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EP4422864A1 - Transparente verbundscheibe mit erhöhter wirkung gegen projektile mit hartmetallkern - Google Patents

Transparente verbundscheibe mit erhöhter wirkung gegen projektile mit hartmetallkern

Info

Publication number
EP4422864A1
EP4422864A1 EP22809734.1A EP22809734A EP4422864A1 EP 4422864 A1 EP4422864 A1 EP 4422864A1 EP 22809734 A EP22809734 A EP 22809734A EP 4422864 A1 EP4422864 A1 EP 4422864A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transparent
layer
block
ceramic
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22809734.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Elmar STRASSBURGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4422864A1 publication Critical patent/EP4422864A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F41H5/0407—Transparent bullet-proof laminatesinformative reference: layered products essentially comprising glass in general B32B17/06, e.g. B32B17/10009; manufacture or composition of glass, e.g. joining glass to glass C03; permanent multiple-glazing windows, e.g. with spacing therebetween, E06B3/66
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    • B32B2571/00—Protective equipment
    • B32B2571/02—Protective equipment defensive, e.g. armour plates or anti-ballistic clothing

Definitions

  • the present invention relates to laminated transparent panes for security applications which comprise a laminate of transparent layers of partitioned construction comprising two blocks separated by a gas-filled space, the layer of the second block in contact with the gas-filled space containing transparent ceramic.
  • Security windows in particular as bulletproof transparent protection, are subject to constantly increasing demands for lower weight or - in view of the space requirement - thinner panes with a simultaneously growing need for security, especially for vehicles and flying objects.
  • Traditionally known armored glass windows cannot meet these requirements for all applications, so that for about 20 years there have been widespread international developments to replace the outer layer (or layers) of laminated composite windows in particular with transparent monocrystalline or polycrystalline ceramic materials.
  • Tungsten carbide cores are significantly less fragmented when interacting with transparent ceramics.
  • transparent spinel ceramics there is only slight erosion at the tip of the tungsten carbide cores with a material thickness of up to 11 mm. When the core material fails, few cracks and fragments are produced. More core decomposition can only be achieved with thicker spinel plates.
  • a hard metal core e.g. tungsten carbide
  • a transparent ceramic face layer is used to provide increased effectiveness against hard core projectiles (hardened steel core or tungsten carbide core) compared to laminated safety glass (laminates of glass and plastic layers).
  • US Pat. No. 7,584,689 B2 describes composite armor consisting of a front layer made of transparent ceramic, glass panes and plastic panes and their effectiveness against different types of small-caliber ammunition with a soft core and hard core, including a tungsten carbide core.
  • Magnesium aluminate spinel (MgAhCU), aluminum oxynitride (A10N), polycrystalline aluminum oxide (AI2O3) and sapphire (AhCh single crystal) are mentioned as possible transparent ceramics.
  • US 2009/0320675 A1 describes in particular the design of the ceramic layer in the form of a mosaic made up of many transparent ceramic plates and protective arrangements with two ceramic mosaic layers with joints offset from one another.
  • Ceramic-glass-plastic composites with ceramic mosaic layers are also described in DE 20 2008 014 264 U1, non-square ceramic tiles also being used here.
  • WO 2013/017448 A1 shows the advantages of monocrystalline spinel compared to polycrystalline transparent ceramics and sapphire.
  • the spinel ceramic was always used as the front layer in all of the protective arrangements mentioned.
  • the spinel ceramic was also used as the front layer of the first block in compartmentalized superstructures.
  • the present invention relates to a transparent composite pane for security applications, containing a composite of transparent layers in a partitioned construction, which contains two blocks separated from one another by a gas-filled space, the first block (A) containing at least one transparent layer selected from glasses and/or plastics; and the second block (B) contains a composite of at least two transparent layers selected from ceramics, glasses and/or plastics, with at least one layer of the second block (B) containing transparent ceramic.
  • the present invention relates to the use of the transparent laminated pane according to one of the preceding claims for security and/or protective applications for panes or windows in the civil and military sectors.
  • FIGS. 1-4 show different embodiments of the transparent laminated pane according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment with a two-layer second block (B) with a layer made of a plate made of transparent ceramic connected to a layer made of plastic.
  • FIG. 2 shows a further embodiment with a two-layer second block (B) with a layer of transparent ceramic plates arranged in a mosaic manner, connected to a layer of plastic.
  • FIG. 3 shows an embodiment with a three-layer second block (B) with one layer of a plate made of transparent ceramic connected to two layers of plastic connected to one another.
  • FIG. 4 shows a further embodiment with a two-layer second block (B) with a layer of transparent ceramic plates arranged in a mosaic manner connected to two layers of plastic connected to one another.
  • Figure 5 shows a photograph of a generic target assembly (corresponding to the embodiment in Figure 2) and X-ray flash during projectile penetration
  • FIG. 6 shows a photo of the polycarbonate plate of the second block after joint bombardment
  • the present invention relates to a transparent composite pane for security applications, containing a composite of transparent layers in a partitioned construction, which contains two blocks separated from one another by a gas-filled space, the first block (A) containing at least one transparent layer selected from glasses and/or plastics; and the second block (B) contains a composite of at least two transparent layers selected from ceramics, glasses and/or plastics, wherein at least one layer of the second block (B) contains transparent ceramic.
  • transparent or transparency denote a clear transparency in differentiation from only translucent, ie translucent components.
  • the transparent composite pane according to the invention contains, preferably consists of, a composite of transparent layers in a partitioned construction, which contains two blocks separated from one another by a gas-filled intermediate space
  • the transparent composite pane can also contain further transparent layers, also arranged in combination.
  • the transparent composite pane preferably consists of a combination of transparent layers in a partitioned construction.
  • the composite of transparent layers in a partitioned construction contains two blocks separated from one another by a gas-filled space.
  • the composite can comprise one or more further blocks with one or more transparent layers.
  • the composite preferably consists of the two blocks separated from one another by a gas-filled space.
  • the gas-filled space preferably has a thickness of 10 to 30 mm, more preferably 15 mm to 25 mm.
  • the gas-filled space can be filled with any non-flammable gas.
