WO2004083768A1 - High-strength planar structures for end-ballistic protection and protection against wear and method for producing the same - Google Patents
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- F41H5/00—Armour; Armour plates
- F41H5/02—Plate construction
- F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
- F41H5/0492—Layered armour containing hard elements, e.g. plates, spheres, rods, separated from each other, the elements being connected to a further flexible layer or being embedded in a plastics or an elastomer matrix
Definitions
- the invention relates to the fields of materials science, the
- Ceramics the materials for protective armor and for
- Ballistic protective armor is known from DE 198 56 597 A1, DE 34 26 457 C1 and from US 6,332,390, which consist of a backing material and tiles applied thereon.
- These bullet-proof plate materials are bullet-resistant flat structures with a textile laminate (backing material), on which ceramic plates are glued to one another in a form-fitting manner.
- This material composite is intended to make shots, in particular of hard core bullets at high speeds and thus high impact energy, ineffective, with the lowest possible weight. The one brought in by the floor Energy at the bullet point is reduced in the west by destroying the affected tile.
- the object of the invention is to provide high-strength fabrics for end-ballistic protection and wear protection, in which the fabric is destroyed only in the immediate vicinity of a projectile impact or local wear and a simple method for its production
- the high-strength sheet for endballistic protection and wear protection consists of individual bodies which, when assembled and fastened on a backing material and / or completely or partially surrounded by a backing material, result in a high-strength sheet, the individual bodies being in the form of regular pyramids and Have tetrahedra or irregular pentahedra and / or hexahedron and / or the individual bodies consist of composite and interconnected forms (composite form) of regular pyramids and tetrahedra or irregular pentahedra and / or hexahedron.
- the individual bodies and / or the composite bodies composed of them consist entirely or partially of ceramic and / or metallic materials, and particularly advantageously of ceramic materials such as SiC, Sis ⁇ N . , AI 2 O 3 , made of metallic materials, such as hard metals, high-strength steel, such as V2A steel, ST 52-3, or of ceramic-metal composite materials.
- a composite structure consists of 5 pyramids and 4 tetrahedra, which is repeated several times and, in each case, alternately assembled in reverse as a composite structure, to produce the flat structure.
- the fabric has an essentially flat surface on the top and bottom, which apart from the gaps between the individual bodies has no further imperfections.
- the flatness of the surfaces towards the top and bottom essentially depends on the application, which may also require curved and / or curved surfaces.
- connection of the individual bodies is likewise advantageously realized by gluing, welding, soldering or by clips.
- the individual bodies of the fabric each have only one connection to the backing material and / or to another sheet material and then, when put together, result in a complete fabric.
- the contact surfaces of the individual individual bodies are non-positively connected to one another.
- the individual bodies and / or the composite bodies composed therefrom have dimensions of 5 to 200 mm, more advantageously dimensions of 10 to 100 mm edge length.
- the filling can advantageously be an adhesive or a solder or a fabric.
- the gaps between the surfaces and / or edges of the individual bodies and / or the composite bodies composed thereof are advantageously between 0.1 and 10 mm wide, with smaller dimensions of the individual bodies and / or the composite bodies also having smaller gap dimensions.
- individual bodies in the form of regular pyramids and tetrahedra or irregular pentahedra and / or hexahedra and / or shapes composed of such individual bodies and interconnected (compound shapes) of regular pyramids and tetrahedra or irregular Pentahedron and / or hexahedron put together to form a flat structure and they are non-positively connected on at least one side with a backing material and / or they are arranged completely or partially surrounded by a backing material.
- This advantage also applies to the area of wear protection, where the armor is primarily subjected to impact loads.
- the solution according to the invention also achieves a reduction in the specific weight without impairing the protective effect; on the contrary, in many cases an improved protective effect is achieved.
- the critical edge stability and edge hardness of the fabric are reduced in whole or in part to the holding power for the backing material and possibly a further sheet material and the hardness of the material of the fabric.
- backing material used in the context of this invention is understood to mean a material to which individual bodies and / or one or more composite formulations are attached or which completely or partially surrounds the individual bodies and / or one or more composite formulations.
