ES2309510T3 - Estructura plana de alta resistencia para la proteccion balistica final y la proteccion contra desgaste y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Estructura plana de alta resistencia para protección balística final y protección contra desgaste, que está constituida por cuerpos individuales que, cuando están ensamblados y están fijados sobre un material de refuerzo y/o están rodeados total o parcialmente por un material de refuerzo, proporcionan estructuras planas de alta resistencia, caracterizada porque - los cuerpos individuales presentan la forma de pirámides y tetraedros regulares o pentaedros y/o hexaedros irregulares, o - los cuerpos individuales están constituidos por un compuesto moldeado de composiciones de formas y unidas entre sí de pirámides y tetraedros regulares o pentaedros y/o hexaedros irregulares, en la que la estructura plana presenta en cada caso superficies esencialmente planas sobre el lado superior y el lado inferior y no presenta otros puntos de fallo fuera de los intersticios entre los cuerpos individuales.
Description
Estructura plana de alta resistencia para la
protección balística final y la protección contra desgaste y
procedimiento para su fabricación.
La invención se refiere a los campos de las
ciencias de materiales, la cerámica, los materiales para blindajes
de protección y para requerimientos de desgaste y se refiere a
estructuras planas de alta resistencia para la protección balística
final, especialmente para la protección de vehículos y personas, y
para la protección contra desgaste, por ejemplo para el empleo en
trituradoras, molinos, canales de transporte y tubos y a un
procedimiento para su fabricación.
Para el seguro de personas, vehículos e
instalaciones en el campo militar y también en el campo civil se
diseña una construcción para asegurar el objeto correspondiente de
acuerdo con la amenaza específica, respectivamente. La capacidad de
supervivencia de objetos protegidos de esta manera se puede elevar a
través del empleo de blindajes de protección de material resistente
a los proyectiles. Puesto que la capacidad de retención de tales
blindajes de protección depende esencialmente de la dureza de la
superficie de las capas de protección de los elementos de blindaje,
se han empleado hasta ahora en primer término aceros especiales con
alta dureza y tenacidad adaptada de una manera correspondiente,
pero también materiales cerámicos.
Se conocen a partir de los documentos DE 198 56
597 A1, DE 34 26 457 C1 y US 6.332.390 blindajes de protección
balísticos, que están constituidos por un material de refuerzo y por
losetas aplicadas encima. En estos materiales de placas resistentes
a proyectiles se trata de estructuras planas que retienen el
proyectil con un laminado textil (material de refuerzo), sobre el
que están encoladas unas placas de cerámica en unión positiva entre
sí. Esta composición de materiales debe neutraliza, con un peso lo
más reducido posible, los disparos, especialmente disparos de
núcleo duro a altas velocidades y, por lo tanto, con alta energía de
impacto. La energía introducida a través del proyectil en el punto
de entrada es desintegrada esencialmente a través de la destrucción
de las losetas respectivas.
Cuando se utiliza en muchos casos acero a pesar
de peso alto para el blindaje contra proyectiles, entonces
esencialmente debido a la dureza y elasticidad del acero, solamente
se producen daños insignificantes en el material de blindaje, de
manera que se pueden retener de nuevo los impactos siguientes a una
distancia de sólo algunos milímetros con respecto al impacto
anterior.
Esto es totalmente diferente en los materiales
cerámicos, Aquí es posible, en efecto, retener el primer impacto a
través de una capa de protección más fina de peso muy reducido en
comparación con el acero, pero cada impacto destruye una superficie
relativamente grande en el material cerámico, de manera que el
impacto siguiente solamente puede ser retenido con seguridad cuando
incide sobre una pieza cerámica independiente de la pieza cerámica
afectada anteriormente, es decir, aplicada de forma separada. El
hecho conduce a que deben utilizarse elementos cerámicos, en
particular losetas individuales, para no perder el efecto de
protección a una distancia reducida del proyectil. La adaptación
del tamaño de las placas se realiza, por lo tanto, la mayoría de
las veces de acuerdo con la distancia posible entre impactos, lo que
tiene como consecuencia dimensiones pequeñas de las losetas. En
efecto, de esta manera se plantea el problema de cómo debe crearse
la disposición de las losetas para que se puedan proteger de la
mejor matera posible los intersticios estrechos que existen
forzosamente entre las losetas como puntos débiles de la capa de
protección general.
Por lo tanto, en la disposición de mosaico de
losetas cerámicas es necesario siempre todavía, debido al problema
de los cantos, a pesar de una disposición conocida a modo de un muro
de mampostería compuesto (DE 34 26 457 C1), utilizar un espesor más
elevado y, por lo tanto, un peso más alto. De esta manera se puede
reducir el problema del punto débil en los cantos, pero no se
consigue una capacidad de retención completamente igual con
respecto a los efectos de protección de las losetas en los
cantos.