  • suitable gases are inert gases such as nitrogen, helium, neon, argon, krypton and xenon. Gases that are used in multiple glazing to achieve good thermal insulation, such as argon, krypton and xenon, especially argon, are particularly suitable. In some embodiments, these gases can reduce the thermal stress on the refractive index-matched adhesive layer.
  • the first block (A) contains at least one layer/layer selected from glasses and/or plastics.
  • the first block (A) preferably contains a composite of at least two, such as two, three, four or five, preferably two or three, most preferably two layers selected from glasses and/or plastics.
  • the first block (A) consists of a composite of at least two, such as two, three, four or five, preferably two or three, most preferably two layers selected from glasses and/or plastics.
  • the first block (A) preferably contains a composite of at least one layer of glass and at least one layer of plastic, more preferably a composite of a layer of glass and a layer of plastic.
  • the outer layer of the first block (A) in contact with the gas-filled space is a layer of plastic.
  • the outer layer of the first block (A) without contact to the gas-filled space is a layer of glass.
  • the first block (A) preferably does not contain a layer containing transparent ceramics.
  • the first block (A) preferably has a thickness of 5 to 20 mm, more preferably 5 mm to 10 mm.
  • the second block (B) contains a composite of at least two transparent layers selected from ceramics, glasses and/or plastics, with at least one layer of the second block (B) containing transparent ceramic.
  • the second block (B) includes at least one layer containing transparent ceramic and at least one layer of glass or plastic.
  • the second block (B) preferably contains a composite of two to ten, such as two, three, four, five or six, preferably two, three or four, most preferably two layers selected from ceramics, glasses and/or plastics.
  • the second block (B) consists of a composite of at least two, such as two to ten, such as two, three, four, five or six, preferably two, three or four, most preferably two or Layers selected from ceramics, glasses and / or plastics.
  • At least one, such as one to three, preferably one or two, most preferably one layer of the second block (B) contains transparent ceramic.
  • the layer of the second block (B) in contact with the gas-filled space contains transparent ceramics.
  • the at least one layer of the second block (B), which contains transparent ceramic is preferably made up of a plate made of transparent ceramic or of plates made of transparent ceramic arranged in a mosaic or in series.
  • the mosaic or serially arranged plates made of transparent ceramic are bonded by an adhesion-promoting bonding agent, preferably with a refractive index matched to the transparent ceramic.
  • a layer of the second block (B) containing transparent ceramics preferably has a thickness of 5 to 15 mm.
  • the second block (B) preferably has a thickness of 30 to 60 mm.
  • the thickness of the second block (B) depends on the requirements, i.e. which threat is to be stopped.
  • the plies of the first block (A) and the plies of the second block (B) may be bonded together by any suitable method.
  • the layers are usually connected to one another by means of a bonding agent that promotes adhesion.
  • the layers can be connected and held together by a mount or, advantageously, by layers that are as thin as possible ( ⁇ 0.8 mm, preferably ⁇ 0.2 mm) of a suitable adhesive as the connecting means.
  • a suitable adhesive as the connecting means.
  • the use of such adhesives is generally known (EP 2 275 772 A1, US Pat. No. 7,584,689 B2 and US 2009/0320675 A1).
  • adhesive-free chemically activated joints can also be used (C. Myatt et al., Precision Photonics, Doc. #20060101), whose applicability for polycrystalline (sintered) magnesium aluminate ceramics was described by RO Loutfy (www.virtualacquisitionshowcase.com/ document/1480/briefmg).
  • the bonding of the butt joints of adjacent ceramic plates can also be produced by ceramic joining processes, as described, for example, in US 2011/0039094 A1 or for sapphire single-crystal plates by McGuire et al. (Proc. SPIE AeroSense Symposium, Orlando, FL, April 16, 2001) or by - for example also laser-supported - diffusion bonding.
  • All ceramics that are suitable for laminated panes for security applications are suitable as ceramics for the at least one layer of the second block (B), which contains transparent ceramic.
  • Examples are monocrystalline magnesium aluminate spinel, colorless AI2O3 monocrystals (sapphire or corundum), polycrystalline sintered ceramics made from magnesium aluminate spinel, polycrystalline AhCL sintered ceramics and/or polycrystalline sintered ceramics made from aluminum oxynitride.
  • Suitable glasses for the first block (A) and the second block (B) are all transparent glasses that are suitable for laminated panes for security applications, preferably mineral glass, borosilicate glass, clear glass or glass with a low iron content.
  • Polycarbonate is particularly suitable.
  • FIGS. 1-4 Preferred embodiments of the transparent laminated pane according to the invention are illustrated in FIGS. 1-4.
  • the second block (B) consists of a sheet of transparent ceramic bonded to a sheet of plastic by an adhesive layer.
  • the transparent ceramic is designed as a continuous plate, for example made of magnesium aluminate spinel.
  • the layer of transparent ceramic is in contact with the gas-filled space.
  • the first block (A) consists of a layer of glass bonded to a layer of plastic with an adhesive layer.
  • the layer of plastic is in contact with the gas-filled space.
  • the second block (B) consists of a sheet of transparent ceramic bonded to a sheet of plastic by an adhesive layer.
  • the transparent ceramic is designed as a mosaic made of magnesium aluminate spinel, for example.
  • the individual ceramic tiles of the mosaic are connected to each other by means of a refractive index-matched adhesive in the joints between the tiles.
  • the layer of transparent ceramic is in contact with the gas-filled space.
  • the first block (A) consists of a layer of glass bonded to a layer of plastic with an adhesive layer.
  • the layer of plastic is in contact with the gas-filled space.
  • the second block (B) consists of one layer of transparent ceramic and two layers of plastic.
  • the layer of transparent ceramic is connected to a first layer of plastic via an adhesive layer.
  • This first layer of plastic is in turn connected to a second layer of plastic via an adhesive layer.
  • the two layers of plastic differ in the type of plastic.
  • the transparent ceramic is designed as a continuous plate made of magnesium aluminate spinel, for example.
  • the layer of transparent ceramic is in contact with the gas-filled space.
