EP1152207B1 - Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge - Google Patents

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EP1152207B1 EP01108365A EP01108365A EP1152207B1 EP 1152207 B1 EP1152207 B1 EP 1152207B1 EP 01108365 A EP01108365 A EP 01108365A EP 01108365 A EP01108365 A EP 01108365A EP 1152207 B1 EP1152207 B1 EP 1152207B1
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hot
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steel
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Michael Dr.-Ing. Härtel
Meinhard Schröder
Ute Grunenberg
Lutz Dr. Franke
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Volkswagen AG En Walzwerk Burg GmbH
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Walzwerk Burg GmbH
Sachsenring Zwickau AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0442—Layered armour containing metal

Definitions

  • the invention relates to an armor, in particular for Security vehicles, with which the energy impacted projectiles absorbed and their penetration is prevented.
  • the steel is predominantly referred to as Forging, rolling or casting in hard shredding and in mining and road construction for fangs, coats for rolls and cone crushers, blow bars for bouncing cups, etc. used.
  • This steel is prone to severe deformation, i. at strong degrees of deformation, cracking and is for the Use as armor not yet known.
  • the invention is based on the object, an armor for safety vehicles to develop which of Contour of the vehicle body is completely adaptable, without costly changes of the body in the Vehicle can be installed and at relatively low Weight ensures good fire safety.
  • the ratio of carbon and manganese content of the Steel is about 1:10.
  • These properties will be for example, of the steel X120Mn12 (number 1.340), in which the resulting from the hot forming edge-decarburized layer mechanically, preferably by Grind with cooling (maximum temperature 250 ° C) away has been.
  • the ballistic behavior of the armor can also be the solidification of the Surface structure of the basic structure when sanding or one of the mechanical processing downstream Processing stage (e.g., sandblasting, bombardment with Stahlkugen shot blasting, diamond flattening, calibrating or rolls with low delivery).
  • sandblasting bombardment with Stahlkugen shot blasting, diamond flattening, calibrating or rolls with low delivery.
  • the element can either form the bodywork or these strengthen and be formed one or more layers, wherein the individual layers at least partially with each other bonded (e.g., welded) and formed together.
  • the Thickness of the element preferably starts from 0.5 mm. In the Machining is done on both sides of a layer in of the order of magnitude up to 0.25 mm, so that the edge-decarburized structure is removed down to the basic structure.
  • Another unpredictable positive effect is the better cold workability and thus a good three-dimensional formability after removing the Edge decarburized layer record. It's essential Higher degrees of deformation possible, with a crack in the Surface, especially at small bending radii, avoided becomes. As a result, the armor is almost completely in the Type of a three-dimensional molded part to the contour of the Vehicle body adaptable because even small radii malleable are.
  • the unpredictable outstanding ballistic Properties allow the production of armor with only small sheet thickness, which is costly Changes to the bodywork and interior decoration Installation of armor in the vehicle to a minimum reduce or even avoid completely.
  • Edge decarburized layer thus has a positive effect on the ballistic behavior as well as on cold workability out. Deformed when hitting a bullet (projectile) the armor without cracking at this position and increasingly solidified by the occurring strong curing, so that the energy of the projectile (Projectile) is completely absorbed.
  • Fig. 1 shows in a schematic way the cross section of the outer part of a vehicle door whose inner and outer skin 2 consists entirely of a hot-rolled wear-resistant austenitic manganese steel X120Mn12 whose thickness is for example in the range of about 2.5 mm to 3.5 mm.
  • the chemical composition (analysis values in percent) is shown in the following overview: C Si Mn P S Cr 1.10 0.25 11.5 Max. Max. Max. 1.30 0.50 13.5 0.10 0,040 o, 5
  • the hardness is 210 to 240 HBW (Brinell hardness).
  • carbide-forming elements e.g., Crom -Cr-
  • the proportion of carbide-forming elements should be in the sum below 5% and there should be no be present line-shaped precipitates.
  • This armor does not only hold surface shock loads due to a vehicle crash, but also punctate Impact loads due to bombardment of the fire class FB3 and FB4 to DIN EN 1522 dependably, both in levels as well as in curved door areas.