También en el campo de la protección contra
desgaste aparecen campos de aplicación para blindajes de
protección, como por ejemplo contra solicitación a rebote o desgaste
por deslizamiento. Las placas o las piezas moldeadas expuestas a
alto desgaste en canales, depósitos, tamices, ciclones de
circulación caliente, molinos o trituradores muestran fenómenos de
abrasión especialmente fuertes en los cantos de las losetas que
contactan entre sí. La estabilidad del blindaje de desgaste depende
de acuerdo con ello prioritariamente de la estabilidad de los
cantos, lo que tiene como consecuencia una densidad elevada del
revestimiento.
Además, se describe en el documento EP 0 967 453
A1, que forma una base para las reivindicaciones independientes 1 y
16, un material compuesto flexible, de alta resistencia al impacto o
al choque, que presenta un lado de choque, que es resistente al
impacto y las otras placas adyacentes entre sí presentan un canto
totalmente obtuso. Además, este material compuesto está constituido
de un material flexible, que presenta una fuerza de resistencia
alta contra deformaciones locales y tiene propiedades no balísticas.
Y, por último, las placas están incorporadas en el material
flexible sobre el lado de choque. Las placas pueden presentar una
forma tridimensional múltiple, como por ejemplo formas cilíndricas,
piramidales, del tipo de tronco de pirámide o de forma angular.
El cometido de la invención consiste en indicar
estructuras planas de alta resistencia para la protección balística
final y la protección contra desgaste, en las que solamente se
produce la destrucción de la estructura plana en el entorno
inmediato de una acción de proyectil o de un desgaste local y un
procedimiento sencillo para su producción.
El cometido se soluciona a través de la
invención indicada en las reivindicaciones. Los desarrollos son
objeto de las reivindicaciones dependientes.
La estructura plana de alta resistencia de
acuerdo con la invención para protección balística final y
protección contra desgaste, que está constituida por cuerpos
individuales que, cuando están ensamblados y están fijados sobre un
material de refuerzo y/o están rodeados total o parcialmente por un
material de refuerzo, que proporcionan estructuras planas de alta
resistencia, se caracteriza porque
- -
- los cuerpos individuales presentan la forma de pirámides y tetraedros regulares o pentaedros y/o hexaedros irregulares, o
- -
- los cuerpos individuales están constituidos por un compuesto moldeado de composiciones de formas y unidas entre sí de pirámides y tetraedros regulares o pentaedros y/o hexaedros irregulares,
en la que la estructura plana
presenta en cada caso superficies esencialmente planas sobre el lado
superior y el lado inferior y no presenta otros puntos de fallo
fuera de los intersticios entre los cuerpos
individuales.
La planeidad de las superficies hacia el lado
superior y hacia el lado inferior se ajusta esencialmente al caso
de aplicación, que puede requerir también superficies dobladas y/o
arqueadas.
De una manera más ventajosa, los cuerpos
individuales y/o los cuerpos compuestos ensamblados a partir de
ellos están constituidos total o parcialmente de materiales
cerámicos y/o metálicos y de una manera especialmente ventajosa de
materiales cerámicos como SiC, Si_{3}N_{4}, Al_{2}O_{3}, de
materiales metálicos, como metales duros, acero de resistencia
elevada, como acero V2A, ST 52-3 o materiales
compuestos de cerámica y metal.
Además, de una manera más ventajosa, una
composición de formas está constituida por 5 pirámides y 4
tetraedros, que se repite varias veces y que ensamblada en cada caso
como composición de formas, de forma invertida alterna, da lugar a
la estructura plana.
De la misma manera, se realiza de forma más
ventajosa la unión de los cuerpos individuales a través de
encolado, unión por soldadura, estañado o a través de
abrazaderas.
También es ventajoso que los cuerpos
individuales de la estructura plana presenten en cada caso solamente
una unión con el material de refuerzo y/o con otro material plano y
entonces ensamblados de forma invertida dan lugar a una estructura
plana completa. En este caso es especialmente ventajoso que las
superficies de contacto de los cuerpos individuales estén unidos
entre sí por ajuste forzado.
También es ventajoso que los cuerpos
individuales y/o las composiciones de formas ensambladas a partir
de ellos presenten dimensiones de 5 a 200 mm, todavía más
ventajosamente dimensione de 10 a 100 mm de longitud de los
cantos.