  • the first block (A) consists of a layer of glass bonded to a layer of plastic with an adhesive layer.
  • the layer of plastic is in contact with the gas-filled space.
  • the second block (B) consists of one layer of transparent ceramic and two layers of plastic.
  • the layer of transparent ceramic is connected to a first layer of plastic via an adhesive layer.
  • This first layer of plastic is in turn connected to a second layer of plastic via an adhesive layer.
  • the two layers of plastic differ in the type of plastic.
  • the transparent ceramic is designed as a mosaic made of magnesium aluminate spinel, for example.
  • the individual ceramic tiles of the mosaic are connected to each other by means of a refractive index-matched adhesive in the joints between the tiles.
  • the layer of transparent ceramic is in contact with the gas-filled space.
  • the first block (A) consists of a layer of glass bonded to a layer of plastic with an adhesive layer.
  • the layer of plastic is in contact with the gas-filled space.
  • a partitioned structure of the transparent laminated pane according to the invention as described here, consisting of two blocks separated from one another by a gas-filled space, offers effective protection against projectiles with a hard metal core, such as a tungsten carbide core.
  • the job of the first block which is composed of one or more layers of glass and polycarbonate bonded together, is to rip open the projectile jacket and strip it back as far as possible so that only the core of the projectile hits the second block directly.
  • the front layer of the second block is formed by the transparent ceramic, which is connected to one or more glass and/or polycarbonate layers by means of an adhesive layer.
  • This effect makes it possible to use transparent composite panes that are up to 30% lighter than composite panes with a front layer of transparent ceramic with the same effect.
  • the weight advantage is achieved by the arrangement according to the invention, in particular when the ceramic layer is designed as a mosaic.
  • a lower protective effect is observed with direct hits on joints and edge areas of ceramic tiles than with hits in the central areas of the ceramic tiles. Therefore, in order to be able to stop projectiles with a tungsten carbide core on the entire armor surface, the thickness of the ceramic tiles must be increased. This disadvantage disappears when the ceramic tiles are used as the front layer of the second block in the partitioned structure according to the invention. If the projectile jacket is stripped off the tip of the tungsten carbide core when penetrating the first block, severe fragmentation of the core occurs even when hitting joints and edge areas of the transparent ceramic tiles. This means that the joints and edge areas of the ceramic tiles do not form any ballistic weak points in this arrangement.
  • a further advantage of the arrangement according to the invention is that when the ceramic layer is designed as a mosaic, the joints are protected from environmental influences.
  • a transparent laminated pane as a windscreen in a vehicle, it is necessary for the joints between the ceramic tiles to be as invisible as possible.
  • This can be achieved by using an adhesive with an index of refraction that is the same as, or very close to, that of the ceramic.
  • the properties of such adhesives can be affected by environmental influences.
  • the position of the ceramic layer on the inside of the laminated pane, as in the partitioned arrangement according to the invention protects the adhesive against mechanical loads from the outside.
  • the gas in the gap could also be used to reduce thermal stress on the adhesive layer.
  • the present invention relates to the use of the transparent laminated pane as described herein for security and/or protective applications for panes or windows in the civil and military sectors.
  • the transparent laminated pane according to the invention can be used for safety and/or protective panes or windows in vehicles, flying objects or in personal protection.
  • the transparent composite sheet of the present invention provides protection from hard metal cored projectiles, such as tungsten carbide cored projectiles.
  • protection against projectiles with a hard metal core means that the transparent composite pane according to the invention withstands the impact of projectiles with a hard metal core and penetration through the transparent composite pane according to the invention is prevented.
  • joint firing was carried out with an upstream first block consisting of a 4 mm thick glass plate and a 5 mm thick polycarbonate plate.
  • the second block consisted of two 14 mm thick spinel plates arranged side by side, which were connected to the following 20 mm thick polycarbonate plate by means of an adhesive layer. Behind it was a stack of several polycarbonate sheets, each 20 mm thick, to protect in case of a Perforation of the sealed target to be able to determine the residual penetration.
  • the width of the joint between the panels was 0.3 mm.
  • Figure 5 shows a photo of the target structure on the left.
  • the X-ray flash photograph in the right part of Figure 5 shows the projectile after it has just penetrated the first block and is in the space between the blocks. From the X-ray image (right) it can be seen that the projectile jacket had been stripped back by the first block used and the projectile hit with a slight offset to the joint (visible as a dark stripe).
  • the hard metal projectile core was completely fragmented upon interaction with the target and no projectile fragments penetrated the polycarbonate plate behind the spinel ceramic. This is illustrated by the photo of the polycarbonate plate after the bombardment in Figure 6.
  • the spinel ceramic was also severely fragmented when the projectile penetrated and the fragments detached from the polycarbonate plate.
  • the radial crack pattern is still visible on the polycarbonate plate.
  • the dark deposits on the polycarbonate sheet are particles of the hard metal projectile core that had not penetrated the polycarbonate.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft transparente Verbundscheiben für Sicherheitsanwendungen, die einen Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise mit zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennten Blöcken enthalten, wobei die Lage des zweiten Blocks mit Kontakt zum gasgefüllten Zwischenraum transparente Keramik enthält, sowie deren Verwendung für Sicherheits- und/oder Schutzanwendungen für Scheiben oder Fenster im zivilen und militärischen Bereich.

Description

Transparente Verbundscheibe mit erhöhter Wirkung gegen Projektile mit Hartmetallkern
Die vorliegende Erfindung betrifft transparente Verbundscheiben für Sicherheitsanwendungen, die einen Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise, der zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennte Blöcke enthalten, wobei die Lage des zweiten Blocks mit Kontakt zum gasgefüllten Zwischenraum transparente Keramik enthält.
Technischer Hintergrund
Sicherheitsfenster, insbesondere als durchschusshemmender transparenter Schutz, unterliegen insbesondere für Fahrzeuge und Flugobjekte ständig steigenden Forderungen nach geringerem Gewicht oder - mit Blick auf den Platzbedarf - dünneren Scheiben bei gleichzeitig wachsendem Sicherheitsbedürfnis. Traditionell bekannte Panzerglasfenster können diese Forderungen nicht für alle Einsatzfälle erfüllen, so dass seit ca. 20 Jahren breite internationale Entwicklungen zur Substitution vor allem der äußeren Schicht (bzw. Schichten) laminierter Verbundfenster durch transparente ein- oder polykristalline keramische Materialien bekannt sind.