  • This kind of Armor can be realized very easily, from which also a high reliability of the bullet defense results. Not shown are several layers of these steels, the partially welded together and together are transformed. Your total thickness can turn for example, be about 2.5 to 3.5 mm. Of course, larger sheet thicknesses of Eizelblechen or multilayer sheets possible.
  • FIG. 2 another variant is shown in the the body panel 4 of about 1 mm thickness by a internal armor 2 is reinforced. Even though shown in full detail, this can Reinforcement of course on particularly vulnerable Restrict areas that are also heavily shaped can.
  • FIG. 3 Another type of reinforcement is shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 A combination in which the body panel 4 by a Covered armor 2 backed off with fiber composite material Reinforced multiphase steel is shown in FIG. 4.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, mit welcher die Energie auftreffender Geschosse absorbiert und deren Durchdringung verhindert wird.
Es sind zahlreiche Lösungen zur Auskleidung von Fahrzeugen mit beschußsicheren Matten oder der Karosserie nachgebildeten Formteilen aus faserverstärkten Kunststoffen bekannt, die als Panzerungselemente für Sicherheitskraftfahrzeuge Anwendung finden. Um auch hohen Beschußklassen standzuhalten muß die Dicke dieser Elemente jedoch so erhöht werden, daß der Einstieg und der Innenraum des Fahrzeuges unkomfortabel verringert werden. In DE G 92 15 781.5 U1 wird eine Panzerung für Fahrzeuge beschrieben, bei welcher die dem Innenraum des Fahrzeuges zugekehrte Oberfläche mit Panzerplatten aus Panzerstahl ausgekleidet wird. Die Stoßstellen werden mit Gewebematten großflächig übergreifend überdeckt. Die Kontur der Karosserieteile der Fahrzeuge kann mit diesen sehr harten Panzerplatten nicht nachgebildet werden, da diese eine ungenügende Umformbarkeit aufweisen.
Es sind weiterhin warmgewalzte Baustähle aus austenitischen Manganhartstahl bekannt z.B. aus Dokument US-A-4 645 720, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Stahl wird vorwiegend als Schmiede-, Walz- oder Gußteil in der Hartzerkleinerung und im Berg- und Straßenbau für Reißzähne, Mäntel für Walzen- und Kegelbrecher, Schlagleisten für Prellbecher, usw. eingesetzt. Dieser Stahl neigt bei starker Umformung, d.h. bei starken Umformgraden, zu Rißbildung und ist für den Einsatz als Panzerung bisher nicht bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Panzerung für Sicherheitskraftfahrzeuge zu entwickeln, welche der Kontur der Fahrzeugkarosserie vollständig anpaßbar ist, ohne aufwendige Veränderungen der Karosserie in das Fahrzeug eingebaut werden kann und bei relativ geringem Gewicht eine gute Beschußsicherheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst.
Das Verhältnis von Kohlenstoff- und Mangangehalt des Stahles liegt in etwa bei 1:10. Diese Eigenschaften werden beispielsweise von dem Stahl X120Mn12 (Nr. 1.340) erfüllt, bei welchem die bei der Warmumformung entstandene randentkohlte Schicht mechanisch, vorzugsweise durch Schleifen unter Kühlung (Temperatur maximal 250°C) entfernt wurde.
Vorteilhaft auf das ballistische Verhalten der Panzerung kann sich dabei auch die Verfestigung der Oberflächenstruktur des Grundgefüges beim Schleifen oder einer der mechanischen Bearbeitung nachgeordneten Bearbeitungsstufe (z.B. Sandstrahlen, der Beschuß mit Stahlkugen -Kugelstrahlen-, Diamantglätten, Kalibrieren oder Walzen mit geringer Zustellung) auswirken.
Das Element kann entweder die Karosserie bilden oder diese verstärken und ein- bzw. mehrlagig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Lagen zumindest bereichsweise miteinander verbunden (z.B.verschweißt) und gemeinsam umgeformt sind.
