Kuhn, Ernst (CH)
Haraldstad, Nils (NO)

EP19920810865

05/18/1994

11/09/1992

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WOLLWEBEREI ROTHRIST AG (CH)

F41H5/00; F41H5/04; (IPC1-7): F41H5/04

F41H5/04F4

5124195				Flexible coated fibrous webs
5008959				Bulletproof dress shirt
DE2927653A1
WO/1989/001127A2				COMPOSITE AND ARTICLE USING SHORT LENGTH FIBERS AT OBLIQUE ANGLES

1. Platte f·ur Stich- und Kugelschutzkleidung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus im wesentlichen parallelen, ·ubereinander angeordneten Lagen (10) hochfesten Textilfasermaterials in einer Matrix eines thermoplastischen Kunststoffs besteht.

2. Platte gem·ass Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage des Textilfasermaterials ein Gewebe ist.

3. Platte gem·ass Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Textilfasermaterial im wesentlichen aus Garn besteht, das aus Stapelfaser oder Endlosf·aden gesponnen ist.

4. Platte gem·ass einem der Anspr·uche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Textilfasermaterial im wesentlichen aus unversponnene Endlosf·aden besteht.

5. Platte gem·ass einem der Anspr·uche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Textilfasermaterials aus Aramid, hochfestem Polyethylen oder Carbonfaser bestehen und die Lagen entweder aus einem oder mehreren der vorgenannten Materialien bestehen.

6. Platte gem·ass einem der Anspr·uche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie l·angs bevorzugter Biegelinien Versetzungen (13, 15, 16, 17) der Lagen aufweist.

7. Platte gem·ass einem der Anspr·uche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mindestens zwei Plattenst·ucken zusammengesetzt ist, wobei die Plattenst·ucke ·uberlappend verbunden sind.

8. Platte gem·ass einem der Anspr·uche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehr als 10 und bevorzugt 15 Lagen von Textilfasermaterial aufgebaut ist.

9. Platte gem·ass einem der Anspr·uche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage ein Gewebe ist, das mindestens teilweise aus Garnen aus hochfester Polyethylenfaser im Bereich 400 dtex bis 1760 dtex, bevorzugt von etwa 440 dtex besteht und das ein Fl·achengewicht im Bereich 90 g/m<2> bis 165 g/m<2>, bevorzugt von etwa 140 g/m<2> aufweist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Platte gem·ass einem der Anspr·uche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen aus dem hochfestem Textilfasermaterial ein- oder beidseitig mit dem Thermoplast beschichtet werden, mindestens zwei solche Lagen aufeinandergelegt werden, sodass zwischen je zwei Lagen eine Thermoplastschicht zu liegen kommt, und unter erh·ohter Temperatur, bei der der Thermoplast erweicht, zur Platte verpresst werden.

11. Verfahren gem·ass Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast in Pulverform auf das Textilfasermaterial aufgebracht und in einem Kalander mit dem Textilfasermaterial zumindest teilweise verschmolzen wird.

12. Verfahren gem·ass einem der Anspr·uche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast in einer Menge von 20 g/m<2> bis 50 g/m<2>, bevorzugt mit etwa 35 g/m<2> auf das Textilfasermaterial aufgebracht wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Platte gem·ass einem der Anspr·uche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Lagen aus dem hochfestem Textilfasermaterial aufeinandergelegt werden, wobei zwischen je zwei Lagen eine Folie aus einem Thermoplast gelegt wird, und bei erh·ohter Temperatur, bei der der Thermoplast erweicht, zur Platte verpresst werden.

14. Verfahren gem·ass einem der Anspr·uche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast im wesentlichen Niederdruck-Polyethylen ist.

15. Stich- und Kugelschutzpaket mit mindestens einer Platte und einem Kugelschutzgewebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4, 5, 6 ,7) gem·ass einem der Anspr·uche 1 bis 9 ausgebildet ist.

16. Stich- und Kugelschutzpaket gem·ass Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des mehrlagigen Kugelschutzgewebes (8, 9) hochfestes Polyamid, Aramid oder hochfestes Polyethylen ist.

17. Stich- und Kugelschutzpaket gem·ass einem der Anspr·uche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Platten (4, 5; 6, 7) enth·alt.