Die Wirkung von transparenten Keramiken gegen Projektilkerne aus Hartmetall wie beispielsweise Wolframcarbid ist deutlich geringer als gegen Stahlkeme. Trifft ein Stahlprojektil mit hoher Geschwindigkeit auf eine Keramik, wird es stark verformt und verliert einen großen Anteil seiner Masse durch Erosion bei der Wechselwirkung mit der Keramik. Dieser Effekt kann schon bei geringen Keramikstärken beobachtet werden. Wolframcarbidkerne werden bei der Wechselwirkung mit transparenten Keramiken deutlich weniger stark fragmentiert. Bei transparenter Spinellkeramik tritt bei Material stärken bis 11 mm nur eine geringfügige Erosion an der Spitze der Wolframcarbidkerne auf. Wenn das Kernmaterial versagt, entstehen nur wenige Risse und Bruchstücke. Eine stärkere Zerlegung des Kerns kann nur mit dickeren Spinellplatten erzielt werden. Ziel ist es jedoch, mit möglichst geringem Gewicht transparenten Schutz gegen Projektile mit Hartmetallkern (z.B. Wolframcarbid) zu realisieren. Bei Schutzanordnungen mit transparenter Keramik wird eine Frontschicht aus transparenter Keramik verwendet, um eine erhöhte Wirksamkeit gegen Projektile mit Hartkern (gehärteter Stahlkern oder Wolframcarbidkem) im Vergleich zu Verbundsicherheitsgläsern (Laminate aus Glas- und Kunststoffschichten) zu erreichen.
US 7,584,689 B2 beschreibt Verbundpanzerungen bestehend aus einer Frontschicht aus transparenter Keramik, Glasscheiben und Kunststoffscheiben und deren Wirkung gegen unterschiedliche Typen kleinkalibriger Munition mit Weichkem und Hartkem, einschließlich Wolframcarbidkem. Als mögliche transparente Keramiken werden Magnesium- Aluminat- Spinell (MgAhCU), Aluminiumoxinitrid (A10N), polykristallines Aluminiumoxid (AI2O3) und Saphir (AhCh-Einkristall) genannt.
US 2009/0320675 Al beschreibt insbesondere die Ausführung der Keramikschicht in Form eines Mosaiks aus vielen transparenten Keramikplatten und Schutzanordnungen mit zwei Keramikmosaikschichten mit gegeneinander versetzten Fugen.
In DE 20 2008 014 264 Ul werden ebenfalls Keramik-Glas-Kunststoffverbunde mit Keramikmosaikschichten beschrieben, wobei hier auch nicht quadratische Keramikkacheln verwendet werden.
In DE 10 2011 014100 Al steht die Verwendung eines brechungsindexangepassten Klebers im Vordergrund und die damit verbundene Möglichkeit der Einbettung von Keramikteilen mit komplexer Geometrie.
WO 2013/017448 Al zeigt die Vorteile von einkristallinem Spinell gegenüber polykristallinen transparenten Keramiken und Saphir auf.
In allen genannte Schutzanordnungen wurde die Spinellkeramik immer als Frontschicht eingesetzt. Auch bei geschotteten Aufbauten wurde die Spinellkeramik als Frontschicht des ersten Blocks verwendet.
Aufgrund der deutlich höheren Festigkeit und Härte der transparenten Keramik im Vergleich zu Gläsern wird bei Projektilkemen aus gehärtetem Stahl die Fließgrenze bei der Eindringung in die Keramik überschritten. Dadurch vergrößert sich einerseits die Grenzfläche zwischen Projektil und Keramik. Andererseits wird Projektilmaterial erodiert, d.h. die Masse des Projektilkerns nimmt ab. Darüber hinaus wird der Projektilkem durch Brüche weiter geschädigt und das Eindringvermögen reduziert. Bei der Eindringung von Projektilkemen aus Wolframcarbid in transparente Keramik treten die genannten Schädigungen nur in deutlich abgeschwächter Form und in Abhängigkeit von der Dicke der Keramikschicht auf. Um die gewünschte Wirkung zu erreichen müssen dicke Schichten (12-14 mm) transparenter Keramik eingesetzt werden. Dadurch verringert sich die Effizienz dieser Schutzanordnungen bezogen auf ihre Masse.
Es besteht somit ein Bedarf für Schutzanordnungen, die gute Schutzwirkung gegenüber Projektilen mit Hartmetallkem, wie Wolframcarbid, erzielen, leicht sind und eine gute Witterungsbeständigkeit aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine transparente Verbundscheibe für Sicherheitsanwendungen enthaltend einen Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise, der zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennte Blöcke enthält, wobei der erste Block (A) mindestens eine transparente Lage ausgewählt aus Gläsern und/oder Kunststoffen enthält; und der zweite Block (B) einen Verbund aus mindestens zwei transparenten Lagen ausgewählt aus Keramiken, Gläsern und/oder Kunststoffen enthält, wobei mindestens eine Lage des zweiten Blocks (B) transparente Keramik enthält.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der transparente Verbundscheibe gemäß einem der vorangegangen Ansprüche für Sicherheits- und/oder Schutzanwendungen für Scheiben oder Fenster im zivilen und militärischen Bereich. Kurze Beschreibung der Figuren
Die Figuren 1-4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen transparenten Verbundscheibe.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform mit einem zweilagigen zweiten Block (B) mit einer Lage aus einer Platte aus transparenter Keramik verbunden mit einer Lage aus Kunststoff.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem zweilagigen zweiten Block (B) mit einer Lage aus mosaikmäßig angeordneten Platten aus transparenter Keramik verbunden mit einer Lage aus Kunststoff.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform mit einem dreilagigen zweiten Block (B) mit einer Lage aus einer Platte aus transparenter Keramik verbunden mit zwei miteinander verbundenen Lagen aus Kunststoff.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem zweilagigen zweiten Block (B) mit einer Lage aus mosaikmäßig angeordneten Platten aus transparenter Keramik verbunden mit zwei miteinander verbundenen Lagen aus Kunststoff.