- the backing material is advantageously molded fiber fabric and in the case of wear protection it is advantageously metals, for example in the form of metal sheets.
- metal sheets as backing material for end ballistic protection, as well as the use of fiber fabric moldings as backing material in wear protection is also conceivable.
- These pentahedra are assembled in such a way that flat surfaces are created compared to the backing material, which is an aramid (fiber) molded body with the dimensions 400 x 400 mm, and the outside of the future flat structure.
- the assembled 400 pentahedra cover the entire backing material with their flat fabric side facing the backing material. This fabric side is non-positively connected to the backing material by gluing with a two-component synthetic resin adhesive.
- a fabric made in this way is incorporated into protective armor for a military vehicle.
- the shot is also held when the projectile hits the edges of the touching pentahedra.
- the shot is not held when the projectile hits the touching plate edges. Therefore, in the conventional arrangement, a higher plate thickness of at least 30 mm is required to hold the shot reliably, which results in a 33% weight increase.
- a continuously cast high-strength steel (ST 52-3) with a triangular cross-section is processed by cutting the strand diagonally to pyramids with a base area of 40 x 40 mm and a height of 40 mm. From the same Steel strand and subsequent oblique cutting are made tetrahedra with a length of the edges lying opposite each other at right angles of 40 mm and a height of 40 mm. 200 pyramids, each with a tetrahedron, are positively connected to one another by soldering with a soft solder to form a composite body. The pyramids and tetrahedra as composite bodies are each arranged in a frame in a frame to form a flat fabric. The side facing the backing material is connected with the backing material made of a steel sheet of quality ST37 with the dimensions 400 x 400 mm with a soft solder and the appropriate flux.
- a fabric made in this way is incorporated as protective armor for the baffle plate of a hammer breaker.
- the contacting edges of the armor plates are eroded more than the plates themselves.
- the division is oblique to the direction of stress due to the arrangement of the tetrahedra and pyramids, which results in reduced abrasion on the contacting edges. which results in a service life that is 1 times longer. Due to the soldered connection, the protective plates can be replaced and the safety device reused.
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Abstract
Description
Hochfeste Flächengebilde für endballistischen Schutz und Verschleißschutz und Verfahren zu ihrer HerstellungHigh-strength fabrics for end ballistic protection and wear protection and process for their manufacture
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Werkstoffwissenschaften, derThe invention relates to the fields of materials science, the
Keramik, der Materialien für Schutzpanzerungen und fürCeramics, the materials for protective armor and for
Verschleißbeanspruchungen und betrifft hochfeste Flächengebilde für endballistischen Schutz, beispielsweise für den Schutz von Fahrzeugen und Personen, und für Verschleißschutz, beispielsweise für den Einsatz in Brechern, Mühlen, Förderrinnen und Rohren und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.Wear stresses and relates to high-strength fabrics for endballistic protection, for example for the protection of vehicles and people, and for wear protection, for example for use in crushers, mills, conveyor troughs and pipes and a process for their production.
Stand der TechnikState of the art
Zur Sicherung von Personen, Fahrzeugen und Einrichtungen im militärischen und auch im zivilen Bereich wird eine Konstruktion zur Sicherung des entsprechenden Objektes nach der jeweils spezifischen Bedrohung ausgelegt. Die Überlebensfähigkeit derartig geschützter Objekte kann durch den Einsatz von Schutzpanzerungen aus geschossfestem Material erhöht werden. Da die Rückhaltefähigkeit derartiger Schutzpanzerungen im Wesentlichen von der Oberflächenhärte der Schutzflächen der Panzerungselemente abhängt, wurden bisher in erster Linie SpezialStähle mit hoher Härte und entsprechend abgestimmter Zähigkeit, aber auch keramische Werkstoffe eingesetzt.To secure people, vehicles and facilities in the military and also in the civilian area, a construction is designed to secure the corresponding object according to the specific threat. The survivability of objects protected in this way can be increased by using protective armor made of bulletproof material. Since the retention capacity of such protective armor essentially depends on the surface hardness of the protective surfaces of the armor elements, special steels with high hardness and correspondingly matched toughness have been used primarily, but also ceramic materials.