18. Stich- und Kugelschutzweste mit mindestens einem Stich- und Kugelschutzpaket, dadurch gekennzeichnet, dass das Paket gem·ass einem der Anspr·uche 15 bis 17 ausgebildet ist, dass in einer als Oberk·orperbekleidungsst·uck geformten H·ulle an der Brust und/oder an der R·uckenfl·ache der Weste (1) Taschen (2, 3) eingearbeitet sind, in die jeweils ein Stich- und Kugelschutzpaket eingesetzt ist, wobei das Kugelschutzgewebe (8, 9) k·orperseitig angeordnet ist.

19. Stich- und Kugelschutzweste gem·ass Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten an die K·orperform angepasst vorgeformt oder aus Plattenst·ucken zusammengef·ugt sind und/oder Verbindungsn·ahte entlang besonders biegungsbeanspruchten Zonen aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Platte f·ur Stich- und Kugelschutzkleidung sowie deren Herstellung und ihre Verwendung mit Kugelschutzmaterial in Schutzkleidung.

Material f·ur Schutzwesten, z. B. f·ur den Polizeieinsatz, wurden bisher nur hinsichtlich des Schutzes gegen ballistische Waffen, also Feuerwaffen, ausgelegt. Dabei wurde stillschweigend angenommen, dass eine derartige Schutzweste auch gegen andere Waffen, wie Stichwaffen, hinreichenden Schutz b·ote. Diese Annahme wurde durch den tragischen Tod eines Schutzwestenvertreters widerlegt.

Daraufhin und in Anbetracht der Notwendigkeit eines Schutzes gegen Stichwaffen besonders f·ur Polizeikr·afte wurden zun·achst Normen f·ur Stichschutzwesten erstellt. Im allgemeinen wird dabei eine Stichwaffe bestimmter Form vorgegeben, die bei definierter Masse und Aufprallenergie eine Schutzweste nicht zu weit durchstossen darf. In der Schweiz wurden z. B. in einer Untersuchung verschiedene Klingen, die mit einer Masse von 2,6 kg beschwert waren, aus einer H·ohe von 1,35 m auf einen waagrecht liegenden Pr·ufling fallengelassen (Vortrag H. Boller, gehalten bei der Carl-Cranz-Gesellschaft, Weil am Rhein am 26. November 1991). Die Klingen hatten damit im Moment des Aufpralls eine kinetische Energie von 35 J und eine Auftreffgeschwindigkeit von 5,2 m/s. Als maximal zul·assige Eindringtiefe wurde ein Wert von 20 mm in Plastilin angenommen.

Weitere Kriterien ergeben sich aus der Praxis des Polizeieinsatzes: die Westen d·urfen die Bewegungsfreiheit nicht wesentlich einschr·anken, was insbesondere Formgebung und Gewicht betrifft, d·urfen, auch bei hohen Aussentemperaturen, nicht zu unbequem sein, und sollten nur wenig auftragen, d. h. einem potentiellen Angreifer darf nicht auf Anhieb erkennbar sein, dass die oder der Angegriffene eine Schutzweste tr·agt.

Es stellte sich wie erwartet heraus, dass die g·angigen Kugelschutzwesten besonders bei spitzen Stichwaffen, wie Stiletten, nur ungen·ugenden Schutz bieten. Ein ausreichender Stichschutz wurde mit einer k·orperabgewandten Schicht von Titanplatten erreicht. Einzelne, gegeneinander bewegliche Bleche sind zur Gew·ahrleistung einer ausreichenden Beweglichkeit der Konstruktion n·otig. Nachteilig ist jedoch, dass die Bleche ohne Verlust der Beweglichkeit insbesondere nicht an den weiblichen K·orperbau angepasst werden k·onnen. Prinzipiell verbleiben ausserdem zwischen den Blechen Fugen, durch die ein spitzes Instrument durchdringen kann.

Es ist demgegen·uber eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Platte anzugeben, die biegsam ist, ohne jedoch Fugen aufzuweisen, und f·ur die Verwendung in k·orperanpassbaren Westen f·ur kombinierten Stich- und Kugelschutz geeignet ist.

Eine derartige Platte ist im Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Ausf·uhrungsformen, Herstellungs- und Verwendungsarten sind Inhalt der weiteren Anspr·uche.