Figur 5 zeigt Foto eines generischen Zielaufbaus (entsprechend der Ausführungsform in Figur 2) und Röntgenblitzaufnahme während der Projektileindringung
Figur 6 zeigt ein Foto der Polycarbonatplatte des zweiten Blocks nach Fugenbeschuss
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine transparente Verbundscheibe für Sicherheitsanwendungen enthaltend einen Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise, der zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennte Blöcke enthält, wobei der erste Block (A) mindestens eine transparente Lage ausgewählt aus Gläsern und/oder Kunststoffen enthält; und der zweite Block (B) einen Verbund aus mindestens zwei transparenten Lagen ausgewählt aus Keramiken, Gläsern und oder Kunststoffen enthält, wobei mindestens eine Lage des zweiten Blocks (B) transparente Keramik enthält.
Bekanntermaßen bezeichnen die Begriffe transparent oder Transparenz eine klare Durchsichtigkeit in Abgrenzung von nur transluzenten, das heißt durchscheinenden Komponenten.
Die erfindungsgemäße transparente Verbundscheibe enthält, vorzugsweise besteht aus einen Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise, der zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennte Blöcke enthält
Neben dem Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise kann die transparente Verbundscheibe noch weitere transparente Lagen auch im Verbund angeordnet enthalten.
Bevorzugt besteht die transparente Verbundscheibe aus einen Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise.
Der Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise enthält zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennte Blöcke.
Neben den zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennte Blöcke kann der Verbund einen oder mehrere weitere Blöcke mit einer oder mehreren transparenten Lagen umfassen.
Vorzugsweise besteht der Verbund aus den zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennten Blöcken.
Der gasgefüllte Zwischenraum hat vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 30 mm, stärker bevorzugt von 15 mm bis 25 mm.
Der gasgefüllte Zwischenraum kann mit jedem nicht entzündbaren Gas gefüllt sein. Geeignete Gase sind beispielsweise Inertgase wie Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Besonders geeignet sind Gase, die in Mehrfachverglasungen eingesetzt werden um eine gute thermische Isolation zu erreichen, wie Argon, Krypton und Xenon, insbesondre Argon. Durch diese Gase kann in einigen Ausführungsformen die thermische Belastung der brechungsindexangepassten Klebeschicht verringert werden.
Der erste Block (A) enthält mindestens eine Schicht/Lage ausgewählt aus Gläsern und/oder Kunststoffen.
Vorzugsweise enthält der erste Block (A) einen Verbund aus mindestens zwei, wie beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf, bevorzugt zwei oder drei, am stärksten bevorzugt zwei Lagen ausgewählt aus Gläsern und/oder Kunststoffen.
Es ist besonders bevorzugt, dass der erste Block (A) aus einen Verbund aus mindestens zwei, wie beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf, bevorzugt zwei oder drei, am stärksten bevorzugt zwei Lagen ausgewählt aus Gläsern und/oder Kunststoffen besteht.
Vorzugsweise enthält der erste Block (A) einen Verbund aus mindestens einer Lage aus Glas und eine mindestens einer Lage aus Kunststoff, stärker bevorzugt einen Verbund aus einer Lage Glas und einer Lage Kunststoff.
Es ist besonders bevorzugt, dass die äußere Lage des ersten Blocks (A) mit Kontakt zum gasgefüllten Zwischenraum eine Lage Kunststoff ist.
Es ist weiterhin besonders bevorzugt, dass die äußere Lage des ersten Blocks (A) ohne Kontakt zum gasgefüllten Zwischenraum eine Lage Glas ist.
Der erste Block (A) enthält vorzugsweise keine Lage, die transparente Keramik enthält.
Der erste Block (A) hat vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 20 mm, stärker bevorzugt von 5 mm bis 10 mm. Der zweite Block (B) enthält einen Verbund aus mindestens zwei transparenten Lagen ausgewählt aus Keramiken, Gläsern und oder Kunststoffen, wobei mindestens eine Lage des zweiten Blocks (B) transparente Keramik enthält.
Vorzugsweise enthält der zweite Block (B) die mindestens eine Lage, die transparente Keramik enthält, und mindestens eine Lage aus Glas oder aus Kunststoff.
Vorzugsweise enthält der zweite Block (B) einen Verbund aus zwei bis zehn, wie beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder sechs, bevorzugt zwei, drei oder vier, am stärksten bevorzugt zwei Lagen ausgewählt aus Keramiken, Gläsern und/oder Kunststoffen.
Es ist besonders bevorzugt, dass der der zweite Block (B) aus einen Verbund aus mindestens zwei, so wie zwei bis zehn, wie beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder sechs, bevorzugt zwei, drei oder vier, am stärksten bevorzugt zwei oder Lagen ausgewählt aus Keramiken, Gläsern und/oder Kunststoffen besteht.
Mindestens eine, wie beispielsweise eine bis drei, bevorzugt eine oder zwei, am stärksten bevorzugt eine Lage des zweiten Blocks (B) enthält transparente Keramik.
Es ist bevorzugt, dass die Lage des zweiten Blocks (B) mit Kontakt zum gasgefüllten Zwischenraum transparente Keramik enthält.
Die mindestens eine Lage des zweiten Blocks (B), die transparente Keramik enthält, ist vorzugsweise aus einer Platte aus transparenter Keramik oder aus mosaik- oder serienmäßig angeordneten Platten aus transparenter Keramik aufgebaut. Vorzugsweise werden die mosaik- oder serienmäßig angeordneten Platten aus transparenter Keramik durch ein haftvermittelndes Verbindungmittel, vorzugsweise mit einem an die transparente Keramik angepassten Brechungsindex, miteinander verbunden.
Beispiele für eine Anordnung mosaik- oder serienmäßig angeordneten Platten aus transparenter Keramik sind in US 7,584,689 B2, US 2009/0320675 Al oder DE 20 2008 014 264 Ul beschrieben. Eine oder mehrere solcher mosaik- oder serienmäßig angeordneten Platten können auch zu einem größeren Fenster verarbeitet werden.