Aus der DE 198 56 597 A1 , DE 34 26 457 C1 und aus US 6,332,390 sind ballistische Schutzpanzerungen bekannt, welche aus einem Backing-Material und darauf aufgebrachten Kacheln bestehen. Bei diesen geschossfesten Plattenmaterialien handelt es sich um geschosshemmende Flächengebilde mit einem textilen Laminat (Backing-Material), auf das Platten aus Keramik formschlüssig zueinander aufgeklebt sind. Dieser Werkstoffverbund soll, bei möglichst geringem Gewicht, Schüsse, insbesondere von Hartkerngeschossen mit hohen Geschwindigkeiten und damit hoher Auftreffenergie, unwirksam machen. Die durch das Geschoss eingebrachte Energie an der Einschussstelle wird im westlichen durch die Zerstörung der betroffenen Kachel abgebaut.Ballistic protective armor is known from DE 198 56 597 A1, DE 34 26 457 C1 and from US 6,332,390, which consist of a backing material and tiles applied thereon. These bullet-proof plate materials are bullet-resistant flat structures with a textile laminate (backing material), on which ceramic plates are glued to one another in a form-fitting manner. This material composite is intended to make shots, in particular of hard core bullets at high speeds and thus high impact energy, ineffective, with the lowest possible weight. The one brought in by the floor Energy at the bullet point is reduced in the west by destroying the affected tile.
Wenn in vielen Fällen Stahl trotz des hohen Gewichtes für die Panzerung gegen Geschosse Anwendung findet, so im wesentlichen deshalb, weil durch die Härte und Elastizität des Stahls nur geringfügige Schädigungen am Panzermaterial auftreten, so dass folgende Treffer im Abstand von nur wenigen Millimetern zum vorherigen Treffer wiederum gehalten werden können.If in many cases steel is used for armor against projectiles despite the high weight, it is essentially because the hardness and elasticity of the steel cause only minor damage to the armor material, so that the following hits are only a few millimeters from the previous hit can be held again.
Bei keramischen Werkstoffen ist dies jedoch völlig anders. Hier ist es zwar möglich, den ersten Treffer durch eine dünnere Schutzschicht von sehr geringem Gewicht im Vergleich zu Stahl zu halten, jedoch zerstört jeder Treffer im keramischen Material eine relativ große Fläche, so dass der nächste Treffer mit Sicherheit nur dann gehalten werden kann, wenn er auf ein vom zuerst getroffenen Keramikstück unabhängiges, d.h. separat aufgebrachtes Keramikstück auftrifft. Die Tatsache führt dazu, dass Keramikelemente, insbesondere Einzelkacheln verwendet werden müssen, um bei einem geringen Geschossabstand die Schutzwirkung nicht zu verlieren. Die Abstimmung der Plattengröße erfolgt deshalb meist nach dem möglichen Trefferabstand, was kleinere Kachelabmessungen zur Folge hat. Dadurch ergibt sich ein weiteres Problem, nämlich, wie die Kachelanordnung beschaffen sein muss, damit die zwangsläufig vorhandenen engen Spalte zwischen den Kacheln als Schwachstellen der Gesamtschutzschicht möglichst geschützt werden können.However, this is completely different with ceramic materials. Although it is possible to hold the first hit with a thinner protective layer of very low weight compared to steel, each hit in the ceramic material destroys a relatively large area, so that the next hit can only be held with certainty if he on a piece of ceramic that was hit first, ie separately applied ceramic piece hits. The fact that ceramic elements, in particular individual tiles, must be used in order not to lose the protective effect with a small floor spacing. The plate size is therefore usually adjusted according to the possible hit distance, which results in smaller tile dimensions. This results in a further problem, namely how the tile arrangement must be designed so that the inevitably narrow gaps between the tiles can be protected as weak points of the overall protective layer as possible.
