ballistic projectiles, in particular hollow charges, consisting of metallic plates or sheets (1, 1'), which are connected to each other by gluing or vulcanising, characterised in that the plates or sheets (1, 1') have been subjected to a surface treatment according to any one of Claims 1 to 11 prior to gluing or vulcanising.

13. Sandwich structure according to Claim 12, characterised in that it is used to protect against kinetic energy projectiles.

14. Sandwich structure according to Claim 12, characterised in that it is used to protect against projectiles from electrothermal guns.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'une structure sandwich destinée à former un blindage contre les projectiles balistiques, en particulier des charges creuses, dans lequel des plaques ou des tôles métalliques sont soumises à un traitement de surface et sont assemblées ensuite entre elles par collage ou vulcanisation, caractérisé en ce que le traitement de surface mis en oeuvre est un vernissage cataphorétique par immersion.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une phosphatation au zinc est mise en oeuvre avant le vernissage cataphorétique par immersion.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les plaques ou les tôles sont soumises à un prétraitement physique de la surface avant le traitement de surface.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les plaques ou les tôles sont soumises à un prétraitement chimico-physique de la surface avant le traitement de surface.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, avant le traitement de surface, les plaques ou tôles sont soumises au moins dans des zones partielles de leurs surfaces à un prétraitement mécanique de la surface.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en outre en ce que les plaques ou tôles sont galvanisées.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en outre en ce que les plaques ou tôles sont revêtues de poudre.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les plaques ou tôles sont soumises à un traitement ultérieur de leur surface avec une couche de fond ou un agent d'adhérence.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les plaques ou tôles sont soumises à un traitement ultérieur de leur surface avec un liant élastomère.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le prétraitement de la surface et/ou le traitement de surface et/ou le traitement ultérieur de la surface sont effectués sur les deux faces des plaques ou tôles.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le prétraitement de la surface et/ou le traitement de surface et/ou le traitement ultérieur de la surface sont effectués seulement dans des zones partielles de la surface des plaques ou tôles.

12. Structure sandwich destinée à être utilisée pour former un blindage contre les projectiles balistiques, en particulier des charges creuses, constituée de plaques ou tôles métalliques (1, 1') qui sont assemblées entre elles par collage ou vulcanisation, caractérisée en ce que, avant le collage ou la vulcanisation, les plaques ou tôles sont soumises à un traitement de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.

13. Structure sandwich selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle est utilisée comme protection contre les projectiles à énergie cinétique.

14. Structure sandwich selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle est utilisée comme protection contre les projectiles des canons électrothermiques.

Zeichnung