Demgem·ass besteht die Platte aus mehreren Lagen von Textilfasermaterial, die in einen thermoplastischen Kunststoff eingebettet sind, wof·ur sich Niederdruck-Polyethylen (ND-PE) bew·ahrt hat. Das Fasermaterial muss in jedem Fall hochfest sein. Geeignet sind allgemein die "ballistischen" Fasermaterialien, also die f·ur Kugelschutzwesten bereits g·angigen. Besonders geeignet ist nach dem Gel-Spinning-Verfahren hergestelltes, hochfestes Polyethylen, das auch unter dem Handelsnamen Dyneema (TM) im Handel ist. M·oglich sind andere Materialien, wie allgemein hochfestes Polyethylen, Aramide, Karbonfasern. Es k·onnen auch wechselweise Schichten aus verschiedenen Fasermaterialien oder Hybridfaserlagen, die aus verschiedenen Fasern bestehen, verwendet werden.

Das Fasermaterial wird entweder einseitig oder beidseitig mit dem Einbettungskunststoff kaschiert und dann in einer bestimmten Anzahl Schichten aufeinandergelegt und unter Druck und Erw·armung zu einer Platte verpresst (sog. Film-Stacking-Verfahren). Es ist auch m·oglich, zwischen die Fasermateriallagen Folien aus dem Einbettungsmaterial zu legen und den Stapel dann wie oben zu einer Platte zu verbinden. Die Fasermateriallagen k·onnen dabei auch unkaschiert sein.

Die so erhaltenen Platten zeigen gegen·uber einem in Gewicht und Dicke vergleichbaren Kugelschutzgewebe zwar einen geringeren Kugelschutz, aber einen wesentlich erh·ohten Widerstand gegen das Durchdringen von Stichwaffen.

Die Platten zeigen jedoch nur eine geringe Flexibilit·at, die ihren Einsatz in Stich- und Kugelschutzkleidung nur eingeschr·ankt erlauben w·urde. Zur Verbesserung der Flexibilit·at werden die Platten daher l·angs erw·unschter Biegungslinien verformt, z. B. in einer Presse, wobei jedoch eine Verminderung der Dicke vermieden wird, indem die Backen der Presse komplement·ar zueinander unter Ber·ucksichtigung der Materialdicke geformt sind. ·Uberraschenderweise f·uhrt diese Verformung nicht dazu, dass die Stichschutzeigenschaften verschlechtert werden, w·ahrend die gewonnene Flexibilit·at es durch die hiermit vorgegebenen Biegungslinien erlaubt, in Schutzwesten jeweils nur eine einteilige Platte f·ur Brust und R·ucken vorzusehen, wie noch erl·autert werden wird.

Eine Stich- und Kugelschutzweste besteht dann aus einer H·ulle, bevorzugt aus einem hautfreundlichen Gewebe, z. B. in der Art einer ·armellosen Weste. In die H·ulle werden dann Schutzpakete eingelegt, die jeweils aus einem herk·ommlichen mehrlagigen Kugelschutzgewebe und ein oder mehr Platten aus dem erfindungsgem·assen Material bestehen. Dabei sind die Platte oder Platten k·orperabgewandt angeordnet.

In Experimenten zeigte sich, dass durch die Abfolge Platte-Gewebe, die in dieser Reihenfolge von einem Projektil oder einer Stichwaffe durchdrungen werden muss, ein den Anforderungen gen·ugender Schutz der Tr·agerin bzw. des Tr·agers der Weste erreicht werden kann. Es wird vermutet, dass sich jeweils die Eigenschaften der beiden Komponenten des Schutzpakets erg·anzen und somit insgesamt eine ·uber der Summe der Wirkung der Einzelkomponenten liegende Wirkung erzielt wird.

F·ur die Anpassung an die K·orperform stellt dabei das Gewebe keine Probleme dar. Anstatt einer Platte kann, wenn die obengenannte Rillung nicht bereits eine ausreichende Anpassungsf·ahigkeit an die K·orperform bewirkt, auch eine mehrteilige verwendet werden, die f·ur die jeweilige Person geformt ist. Diese mehrteilige Platte wird hergestellt, indem entsprechend zugeschnittene Plattenst·ucke ·uber stark ·uberlappende R·ander miteinander verbunden werden. Um im Bereich der ·Uberlappung eine gleichm·assige Dicke zu gew·ahrleisten, werden die R·ander der Platten an den Verbindungsstellen komplement·ar zueinander abgeschr·agt. Die Verbindung kann durch mehrfaches Vern·ahen entlang der Verbindungsstellen erfolgen. Durch entsprechenden Zuschnitt der einzelnen Platten kann der zusammengesetzten Platte eine bestimmte, k·orperangepasste Form gegeben werden.