Bei der Mosaikanordnung von keramischen Kacheln ist es deshalb allein wegen des Kantenproblems trotz einer bekannten Anordnung nach Art eines Verbundmauerwerkes (DE 34 26 457 C1) immer noch notwendig, eine höhere Dicke und damit ein höheres Gewicht zu verwenden. Dadurch kann das Problem der Schwachstelle bei den Kanten verringert werden, jedoch eine völlig gleiche Halteleistung bezüglich der Schut∑wirkungen der Kacheln an den Kanten wird nicht erreicht.In the mosaic arrangement of ceramic tiles, it is therefore still necessary to use a greater thickness and thus a higher weight simply because of the edge problem, despite a known arrangement in the manner of a composite masonry (DE 34 26 457 C1). This can reduce the problem of the weak point at the edges, but a completely identical holding performance with regard to the protective effects of the tiles on the edges is not achieved.
Auch im Bereich des Verschleißschutzes ergeben sich Einsatzgebiete für Schutzpanzerungen, wie z.B. gegen Prallbeanspruchung oder Gleitverschleiß. Hohem Verschleiß ausgesetzte Platten oder Formstücke in Kanälen, Behältern, Sichtern, heißgehenden Zyklonen, Mühlen oder Brechern zeigen besonders starke Abrasionserscheinungen an den Kanten der sich berührenden Kacheln. Die Standfestigkeit der Verschleißpanzerung hängt demnach vorrangig von der Kantenstabilität ab, was eine höhere Dichte der Auskleidung zur Folge hat.There are also areas of application for protective armor in the area of wear protection, such as against impact loads or sliding wear. Plates or fittings in channels, containers, Sifting, hot cyclones, mills or crushers show particularly strong signs of abrasion on the edges of the touching tiles. The durability of the wear armor depends primarily on the edge stability, which results in a higher density of the lining.
Darstellung des Wesens der ErfindungPresentation of the nature of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, hochfeste Flächengebilde für den endballistischen Schutz und Verschleißschutz anzugeben, bei denen nur im unmittelbaren Umfeld einer Geschosseinwirkung oder eines lokalen Verschleißes die Zerstörung des Flächengebildes erfolgt und ein einfaches Verfahren zu ihrer HerstellungThe object of the invention is to provide high-strength fabrics for end-ballistic protection and wear protection, in which the fabric is destroyed only in the immediate vicinity of a projectile impact or local wear and a simple method for its production
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the invention specified in the claims. Further training is the subject of the subclaims.
Das erfindungsgemäße hochfeste Flächengebilde für endballistischen Schutz und Verschleißschutz besteht aus Einzelkörpern, die, zusammengesetzt und auf einem Backing-Material befestigt und/oder ganz oder teilweise von einem Backing-Material umgeben, ein hochfestes Flächengebilde ergeben, wobei die Einzelkörper die Form von regelmäßigen Pyramiden und Tetraedern oder unregelmäßigen Pentaedern und/oder Hexaedern aufweisen und/oder die Einzelkörper aus zusammengesetzten und miteinander verbundenen Formen (Formenverbund) regelmäßiger Pyramiden und Tetraeder oder unregelmäßiger Pentaeder und/oder Hexaeder bestehen.The high-strength sheet for endballistic protection and wear protection according to the invention consists of individual bodies which, when assembled and fastened on a backing material and / or completely or partially surrounded by a backing material, result in a high-strength sheet, the individual bodies being in the form of regular pyramids and Have tetrahedra or irregular pentahedra and / or hexahedron and / or the individual bodies consist of composite and interconnected forms (composite form) of regular pyramids and tetrahedra or irregular pentahedra and / or hexahedron.
Vorteilhafterweise bestehen die Einzelkörper und/oder die daraus zusammengesetzten Verbundkörper ganz oder teilweise aus keramischen und/oder metallischen Materialien, und besonders vorteilhafterweise aus keramischen Materialien, wie SiC, SisϊN ., AI2O3, aus metallischen Materialien, wie Hartmetalle, höherfestem Stahl, wie V2A-Stahl, ST 52-3 oder aus Keramik-Metall- Verbundwerkstoffen. Weiterhin vorteilhafterweise besteht ein Formenverbund aus 5 Pyramiden und 4 Tetraedern, der mehrfach wiederholt und jeweils als Formenverbund abwechselnd umgekehrt zusammengesetzt, das Flächengebilde ergibt.Advantageously, the individual bodies and / or the composite bodies composed of them consist entirely or partially of ceramic and / or metallic materials, and particularly advantageously of ceramic materials such as SiC, SisϊN . , AI 2 O 3 , made of metallic materials, such as hard metals, high-strength steel, such as V2A steel, ST 52-3, or of ceramic-metal composite materials. Furthermore, advantageously, a composite structure consists of 5 pyramids and 4 tetrahedra, which is repeated several times and, in each case, alternately assembled in reverse as a composite structure, to produce the flat structure.