Eine Lage des zweiten Blocks (B), die transparente Keramik enthält, hat vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 15 mm.
Der zweite Block (B) hat vorzugsweise eine Dicke von 30 bis 60 mm. Die Dicke des zweiten Blocks (B) hängt dabei von den gestellten Anforderungen ab, d.h. welche Bedrohung gestoppt werden soll.
Die Lagen des ersten Blocks (A) und die Lagen des zweiten Blocks (B) können durch jede geeignete Methode zu einem Verbund zusammengebracht werden. Üblicherweise werden die Lagen durch ein haftvermittelndes Verbindungmittel miteinander verbunden.
Dabei können die Lagen durch eine Fassung oder, vorteilhafterweise, durch möglichst dünne Schichten (< 0.8 mm, vorzugsweise < 0,2 mm) eines geeigneten Klebers als Verbindungsmittel verbunden und zusammengehalten wird. Die Verwendung solcher Kleber ist allgemein bekannt (EP 2 275 772 Al, US 7,584,689 B2 und US 2009/0320675 Al).
Alternativ sind auch kleber-freie chemisch-aktivierte Fügungen nutzbar (C. Myatt u.a., Precision Photonics, Doc. #20060101), deren Anwendbarkeit für polykristalline (gesinterte) Magnesium- Aluminat-Keramiken von R.O. Loutfy beschrieben wurde (www.virtualacquisitionshowcase.com/document/1480/briefmg). Speziell die Bindung der Stoßfugen benachbarter Keramik-Platten kann auch durch keramische Füge-Prozesse erzeugt werden, wie z.B. in US 2011/0039094 Al oder für Saphir- Einkristallplatten von McGuire u.a. beschrieben (Proc. SPIE AeroSense Symposium, Orlando, FL, April 16, 2001) oder auch durch - z.B. auch Laser-gestütztes - Diffusionsfügen (diffusion bonding).
Als Keramiken für die mindestens eine Lage des zweiten Blocks (B), die transparente Keramik enthält, eignen sich alle Keramiken, die für Verbundscheiben für Sicherheitsanwendungen geeignet sind.
Beispiele sind einkristallines Magnesium- Aluminat-Spinell, farblose AI2O3- Einkristalle (Saphir oder Korund), poly kristalline Sinterkeramik aus Magnesium- Aluminat-Spinell, polykristalline AhCL-Sinterkeramik und/oder polykristalline Sinterkeramik aus Aluminiumoxynitrid.
Der Aufbau und die Verwendung dieser Keramiken in Lagen von Verbundscheiben für Sicherheitsanwendung ist beispielsweise in US 7,584,689 B2 und WO 2013/017448 Al beschrieben.
Als Gläser für den ersten Block (A) und den zweiten Block (B) eignen sich alle transparenten Gläser, die für Verbundscheiben für Sicherheitsanwendungen geeignet sind, vorzugsweise mineralisches Glas, Borosilikatglas, Klarglas oder Glas mit geringem Eisenanteil.
Als Kunststoffe für den ersten Block (A) und den zweiten Block (B) eignen sich alle transparenten Kunststoffe, die für Verbundscheiben für Sicherheitsanwendungen geeignet sind.
Besonders geeignet ist Polycarbonat.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen transparente Verbundscheibe sind in den Figuren 1-4 illustriert.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform, illustriert in Figur 1, besteht der zweite Block (B) aus einer Lage aus transparenter Keramik, die über eine Klebeschicht mit einer Lage aus Kunststoff verbunden ist. Die transparente Keramik ist als durchgängige Platte beispielsweise aus Magnesium- Aluminat- Spinell ausgeführt. Die Lage aus transparenter Keramik ist in Kontakt mit dem gasgefüllten Zwischenraum. Der erste Block (A) aus einer Lage aus Glas, die über eine Klebeschicht mit einer Lage aus Kunststoff verbunden ist. Die Lage aus Kunststoff ist in Kontakt mit dem gasgefüllten Zwischenraum.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, illustriert in Figur 2, besteht der zweite Block (B) aus einer Lage aus transparenter Keramik, die über eine Klebeschicht mit einer Lage aus Kunststoff verbunden ist. Die transparente Keramik ist als Mosaik beispielsweise aus Magnesium- Aluminat-Spinell ausgeführt. Die einzelnen Keramikplatten des Mosaiks sind durch einen brechungsindexangepassten Kleber in den Fugen zwischen den Platten miteinander verbunden. Die Lage aus transparenter Keramik ist in Kontakt mit dem gasgefüllten Zwischenraum. Der erste Block (A) aus einer Lage aus Glas, die über eine Klebeschicht mit einer Lage aus Kunststoff verbunden ist. Die Lage aus Kunststoff ist in Kontakt mit dem gasgefüllten Zwischenraum.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform, illustriert in Figur 3, besteht der zweite Block (B) aus einer Lage aus transparenter Keramik und zwei Lagen Kunststoff. Die Lage aus transparenter Keramik ist über eine Klebeschicht mit einer ersten Lage aus Kunststoff verbunden. Diese erste Lage aus Kunststoff ist wiederum über eine Klebeschicht mit einer zweiten Lage aus Kunststoff verbunden. Die beiden Lagen aus Kunststoff unterscheiden sich dabei durch den Kunststofftyp. Die transparente Keramik ist als durchgängige Platte beispielsweise aus Magnesium- Aluminat- Spinell ausgeführt. Die Lage aus transparenter Keramik ist in Kontakt mit dem gasgefüllten Zwischenraum. Der erste Block (A) aus einer Lage aus Glas, die über eine Klebeschicht mit einer Lage aus Kunststoff verbunden ist. Die Lage aus Kunststoff ist in Kontakt mit dem gasgefüllten Zwischenraum. In einer vierten bevorzugten Ausführungsform, illustriert in Figur 4, besteht der zweite Block (B) aus einer Lage aus transparenter Keramik und zwei Lagen Kunststoff. Die Lage aus transparenter Keramik ist über eine Klebeschicht mit einer ersten Lage aus Kunststoff verbunden. Diese erste Lage aus Kunststoff ist wiederum über eine Klebeschicht mit einer zweiten Lage aus Kunststoff verbunden. Die beiden Lagen aus Kunststoff unterscheiden sich dabei durch den Kunststofftyp. Die transparente Keramik ist als Mosaik beispielsweise aus Magnesium- Aluminat- Spinell ausgeführt. Die einzelnen Keramikplatten des Mosaiks sind durch einen brechungsindexangepassten Kleber in den Fugen zwischen den Platten miteinander verbunden. Die Lage aus transparenter Keramik ist in Kontakt mit dem gasgefüllten Zwischenraum. Der erste Block (A) aus einer Lage aus Glas, die über eine Klebeschicht mit einer Lage aus Kunststoff verbunden ist. Die Lage aus Kunststoff ist in Kontakt mit dem gasgefüllten Zwischenraum.
