FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KURZZEITDYNAMIK, ERNST-MACH-INSTITUT, EMISchutzaufbauten mit additiv gefertigten Störstrukturen aus Titan
Prinzipien des leichten Schutzes wie die Zerstörung des Projektilkerns sind für den leichten Schutz von grundsätzlichem Interesse. Besonders im Hinblick auf Flexibilität und Anpassbarkeit können Schutzaufbauten profitieren, wenn sie sich mit Verfahren des metallischen 3D-Drucks herstellen lassen. Das Fraunhofer EMI forscht an geeigneten Materialien und Strukturaufbauten für diesen Zweck. Aufgrund der Möglichkeit zur Anpassung an geometrische Randbedingungen könnten 3D-Druckverfahren auch von Vorteil sein. Zum Beispiel, wenn Komponenten robotischer Systeme, die für die Unterstützung der Soldaten eingesetzt werden, geschützt werden sollen. Im Folgenden wird beispielhaft dargestellt, wie durch die gleichzeitige Nutzung der Effekte der Schottung und geneigter Oberflächen die Schutzwirkung verbessert werden kann.
Die Verringerung der Eindringung von Projektilen bei möglichst geringem Gewicht einer Panzerung ist die zentrale Aufgabe des ballistischen Schutzes. Kleinkalibrige, panzerbrechende Geschosse besitzen einen Hartkern, der entweder aus gehärtetem Stahl oder Wolframcarbid besteht. Ein effizienter Schutz gegen derartige Geschosse ist möglich, wenn es gelingt, den Hartkern bei der Wechselwirkung mit der Schutzanordnung in möglichst viele Fragmente zu zerbrechen. Ob die Fragmentierung des Projektilkerns eintritt, hängt von den mechanischen Eigenschaften des Zielmaterials, der Dicke und der Neigung der Zielplatten ab. Insbesondere die asymmetrischen Kräfte bei geneigten Zielen tragen zum Brechen des Projektilkerns bei. Befindet sich zwischen der ersten und zweiten Materialschicht ein Luftspalt (geschottete Anordnung), können sich Bruchstücke des Projektils voneinander trennen, sodass die Eindringung in die folgende Schicht verringert und die Schutzwirkung erhöht wird.
Die Untersuchungen am Fraunhofer EMI haben gezeigt, dass Projektilkerne aus Wolframcarbid bei der Perforation dünner Platten aus Ti6Al4V bei einer Neigung von 30 Grad stark fragmentiert werden. Die Verwendung einer geneigten Platte mit großen Abmessungen ist jedoch immer mit einer deutlichen Vergrößerung des Volumens der Schutzanordnung verbunden. Ersetzt man die ebene Platte zum Beispiel durch eine wellen-, zickzack- oder sägezahnförmige Struktur, so trifft das Projektil auf geneigte Flächen, obwohl die Struktur parallel zur folgenden Panzerung ausgerichtet ist. Mithilfe des Laser-Powder-Bed-Fusion-Verfahrens wurden Titanstrukturen additiv gefertigt. In ballistischen Tests und den Analysen mithilfe numerischer Simulation wurde eine erhöhte Schutzwirkung der Anordnung mit Titanstörstruktur nachgewiesen.