Das Flächengebilde weist auf der Ober- und Unterseite jeweils eine im wesentlichen ebene Fläche auf, die außer den Spalten zwischen den Einzelkörpern keine weiteren Fehlstellen aufweist. Die Ebenheit der Flächen zur Ober- und Unterseite richtet sich im Wesentlichen nach dem Anwendungsfall, der auch gebogene und/oder gewölbte Oberflächen erfordern kann.The fabric has an essentially flat surface on the top and bottom, which apart from the gaps between the individual bodies has no further imperfections. The flatness of the surfaces towards the top and bottom essentially depends on the application, which may also require curved and / or curved surfaces.
Ebenfalls vorteilhafterweise ist die Verbindung der Einzelkörper durch Verkleben, Verschweißen, Löten oder durch Klammern realisiert.The connection of the individual bodies is likewise advantageously realized by gluing, welding, soldering or by clips.
Es ist auch von Vorteil, wenn die Einzelkörper des Flächengebildes jeweils nur eine Verbindung zum Backing-Material und/oder zu einem anderen flächigen Material aufweisen und dann umgekehrt zusammengesetzt ein vollständiges Flächengebilde ergeben. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall, wenn die Berührungsflächen der einzelnen Einzelkörper zueinander kraftschlüssig miteinander verbunden sind.It is also advantageous if the individual bodies of the fabric each have only one connection to the backing material and / or to another sheet material and then, when put together, result in a complete fabric. In this case, it is particularly advantageous if the contact surfaces of the individual individual bodies are non-positively connected to one another.
Auch vorteilhaft ist es, wenn die Einzelkörper und/oder die daraus zusammengesetzten Verbundkörper Abmessungen von 5 bis 200 mm, noch vorteilhafter Abmessungen von 10 bis 100 mm Kantenlänge aufweisen.It is also advantageous if the individual bodies and / or the composite bodies composed therefrom have dimensions of 5 to 200 mm, more advantageously dimensions of 10 to 100 mm edge length.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen allen oder mehreren oder einzelnen Einzelkörpern des Flächengebildes ein teilweiser und/oder vollständiger formschlüssiger Kontakt ihrer Flächen und/oder Kanten besteht.It is also advantageous if there is a partial and / or complete form-fitting contact of their surfaces and / or edges between all or more or individual individual bodies of the fabric.
Im Falle des Vorliegens von Spalten zwischen den Flächen und/oder Kanten der Einzelkörper und/oder der daraus zusammengesetzten Verbundkörper sind diese vollständig gefüllt. Die Füllung kann dabei vorteilhafterweise ein Kleber oder ein Lot oder ein Gewebe sein.If there are gaps between the surfaces and / or edges of the individual bodies and / or the composite bodies composed thereof, these are completely filled. The filling can advantageously be an adhesive or a solder or a fabric.