Es ist auch möglich, das Element mit beschußhemmendem Material, beispielsweise Verbundfasermatten, zu hinterfüttern (backing) und/oder zumindest bereichsweise mit der Karosserie oder Karosserieteilen zu verschweißen und gemeinsam mit diesen umzuformen (taylored blanks). Die Dicke des Elements beginnt vorzugsweise ab 0,5 mm. Bei der mechanischen Bearbeitung wird beidseitig eine Schicht in der Größenordnung bis 0,25 mm abgetragen, so daß das randentkohlte Gefüge bis auf das Grundgefüge entfernt wird. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, erfolgt zuerst das Warmwalzen des Elements aus verschleißfesten austenitischen Manganstahl, wobei entweder während des Warmwalzens die Entstehung einer randentkohlten Schicht durch Einsatz von Schutzgas vermieden wird, oder nach dem Warmwalzen das Abtragen der randentkohlten Schicht bis auf das Grundgefüge erfolgt.
Bei Beschußversuchen wurde überraschender Weise festgestellt, daß sich die ballistischen Eigenschaften des Elements aus einem warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl nach dem Abschleifen wesentlich verbessert haben. Bereits mit einer Blechdicke von 2,5 mm wurde der Beschußklasse B4 standgehalten.
Dabei wurde ursprünglich die mechanische Bearbeitung vorgenommen, um eine gleichmäßige Blechdicke für einen vorgesehenen Umformprozeß zu erzielen.
Als weiterer nicht vorhersehbarer positiver Effekt ist die bessere Kaltumformbarkeit und damit eine gute dreidimensionale Formbarkeit nach dem Entfernen der Randentkohlten Schicht zu verzeichnen. Es sind wesentlich höhere Umformgrade möglich, wobei eine Rißbildung in der Oberfläche, insbesondere bei kleinen Biegeradien, vermieden wird. Dadurch ist die Panzerung nahezu vollständig in der Art eines dreidimensionalen Formteiles an die Kontur der Fahrzeugkarosserie anpaßbar, da auch geringe Radien formbar sind. Die nicht vorhersehbaren hervorragenden ballistischen Eigenschaften ermöglichen die Herstellung einer Panzerung mit nur geringer Blechdicke, wodurch sich aufwendige Veränderungen der Karosserie und der Innenausstattung zum Einbau der Panzerung in das Fahrzeug auf ein Minimum reduzieren oder auch vollständig vermeiden lassen.
Die Entfernung oder das Verhindern der Entstehung der randentkohlten Schicht wirkt sich somit positiv auf das ballistische Verhalten als auch auf die Kaltumformbarkeit aus. Beim Auftreffen eines Geschosses (Projektils) verformt sich die Panzerung ohne Rißbildung an dieser Position und verfestigt sich dabei zunehmend durch die dabei auftretende starke Aushärtung, so daß die Energie des Geschosses (Projektils) vollständig absorbiert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisierte Türausschnitte eines Sicherheitspersonenkraftwagens im Querschnitt, und zwar
Fig. 1:
mit einer die Karosserie bildenden Panzerung,
Fig. 2:
mit einer die Karosserie verstärkenden Panzerung,
Fig. 3:
mit einer die Karosserie bildenden hinterfütterten Panzerung und
Fig. 4:
mit einer die Karosserie verstärkenden hinterfütterten Panzerung.
Fig. 1 zeigt in schematisierter Weise den Querschnitt des äußeren Teils einer Fahrzeugtür, deren Innen- und Außenhaut 2 vollständig aus einem warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl X120Mn12 besteht, dessen Dicke z.B. im Bereich von etwa 2,5 mm bis 3,5 mm liegt. Die chemische Zusammensetzung (Analysewerte in Prozent) ist in der nachfolgenden Übersicht dargestellt:
C Si Mn P S Cr
1,10 0,25 11,5 max. max. max.
1,30 0,50 13,5 0,10 0,040 o,5
Die Härte beträgt 210 bis 240 HBW (Brinellhärte).
Der Anteil der karbidbildenden Elemente (z.B. Crom -Cr-) soll dabei in der Summe unter 5% liegen und es sollen keine zeilenförmigen Ausscheidungen vorhanden sein.