Además, es ventajoso que entre todos o varios o
algunos cuerpos individuales de la estructura plana exista un
contacto de posición positiva parcial y/o total de sus superficies
y/o cantos.
En el caso de la presencia de intersticios entre
las superficies y/o los cantos de los cuerpos individuales y/o de
las composiciones de formas ensambladas a partir de ellos, estos
intersticios están totalmente rellenos. El relleno puede ser en
este caso de una manera más ventajosa un adhesivo o una soldadura o
un tejido. Los intersticios entre las superficies y/o los cantos de
los cuerpos individuales y/o las composiciones de formas
ensambladas a partir de ellos tienen de una manera más ventajosa una
anchura entre 0,1 y 10 mm, en el caso de dimensiones más pequeñas
de los cuerpos individuales y/o de las composiciones de formas
tienen dimensiones más reducidas de los intersticios.
En el procedimiento de acuerdo con la invención
para la fabricación de estructuras planas de alta resistencia para
la protección balística final y la protección contra desgaste
- -
- los cuerpos individuales en forma de pirámides y tetraedros regulares o de pentaedros y/ hexaedros irregulares, o
- -
- los cuerpos individuales como composiciones de formas ensambladas y unidas entre sí de pirámides y tetraedros regulares o de pentaedros y/o hexaedros irregulares
se ensamblan para formar una
estructura plana, en la que la estructura plana presenta en cada
caso superficies esencialmente planas sobre el lado superior y el
lado inferior y no presenta otros puntos de fallo fuera de los
intersticios entre los cuerpos individuales y está unida al menos
sobre un lado por ajuste forzado con un material de refuerzo y/o
está rodeada total o parcialmente por un material de
refuerzo.
Es ventajoso que en este caso la unión por
ajuste forzado de los cuerpos individuales y/o de las composiciones
de formas ensambladas a partir de ellos con el material de refuerzo
y/o con otro material plano se realice a través de encolado,
estañado, prensado, soldadura.
De la misma manera es ventajoso que a partir de
5 pirámides y 4 tetraedros se produzca una composición de formas,
que se repite con frecuencia discrecional y se ensambla en cada caso
de forma invertida alterna, y se configura de esta manera hacia el
material de refuerzo y/o hacia el lado de impacto en cada caso una
superficie plana y/o doblada y/o arqueada.
Con la solución de acuerdo con la invención es
posible conseguir un blindaje mejorado para la protección balística
final y/o para la protección contra desgaste cuya destrucción a
través de la acción de proyectiles o desgaste solamente se produce
en el entorno inmediato del calibre del proyectil o de la acción de
desgaste y de esta manera presenta una resistencia mejorada contra
impactos múltiples o solicitación duradera a través de desgaste.
Esto se consigue de acuerdo con la invención a través de la
reducción del tamaño de los cuerpos individuales, lo que presenta,
por una parte, el inconveniente de un número elevado de superficies
frente a la acción del proyectil o la acción de desgaste, pero de
acuerdo con la invención se consigue a pesar de todo una acción
mejorada de retención del proyectil o de inhibición del desgaste.
Esta ventaja se consigue porque se reducen los puntos débiles de una
superficie compuesta de este tipo, que existían de acuerdo con el
estado de la técnica, y/o no están dispuestos ya directamente en la
dirección de actuación de los proyectiles o del desgaste. Esta
ventaja se aplica también al campo de la protección contra el
desgaste, en el que existe en primer término una solicitación a
rebote del blindaje.
A través de la solución de acuerdo con la
invención se consigue, además de una capacidad de adaptación
mejorada de la estructura plana a formas irregulares, también una
reducción del peso específico, sin perjudicar la acción de
protección; al contrario, incluso en muchos casos se consigue una
acción de protección mejorada. Con la solución de acuerdo con la
invención se reduce en cada caso total o parcialmente la estabilidad
crítica de los cantos y la dureza de los cantos de la estructura
plana sobre la capacidad de retención hacia el material de refuerzo
y, dado el caso, de otro material plano y la dureza del material de
la estructura plana.
Por la designación "material de refuerzo"
utilizada en el marco de esta invención se entiende un material,
sobre el que se fijan cuerpos individuales y/o una o varias
composiciones de formas o que rodea total o parcialmente los
cuerpos individuales y/o una o varias composiciones de formas. En el
caso de la protección balística final, en el material de refuerzo
se trata de una manera más ventajosa de cuerpos moldeados de tejido
de fibras y en el caso de la protección contra desgaste se trata de
una manera más ventajosa de materiales, por ejemplo, en forma de
chapas. De la misma manera, es concebible la utilización de chapas
de metal como material de refuerzo para la protección balística
final, como también la utilización de cuerpos moldeados de tejido de
fibras como material de refuerzo en la protección contra
desgaste.