Die Erfindung wird an einem bevorzugten Ausf·uhrungsbeispiel unter Bezugnahme auf Zeichnungen n·aher erl·autert. Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Stich- und Kugelschutzweste, Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Platte, Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Aufsicht auf eine Platte mit Verformungen, und Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer Aufsicht auf eine zusammengesetzte Platte mit einer anderen Art Verformungen.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte Stich- und Kugelschutzweste 1 mit einer R·ucken- und einer Brusttasche 2 bzw. 3, in die jeweils ein Stich- und Kugelschutzpaket eingesetzt ist, die im folgenden einfach als ein "Schutzpaket" bezeichnet werden. Jedes der beiden Schutzpakete besteht aus zwei Platten 4 und 5 bzw. 6 und 7. Zum K·orper hin folgt ein mehrlagiges, ballistisches Gewebe 8 bzw. 9.

Fig. 1 zeigt zur Veranschaulichung die Schutzpakete ·uberproportional verdickt. In der beispielhaften Ausf·uhrung werden die Platten 4 bis 7 bevorzugt in einer Dicke im Bereich 2 mm bis 8 mm, insbesondere etwa 5 mm ausgef·uhrt. Die Schutzpakete haben bevorzugt eine Dicke im Bereich 1,5 cm bis 4 cm, insbesondere 2 cm bis 2,5 cm.

Die Platten 4 bis 7 bestehen aus mehreren Lagen 10 hochfesten Polyethylen-Textilfasermaterials in einer Matrix aus thermoplastischem ND-PE. Fig. 2 zeigt einen vergr·osserten Schnitt durch eine Platte mit den Fasermateriallagen 10. Gezeigt ist auch eine der zur Verbesserung der Flexibilit·at dienenden Verformungen, die zu Verwerfungen der Faserlagen f·uhren. Sie ist in Form der Eindruckstelle 11 dargestellt, von der ausgehend alle weiteren Lagen 10 bis zu der der Eindruckstelle 11 gegen·uberligenden Erhebung 12 im wesentlichen parallel verformt sind. Die Lagen 10 sind dabei auch im Verformungsgebiet von gleichm·assiger Dicke. Derartige Verformungen werden bevorzugt l·angs vorgesehener Linien erh·ohter Biegsamkeit und in entsprechender Anzahl angebracht. Es sind nicht nur die hier gezeigte runde und relativ schmale Form m·oglich, sondern auch weiter ausgedehnte, wannenf·ormige.

Die Verformungszonen k·onnen sich auch mehrfach ·uberkreuzen. Figg. 3 und 4 zeigen je einen Ausschnitt aus einer Platte mit zwei m·oglichen Mustern.

Fig. 3 zeigt ein rechtwinkliges Muster von Verformungszonen 13 entsprechend Fig. 2, die in relativ weitem Abstand voneinander verlaufen. Die Felder 14 dazwischen sind nur wenig verformbar. Damit ergibt sich eine im wesentlichen nur l·angs durch die Verformungszonen vorgegebenen Linien biegsame Platte.

Fig. 4 zeigt dagegen ein enger gesetztes, mit waagrechten 15, senkrechten 16 und zus·atzlich mit schr·ag verlaufenden 17 Verformungen ausgestattetes Verformungsmuster. Durch die grossfl·achigere Auslegung der Verformungen 15, 16, 17, die hier als Erhebungen gezeichnet sind, ergibt sich auch ein gleichm·assiges, relativ enges Raster von Verwerfungen, wodurch die Platte eine erh·ohte und gleichm·assigere Biegsamkeit in alle Richtungen aufweist. Zus·atzlich ist noch eine mehrfach vern·ahte Verbindung 18 zwischen zwei Platten vorhanden, l·angs der sich eine besonders hohe Biegsamkeit ergibt. Eine solche Biegenaht 18 kann z. B. l·angs der Wirbels·aule vorgesehen werden, wobei bevorzugt die N·ahte von zwei ·ubereinanderliegenden Platten 4, 5 (Fig. 1) parallel versetzt zueinander angordnet werden, um eine eventuelle Schw·achung durch die Mehrfachn·ahte auszugleichen.