Er hat sich überraschenderweise gezeigt, dass ein geschotteter Aufbau der erfindungsgemäßen transparenten Verbundscheibe wie hierin beschrieben aus zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennten Blöcken einen effektiven Schutz vor Projektilen mit Hartmetallkern, wie beispielsweise Wolframcarbidkem bietet.
Die Aufgabe des ersten Blockes, der aus einer oder mehreren miteinander verbundenen Glas und Polycarbonatschichten zusammengesetzt ist, besteht darin, den Projektilmantel aufzureißen und möglichst weit zurück zu streifen, so dass nur der Kern des Projektils direkt auf den zweiten Block trifft. Die Frontschicht des zweiten Blocks wird von der transparenten Keramik ausgebildet, die mittels einer Klebeschicht mit einer oder mehreren Glas- und/oder Polycarbonatschichten verbunden ist. Dadurch wird der Wolframcarbidkem beim Impakt auf der Keramik stark fragmentiert und das Eindringvermögen stark reduziert.
Die Beobachtung, dass die Eindringtiefe eines Projektils mit Wolframcarbidkem in ein Keramik-Verbundziel abnimmt, wenn der Projektilmantel entfernt wird, wurde in P.J. Hazell, G. J. Appleby-Thomas, D. Philbey, W. Tolman, »The effect of gilding jacket material on the penetration mechanics of 7.62 mm armour-piercing projectile«, Int. Journal of Impact Engineering 54 (2013) 11-18 beschrieben.
Durch diesen Effekt ist es möglich, transparente Verbundscheiben mit einem bis zu 30 % geringeren Gewicht gegenüber Verbundscheiben mit einer Frontschicht aus transparenter Keramik mit gleicher Wirkung zu verwenden.
Der Gewichtsvorteil wird durch die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere auch bei der Ausführung der Keramikschicht als Mosaik erreicht. Bei direkten Treffern auf Fugen und Randbereiche von Keramikkacheln wird eine geringere Schutzwirkung beobachtet als bei Treffern in den zentralen Bereichen der Keramikkacheln. Um Projektile mit Wolframcarbidkern auf der gesamten Panzerungsfläche stoppen zu können, muss daher die Dicke der Keramikkacheln erhöht werden. Dieser Nachteil entfällt, wenn die Keramikkacheln als Frontschicht des zweiten Blocks in dem erfindungsgemäßen geschotteten Aufbau eingesetzt werden. Wird der Projektilmantel beim Durchdringen des ersten Blocks von der Spitze des Wolframcarbidkerns abgestreift, tritt eine starke Fragmentierung des Kerns auch bei Treffern auf Fugen und Randbereiche der transparenten Keramikkacheln ein. Das heißt, die Fugen und Randbereiche der Keramikkacheln bilden in dieser Anordnung keine ballistischen Schwachstellen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, dass bei der Ausführung der Keramikschicht als Mosaik die Fugen gegenüber Umwelteinflüssen geschützt sind. Für den Einsatz einer transparenten Verbundscheibe als Frontscheibe in einem Fahrzeug ist es erforderlich, dass die Fugen zwischen den Keramikkacheln möglichst unsichtbar sind. Dies kann durch die Verwendung eines Klebers erreicht werden, dessen Brechungsindex gleich dem der Keramik ist, oder diesem sehr nahekommt. Die Eigenschaften solcher Kleber können jedoch durch Umwelteinflüsse beeinträchtigt werden. Durch die Position der Keramikschicht im Inneren der Verbundscheibe, wie in der erfindungsgemäßen geschotteten Anordnung, wird der Kleber gegen mechanische Belastungen von außen geschützt. Das Gas im Zwischenraum könnte darüber hinaus genutzt werden, um thermische Belastungen der Klebeschicht zu reduzieren.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der transparenten Verbundscheibe wie hierin beschrieben für Sicherheits- und/oder Schutzanwendungen für Scheiben oder Fenster im zivilen und militärischen Bereich.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße transparente Verbundscheibe wie hierin beschrieben für Sicherheits- und/oder Schutz scheib en oder -fenster in Fahrzeugen, Flugobjekten oder im Personenschutz verwendet werden.
Dabei bietet die erfindungsgemäße transparente Verbundscheibe wie hierin beschrieben vorteilhafterweise Schutz vor Projektilen mit Hartmetallkem, wie Projektilen mit Wolframcarbidkern.
Schutz vor Projektilen mit Hartmetallkern bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die erfindungsgemäße transparente Verbundscheibe dem Einschlag von Projektilen mit Hartmetallkern standhält und ein Durchschlag durch die erfindungsgemäße transparente Verbundscheibe verhindert wird.
Im Weiteren wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Beispiel
Um den Effekt des abgestreiften Projektilmantels eines Projektils mit Hartmetallkem beim Fugenbeschuss zu testen, wurde ein Fugenbeschuss mit vorgeschaltetem ersten Block, bestehend aus einer 4 mm dicken Glas- und einer 5 mm dicken Polycarbonatplatte, durchgeführt. Der zweite Block bestand aus zwei, nebeneinander angeordneten 14 mm dicken Spinellplatten, die mit der folgenden 20 mm dicken Polycarbonatplatte mittels einer Klebeschicht verbunden waren. Dahinter befand sich ein Stapel aus mehreren jeweils 20 mm dicken Polycarbonatplatten, um im Fall einer Perforation des geschotteten Ziels die Resteindringung bestimmen zu können. Die Breite der Fuge zwischen den Platten betrug 0,3 mm. Figur 5 zeigt links ein Foto des Zielaufbaus.