A continuación se explica la invención en
detalle en varios ejemplos de realización.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
A partir de placas cerámicas de carburo de
silicio sinterizado en fase líquida se produjeron por medio de
tronzado por abrasión 400 pentaedros irregulares con las dimensiones
30 x 20 x 20 mm (L x B x H máximas respectivas). La forma
corresponde a la combinación de una pirámide regular y un tetraedro,
que están unidos de tal manera que se obtiene una forma de cuña, en
la que dos lados proporcionan el área de un paralelogramo, dos
superficies proporcionan la forma de un triángulo isósceles y la
base es un cuadrado. Estos pentaedros son ensamblados de tal forma
que frente al material de refuerzo, que es un cuerpo moldeado de
(fibras) de aramida con las dimensiones 400 x 400 mm, y el lado
exterior de la estructura plana futura, se obtienen superficies
planas respectivas. Los 400 pentaedros ensamblados cubren con su
lado plano de la estructura plana hacia el material de refuerzo
todo el material de refuerzo. Este lado de la estructura plana se
conecta con el material de refuerzo por ajuste forzado por medio de
encolado con un adhesivo de resina sintética de dos componentes.
Una estructura plana producida de esta manera es incorporada en un
blindaje de protección para un vehículo militar. En el caso de una
acción vertical de un proyectil de núcleo duro de 12,7 mm de
calibre, se destruyen por cada proyectil como máximo 6 pentaedros,
pero habitualmente sólo de 2 a 4 pentaedros, en cada caso solamente
en el entorno inmediato del lugar de entrada. En virtud de la
cobertura de las placas de blindaje, en oposición a los blindajes
de protección cerámicos convencionales, se mantiene la acción de
protección junto al lugar de entrada. La superficie máxima
destruida es 40 x 40 mm, pero habitualmente sólo 20 x 40 mm. En
comparación con ello, en una disposición de placas convencional de
un tamaño de 75 x 75 x 20 mm en forma de una muro de mampostería,
se destruye como máximo una superficie de 150 x 150 mm,
habitualmente 75 x 75 mm. En la solución de acuerdo con la
invención, se mantiene la protección también cuando el proyectil
impacta sobre los cantos de los pentaedros que contactan entre sí.
En cambio, en la disposición de placas convencional, el disparo no
es retenido cuando el proyectil incide sobre cantos de las placas de
contacto. Por lo tanto, en la disposición convencional es necesario
un espesor más elevado de las placas de al menos 30 mm, para retener
de una manera fiable el disparo, lo que da como resultado una
elevación del peso del 33%.
Ejemplo
2
Se procesó un acero de alta resistencia fundido
por colada continua (ST 52-3) con una sección
transversal triangular a través de corte inclinado de la colada
continua en pirámides con un área de 40 x 40 mm y una altura de 40
mm. A partir de una colada de acero del mismo tipo y corte inclinado
siguiente se produjeron tetraedros con una longitud de los cantos
opuestos en ángulo recto entre sí de 40 mm y con una altura de 40
mm. En este caso, se unieron entre sí por ajuste forzado 200
pirámides con un tetraedro, respectivamente, ya a través de
estañado con una suelda blanda para producir una composición de
formas. Las pirámides y los tetraedros como composición de formas
se dispusieron, con 200 piezas respectivas, en un bastidor para
formar una estructura plana. El lado dirigido hacia el material de
refuerzo se unión con el material de refuerzo formado a partir de
una chapa de acero de la calidad ST37 de las dimensiones 400 x 400
mm con una suelda blanda y con medios de flujo correspondientes.
Una estructura plana fabricada de esta manera se incorporó como
blindaje de protección para la placa de rebote de una trituradora
de martillos. Durante la solicitación a abrasión en la placa de
rebote, los cantos en contacto de las placas de blindaje fueron
erosionados con mayor intensidad que las propias placas. En la
solución de acuerdo con la invención, la división se extiende, en
virtud de la disposición de los tetraedros y de las pirámides,
inclinada con respecto a la dirección de solicitación, con lo que
se obtiene una abrasión reducida en los cantos de contacto, lo que
tiene como consecuencia una duración de aplicación prolongada 1 ½
veces. En virtud de la unión estañada, son posibles una sustitución
de las placas de protección y una reutilización de la instalación de
seguridad.