Die Spalte zwischen den Flächen und/oder Kanten der Einzelkörper und/oder den daraus zusammengesetzten Verbundkörpern sind vorteilhafterweise zwischen 0,1 und 10 mm breit, wobei bei geringeren Abmessungen der Einzelkörper und/oder der Verbundkörper auch geringere Spaltabmessungen vorliegen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von hochfesten Flächengebilden für endballistischen Schutz und Verschleißschutz werden Einzelkörper in Form von regelmäßigen Pyramiden und Tetraedern oder unregelmäßigen Pentaedern und/oder Hexaedern und/oder aus derartigen Einzelkörpern zusammengesetzte und miteinander verbundene Formen (Formenverbunde) regelmäßiger Pyramiden und Tetraeder oder unregelmäßiger Pentaeder und/oder Hexaeder zu einem Flächengebilde zusammengesetzt und sie werden mindestens auf einer Seite mit einem Backing-Material kraftschlüssig verbunden und/oder sie werden ganz oder teilweise von einem Backing-Material umgebend angeordnet.The gaps between the surfaces and / or edges of the individual bodies and / or the composite bodies composed thereof are advantageously between 0.1 and 10 mm wide, with smaller dimensions of the individual bodies and / or the composite bodies also having smaller gap dimensions. In the method according to the invention for the production of high-strength flat structures for end-ballistic protection and wear protection, individual bodies in the form of regular pyramids and tetrahedra or irregular pentahedra and / or hexahedra and / or shapes composed of such individual bodies and interconnected (compound shapes) of regular pyramids and tetrahedra or irregular Pentahedron and / or hexahedron put together to form a flat structure and they are non-positively connected on at least one side with a backing material and / or they are arranged completely or partially surrounded by a backing material.
Von Vorteil ist es, wenn dabei die kraftschlüssige Verbindung der Einzelkörper und/oder daraus zusammengesetzte Verbundkörper mit dem Backing-Material und/oder mit einem anderen flächigen Material durch Kleben, Löten, Pressen, Schweißen realisiert wird.It is advantageous if the non-positive connection of the individual bodies and / or composite bodies composed thereof with the backing material and / or with another flat material is realized by gluing, soldering, pressing, welding.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn aus 5 Pyramiden und 4 Tetraedern ein Formenverbund hergestellt wird, der beliebig oft wiederholt und jeweils abwechselnd umgekehrt zusammengesetzt wird, und damit zum Backing-Material und/oder zur Auftreffseite hin jeweils eine ebene und/oder gebogene und/oder gewölbte Oberfläche ausbilden.It is also an advantage if a combination of shapes is made from 5 pyramids and 4 tetrahedra, which is repeated as often as required and alternately put together in reverse, and thus a flat and / or curved and / or to the backing material and / or the impact side. or form a curved surface.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, eine verbesserte Panzerung zum endballistischen Schutz und/oder zum Verschleißschutz zu erreichen, deren Zerstörung durch Geschosseinwirkung oder Verschleiß nur im unmittelbaren Umfeld des Geschosskalibers oder der Verschleißeinwirkung auftritt und somit eine verbesserte Beständigkeit gegen Mehrfach beschuss oder Dauerbeanspruchung durch Verschleiß aufweist. Dies gelingt erfindungsgemäß durch die Verkleinerung der Einzelkörper, was einerseits den Nachteil einer hohen Anzahl an Flächen gegenüber der Geschoss- oder Verschleißeinwirkung aufweist, erfindungsgemäß aber trotzdem eine verbesserte geschosshemmende oder verschleißhemmende Wirkung erreicht. Dieser Vorteil wird erreicht, indem die Schwachstellen einer derartigen Verbundfläche, die nach dem Stand der Technik bestanden, verringert und/oder nicht mehr unmittelbar in Einwirkungsrichtung der Geschosse oder des Verschleißes angeordnet worden sind.With the solution according to the invention, it is possible to achieve improved armor for end-ballistic protection and / or wear protection, the destruction of which by bullet impact or wear only occurs in the immediate vicinity of the bullet caliber or the impact of wear and thus an improved resistance to multiple shelling or permanent wear and tear having. This is achieved according to the invention by reducing the size of the individual bodies, which on the one hand has the disadvantage of a large number of surfaces compared to the effect of the projectile or wear, but nevertheless achieves an improved bullet-inhibiting or wear-inhibiting effect according to the invention. This advantage is achieved by reducing the weak points of such a composite surface that existed in the prior art and / or are no longer arranged directly in the direction of action of the projectiles or the wear.