Die Röntgenblitzaufnahme im rechten Teil der Figur 5 zeigt das Projektil nachdem es den ersten Block gerade durchschlagen hat und sich in dem Raum zwischen den Blöcken befindet. Aus der Röntgenaufnahme (rechts) ist zu erkennen, dass der Projektilmantel durch den verwendeten ersten Block zurückgestreift worden war und das Projektil mit einem geringen Versatz zur Fuge (sichtbar als dunkler Streifen) auftraf.
Der Projektilkem aus Hartmetall wurde bei der Wechselwirkung mit dem Ziel vollständig fragmentiert und es drangen keine Projektilteile in die Polycarbonatplatte hinter der Spinellkeramik ein. Das veranschaulicht das Foto der Polycarbonatplatte nach dem Beschuss in Figur 6. Die Spinellkeramik wurde bei der Projektileindringung ebenfalls stark fragmentiert und die Bruchstücke lösten sich von der Polycarbonatplatte. Das strahlenförmige Rissbild ist auf der Polycarbonatplatte noch erkennbar. Bei den dunklen Anhaftungen auf der Polycarbonatplatte handelt es sich um Partikel des Projektilkerns aus Hartmetall, die nicht in das Polycarbonat eingedrungen waren.

Claims

Ansprüche Transparente Verbundscheibe für Sicherheitsanwendungen enthaltend einen Verbund aus transparenten Lagen in geschotteter Bauweise, der zwei durch einen gasgefüllten Zwischenraum voneinander getrennte Blöcke enthält, wobei der erste Block (A) mindestens eine transparente Lage ausgewählt aus Gläsern und oder Kunststoffen enthält; und der zweite Block (B) einen Verbund aus mindestens zwei transparenten Lagen ausgewählt aus Keramiken, Gläsern und oder Kunststoffen enthält, wobei mindestens eine Lage des zweiten Blocks (B) transparente Keramik enthält. Die transparente Verbundscheibe gemäß Anspruch 1, wobei die transparente Keramik ausgewählt ist aus einkristallinem Magnesium- Aluminat-Spinell, farblose AhCL-Einkristalle (Saphir oder Korund), polykristalline Sinterkeramik aus Magnesium- Aluminat-Spinell, polykristalline AhCL-Sinterkeramik und/oder polykristalline Sinterkeramik aus Aluminiumoxynitrid. Die transparente Verbundscheibe gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Lage des zweiten Blocks (B), die transparente Keramik enthält, aus einer Platte aus transparenter Keramik oder aus mosaik- oder serienmäßig angeordneten Platten aus transparenter Keramik aufgebaut ist. Die transparente Verbundscheibe gemäß Anspruch 3, wobei die mosaik- oder serienmäßig angeordneten Platten aus transparenter Keramik durch ein haftvermittelndes Verbindungmittel, vorzugsweise mit einem an die transparente Keramik angepassten Brechungsindex, miteinander verbunden sind. 5. Die transparente Verbundscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Lage des zweiten Blocks (B), die transparente Keramik enthält, eine Dicke von 5 bis 15 mmaufweist.
6. Die transparente Verbundscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Lage des zweiten Blocks (B), die transparente Keramik enthält, die Lage des zweiten Blocks (B) mit Kontakt zum gasgefüllten Zwischenraum ist.
7. Die transparente Verbundscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Lagen des ersten Blocks (A) und/oder die Lagen des zweiten Blocks (B) durch ein haftvermittelndes Verbindungmittel miteinander verbunden sind.
8. Die transparente Verbundscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Block (A) einen Verbund aus mindestens einer Lage aus Glas und eine mindestens einer Lage aus Kunststoff enthält.
9. Die transparente Verbundscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zweite Block (B) die mindestens eine Lage, die transparente Keramik enthält, und mindestens eine Lage aus Glas oder aus Kunststoff enthält.
10. Verwendung der transparente Verbundscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 für Sicherheits- und/oder Schutzanwendungen für Scheiben oder Fenster im zivilen und militärischen Bereich.
11. Die Verwendung gemäß Anspruch 10 für Sicherheits- und/oder Schutz scheib en oder -fenster in Fahrzeugen, Flugobjekten oder im Personenschutz.
12. Die Verwendung gemäß Anspruch 10 oder 11 zum Schutz vor Projektilen mit Hartmetallkern, wie Projektilen mit Wolframcarbidkern.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4236233C2 (de) * 1992-10-27 1996-04-25 Bayerische Motoren Werke Ag Panzerglasscheibe für ein Kraftfahrzeug
DE10055830A1 (de) * 2000-11-11 2002-05-29 Volker Bastian Temperaturunabhängige Verbundsicherheitsplatte
EP1888996B1 (de) 2005-06-10 2017-12-13 Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc. Durchsichtiger keramikverbundstoff
US20090320675A1 (en) 2007-04-23 2009-12-31 Landingham Richard L Mosaic Transparent Armor
US8123898B2 (en) 2007-07-18 2012-02-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Methods of bonding optical structures, bonding and silylation of optical structures, bonded optical structures, and silylated bonded optical structures
DE202008014264U1 (de) 2008-10-27 2009-02-05 GuS Präzision in Kunststoff, Glas und Optik GmbH & Co. KG Panzerglasverbundscheibe
DE102010013641A1 (de) * 2010-04-01 2011-10-06 Schott Ag Transparenter Glas-Polymer-Verbund
DE102011014100A1 (de) 2011-03-16 2012-09-20 Ceramtec-Etec Gmbh Transparentes Ballistik-Schutzsystem
DE102011080378A1 (de) 2011-08-03 2013-02-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Transparente Komposit-Scheibe für Sicherheitsanwendungen

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