Claims (18)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Estructura plana de alta resistencia para protección balística final y protección contra desgaste, que está constituida por cuerpos individuales que, cuando están ensamblados y están fijados sobre un material de refuerzo y/o están rodeados total o parcialmente por un material de refuerzo, proporcionan estructuras planas de alta resistencia, caracterizada porque- -
- los cuerpos individuales presentan la forma de pirámides y tetraedros regulares o pentaedros y/o hexaedros irregulares, o
- -
- los cuerpos individuales están constituidos por un compuesto moldeado de composiciones de formas y unidas entre sí de pirámides y tetraedros regulares o pentaedros y/o hexaedros irregulares,
en la que la estructura plana presenta en cada caso superficies esencialmente planas sobre el lado superior y el lado inferior y no presenta otros puntos de fallo fuera de los intersticios entre los cuerpos individuales. - 2. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los cuerpos individuales y/o las composiciones de formas ensambladas a partir de ellos están constituidos total o parcialmente de materiales cerámicos y/o metálicos.
- 3. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 2, en la que como materiales cerámicos se emplean SiC, Si_{3}N_{4}, Al_{2}O_{3}.
- 4. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 2, en la que como materiales metálicos se emplean metales duros o aceros de resistencia elevada.
- 5. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 2, en la que los cuerpos individuales y/o las composiciones de formas ensambladas a partir de ellos están constituidos de materiales compuestos de cerámica y metal.
- 6. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 1, en la que una composición de formas está constituida por 5 pirámides y 4 tetraedros, que se repite varias veces y se ensambla en cada caso, de forma invertida alterna, como composición de formas, que configura la estructura plana.
- 7. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la unión de los cuerpos individuales se realiza a través de encolado, unión por soldadura, estañado o a través de abrazaderas.
- 8. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los cuerpos individuales de la estructura plana presentan en cada caso solamente una unión con el material de refuerzo y/o con otro material plano y entonces proporcionan, cuando se montan invertidos, una estructura plana completa.
- 9. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 8, en la que las superficies de contacto de los cuerpos individuales están unidas entre sí por ajuste forzado.
- 10. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los cuerpos individuales y/o los compuestos de formas ensamblados a partir de ellos presentan dimensiones de 5 a 200 mm de longitud de los cantos.
- 11. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 10, en la que los cuerpos individuales y/o los compuestos de formas ensamblados a partir de ellos presentan dimensiones de 10 a 100 mm de longitud de los cantos.
- 12. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 1, en la que entre todos o varios o algunos cuerpos individuales de la estructura plana existe un contacto de posición positiva de sus superficies y/o cantos.
- 13. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 1, en la que en el caso de la presencia de intersticios entre las superficies y/o los cantos de los cuerpos individuales y/o de las composiciones de formas ensambladas a partir de ellos, estos intersticios están completamente rellenos.
- 14. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 13, en la que el relleno de los intersticios se realiza a través de un adhesivo o una soldadura o un tejido.
- 15. Estructura plana de acuerdo con la reivindicación 13, en la que los intersticios entre las superficies y/o los cantos de los cuerpos individuales y/o las composiciones de forman ensambladas a partir de ellos tienen anchuras entre 0,1 y 10 mm, existiendo también dimensiones más reducidas de los intersticios cuando los cuerpos individuales y/o las composiciones de formas tienen dimensiones más reducidas.
- 16. Procedimiento para la fabricación de estructuras planas de alta resistencia para la protección balística final y la protección contra desgaste de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque
- -
- los cuerpos individuales en forma de pirámides y tetraedros regulares o de pentaedros y/ hexaedros irregulares, o
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- -
- los cuerpos individuales como composiciones de formas ensambladas y unidas entre sí de pirámides y tetraedros regulares o de pentaedros y/o hexaedros irregulares
se ensamblan para formar una estructura plana, en la que la estructura plana presenta en cada caso superficies esencialmente planas sobre el lado superior y el lado inferior y no presenta otros puntos de fallo fuera de los intersticios entre los cuerpos individuales y está unida al menos sobre un lado por ajuste forzado con un material de refuerzo y/o está rodeada total o parcialmente por un material de refuerzo. - 17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, en el que la unión por ajuste forzado de los cuerpos individuales y/o de las composiciones de formas ensambladas a partir de ellos con el material de refuerzo y/o con otro material superficial se realiza a través de encolado, estañado, prensado, soldadura.
- 18. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, en el que a partir de 5 pirámides y 4 tetraedros se produce una composición de formas, que se repite con frecuencia discrecional y las composiciones de formas se ensamblan en cada caso de forma invertida alterna, y se configura de esta manera hacia el material de refuerzo y/o hacia el lado de impacto en cada caso una superficie plana y/o doblada y/o arqueada.
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