Die Brustplatten 6, 7 in Fig. 1 sind ebenfalls aus je zwei Platten ·uber vern·ahte Verbindungen 18 zusammengesetzt. Durch entsprechende Auslegung der Verbindungskanten der beiden Teile kann ohne weiteres eine dem weiblichen K·orperbau angepasste Formgebung der Brustplatten erzielt werden, wie es Fig. 1 auch andeutet. Das k·orperseitige, mehrlagige Ballistikgewebe 9 polstert die Brust gegen die Platten 6, 7 zus·atzlich ab.

Es wurde ·uberraschend ein Verfahren gefunden, bei dem es auch bei Frauen gen·ugt, nur drei Masse zu nehmen, um die Plattenst·ucke zuschneiden zu k·onnen, die sp·ater aneinandergef·ugt eine der Tr·agerin oder dem Tr·ager der Schutzweste angepasste Platte ergeben.

Die Platten werden hergestellt, indem die als Bahnen oder fl·achige St·ucke vorliegenden Textilfasermaterialien zun·achst ein- oder zweiseitig kaschiert werden. Besonders gute Schutzeigenschaften erh·alt man, indem eine Kaschierung mit Pulverauftrag angewandt wird. Eine bestimmte Anzahl Abschnitte der Fasermaterialien werden aufeinandergelegt, so dass jeweils eine Kaschierungsschicht zwischen die Fasermaterialschichten zu liegen kommt. Das Schichtpaket wird im sogenannten Film-Stacking-Verfahren unter erh·ohter Temperatur zur Platte zusammengepresst. Im weiteren folgen dann der Zuschnitt auf die endg·ultige Form, das Einpr·agen der Verformungszonen in einer Presse mit komplement·ar zueinander geformten Stempeln und das Behandeln der Kanten, wie Abrunden, Abfasen f·ur eine Verbindungsnaht usw. Beispiel 1 beschreibt eine bevorzugte Ausf·uhrung. Beispiel 1

Auf Gewebe mit einem Fl·achengewicht von 140 g/m <2> aus Multifilamentgarn von 440 dtex aus hochfestem Polyethylen (z. B. DYNEEMA (TM) SK65 oder SK66 von DSM High Performance Fibers B.V., Niederlande) wird Pulver aus Niederdruck-Polyethylen mit einem Schmelzpunkt von etwa 123,5 DEG C einseitig in einer Menge von 35 - 40 g/m2 aufgebracht und in einem nachfolgenden Kalander an das Gewebe angeschmolzen. Das beschichtete Gewebe wird in Abschnitte entsprechend den sp·ater ben·otigten Platten zerteilt. 15 Lagen des kaschierten Gewebes werden aufeinandergelegt, so dass sich Gewebe und Kaschierung abwechseln, und bei 125 DEG C und 15 Bar im Film-Stacking-Verfahren zur Platte verpresst.

Ein Paket aus einem k·orperseitig angeordneten, 16lagigen Aramidgewebe und zwei Platten gem·ass Beispiel 1 erf·ullt sowohl die in der Einleitung genannten Anforderungen bez·uglich Stichschutz als auch die Anforderungen bez·uglich Ballistikschutz. Es wurden gr·osste Eindringtiefen von weniger als 15 mm unter den in der Einleitung genannten Bedingungen erzielt. Trotzdem sind die mit solchen Schutzpaketen ausgestatteten Westen leicht und flexibel genug, um die Tr·agerin bzw. den Tr·ager nicht wesentlich zu behindern, und tragen nur wenig auf.

Modifikationen und Verbesserungen der Erfindung sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik zug·anglich und liegen im Bereich der Erfindung, wie das Einpr·agen der Verformungszonen w·ahrend der Herstellung der Platten, Verwendung anderer, f·ur Stich- und/oder Kugelschutz geeigneter Fasermaterialien. Neben Garnen sind auch Mono- und Multifilamente oder Vliese denkbar. Das Fasermaterial wie insgesamt der Faseranteil der Platten kann eine Mischung verschiedener Materialien sein. Anstelle von Niederdruck-Polyethylen als Matrix sind auch andere, im Film-Stacking-Verfahren verwendbare Matrixmaterialien denkbar. In erster Linie kommen dabei Thermoplasten hoher Z·ahigkeit in Frage.

Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass die erfindungsgem·assen Platten ohne unterst·utzendes Kugelschutzgewebe verwendet werden k·onnen.