Diese Panzerung hält nicht nur flächenhafte Stoßbelastungen aufgrund eines Fahrzeug-Crashs, sondern auch punktförmige Stoßbelastungen aufgrund von Beschuß der Beschußklassen FB3 und FB4 nach DIN EN 1522 zuverlässig ab, und zwar sowohl in ebenen als auch in gekrümmten Türbereichen. Diese Art von Panzerung läßt sich sehr einfach realisieren, woraus auch eine hohe Zuverlässigkeit der Beschußabwehr resultiert. Nicht dargestellt sind mehrere Lagen dieser Stähle, die bereichsweise miteinander verschweißt und gemeinsam umgeformt sind. Ihre Gesamtdicke kann wiederum beispielsweise bei etwa 2,5 bis 3,5 mm liegen. Selbstverständlich sind auch größere Blechdicken von Eizelblechen oder Mehrlagenblechen möglich.
In Fig. 2 ist eine weitere Variante dargestellt, bei der das Karosserieblech 4 von etwa 1 mm Dicke durch eine innenliegende Panzerung 2 verstärkt ist. Obwohl ausschnittsweise vollflächig dargestellt, kann diese Verstärkung selbstverständlich auf besonders gefährdete Bereiche beschränkt bleiben, die auch stark geformt sein können.
Eine andere Art der Verstärkung ist Fig. 3 zu entnehmen. Hier ist die aus einem warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl bestehende Außenhaut 2 durch ein Fasermaterial 6, beispielsweise ein Faserverbundmaterial, vollflächig oder.bereichsweise hinterfüttert.
Eine Kombination, bei der das Karosserieblech 4 durch eine mit Fäserverbundmaterial hinterfütterte Panzerung 2 aus Mehrphasenstahl verstärkt ist, zeigt Fig. 4.
Insgesamt wurde mit der Erfindung eine Panzerung realisiert, die eine sichere Beschußabwehr bietet und auf einfache Weise gewünschten Fahrzeugkonturen nachformbar ist.

Claims (13)

  1. Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, die unter Verwendung wenigstens eines Elementes (2) aus Stahl die Energie auftreffender Geschosse absorbiert und deren Durchdringung verhindert, wobei das Element (2) aus warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl besteht, dadurch gekennzeichnet daß der Stahl keine randentkohlte Schicht aufweist und sich bei Kaltumformung extrem stark verfestigt, wobei die bei der Warmumformung des Elements (2) entstandene randentkohlte Schicht beidseitig mechanisch entfernt ist.
  2. Panzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mehrlagig ausgebildet ist und die Lagen zumindest bereichsweise miteinander verschweißt und gemeinsam umgeformt sind.
  3. Panzerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) mit beschußhemmendem Material (6) hinterfüttert ist.
  4. Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) zumindest bereichsweise mit einem oder mehreren Karosserieteilen (4) verschweißt und gemeinsam mit diesen umgeformt ist.
  5. Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) eine Dicke von 0,5 mm bis etwa 3,5 mm aufweist.
  6. Verfahren zur Herstellung der Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Element (2) aus Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Warmwalzen entstandene randentkohlte Schicht des Elements (2), welches aus warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl besteht, nach dem Warmwalzen beidseitig durch mechanische Bearbeitung abgetragen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die randentkohlte Schicht durch Schleifen abgetragen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der randentkohlten Schicht bei einer Temperatur nicht über 250°C erfolgt.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die mechanische Bearbeitung beidseitig eine Schicht in der Größenordnung bis 0,25 mm abgetragen wird.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während oder nach dem mechanischen Abtragen der randentkohlten Schicht die Oberflächenstruktur gezielt verfestigt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfestigung der Oberflächenstruktur nach der mechanischen Bearbeitung durch Sandstrahlen, Diamantglätten, Kalibrieren oder Walzen mit geringer Zustellung erfolgt.
  12. Verfahren zur Herstellung der Panzerung, insbesondere für Sicherheitskraftfahrzeuge, nach Anspruch 11, wobei wenigstens ein Element (2) aus Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, daß beim Warmwalzen des Elements (2), welches aus warmgewalzten verschleißfesten austenitischen Manganstahl besteht, die Entstehung einer randentkohlten Schicht durch Einsatz von Schutzgas vermieden wird.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) abschließend dreidimensional umgeformt wird.
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