Dieser Vorteil trifft auch für den Bereich des Verschleißschutzes zu, bei dem in erster Linie eine Prallbeanspruchung der Panzerung vorliegt.This advantage also applies to the area of wear protection, where the armor is primarily subjected to impact loads.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird neben der verbesserten Anpassbarkeit des Flächengebildes an unregelmäßige Formen auch eine Verringerung des spezifischen Gewichtes erreicht, ohne die Schutzwirkung zu verschlechtern; im Gegenteil, es wird sogar in vielen Fällen eine verbesserte Schutzwirkung erreicht. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die kritische Kantenstabilität und Kantenhärte des Flächengebildes auf die Halteleistung zum Backing-Material und ggf. eines weiteren flächigen Materials und der Härte des Materials des Flächengebildes jeweils ganz oder teilweise reduziert.In addition to the improved adaptability of the flat structure to irregular shapes, the solution according to the invention also achieves a reduction in the specific weight without impairing the protective effect; on the contrary, in many cases an improved protective effect is achieved. With the solution according to the invention, the critical edge stability and edge hardness of the fabric are reduced in whole or in part to the holding power for the backing material and possibly a further sheet material and the hardness of the material of the fabric.
Unter der im Rahmen dieser Erfindung verwendeten Bezeichnung "Backing-Material" wird ein Material verstanden, auf das Einzelkörper und/oder ein oder mehrere Formenverbunde befestigt werden oder das die Einzelkörper und/oder ein oder mehrere Formenverbunde ganz oder teilweise umgibt. Im Falle des endballistischen Schutzes handelt es sich bei dem Backing-Material vorteilhafterweise um Fasergewebe-Formkörper und im Falle des Verschleißschutzes vorteilhafterweise um Metalle, beispielsweise in Form von Blechen. Die Verwendung von Metallblechen als Backing-Material für den endballistischen Schutz, als auch die Verwendung von Fasergewebe-Formkörpern als Backing-Material im Verschleißschutz ist ebenfalls denkbar.The term “backing material” used in the context of this invention is understood to mean a material to which individual bodies and / or one or more composite formulations are attached or which completely or partially surrounds the individual bodies and / or one or more composite formulations. In the case of end-ballistic protection, the backing material is advantageously molded fiber fabric and in the case of wear protection it is advantageously metals, for example in the form of metal sheets. The use of metal sheets as backing material for end ballistic protection, as well as the use of fiber fabric moldings as backing material in wear protection is also conceivable.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using several exemplary embodiments.
Beispiel 1example 1
Aus keramischen Platten aus flüssigphasengesintertem Siliciumcarbid werden mittels Trennschleifen 400 unregelmäßige Pentaeder mit den Abmessungen 30 x 20 x 20 mm3 (jeweils größte L x B x H) hergestellt. Die Form entspricht der Kombination aus einer regelmäßigen Pyramide und einem Tetraeder, die so verbunden sind, dass eine Keilform entsteht, wobei zwei Seiten die Fläche eines Parallelogramms ergeben, zwei Flächen die Form eines gleichschenkligen Dreiecks ergeben und die Grundfläche ein Quadrat ist.400 irregular pentahedra with the dimensions 30 x 20 x 20 mm 3 (in each case the largest L x W x H) are produced from ceramic plates made of liquid-phase sintered silicon carbide. The shape corresponds to the combination of a regular pyramid and a tetrahedron, which are connected in such a way that a wedge shape is created, with two sides giving the area of a parallelogram, two surfaces give the shape of an isosceles triangle and the base is a square.
Diese Pentaeder werden so zusammengesetzt, dass gegenüber dem Backing- Material, welches ein Aramid(faser)-Formkörper mit den Abmessungen 400 x 400 mm ist, und der Außenseite des zukünftigen Flächengebildes jeweils ebene Oberflächen entstehen. Die zusammengesetzten 400 Pentaeder bedecken mit ihrer ebenen Flächengebildeseite zum Backing-Material das gesamte Backing-Material. Diese Flächengebildeseite wird mit dem Backing-Material durch Kleben mit einem Zweikomponenten-Kunstharzkleber kraftschlüssig verbunden. Ein derart hergestelltes Flächengebilde wird in eine Schutzpanzerung für ein Militärfahrzeug eingearbeitet.These pentahedra are assembled in such a way that flat surfaces are created compared to the backing material, which is an aramid (fiber) molded body with the dimensions 400 x 400 mm, and the outside of the future flat structure. The assembled 400 pentahedra cover the entire backing material with their flat fabric side facing the backing material. This fabric side is non-positively connected to the backing material by gluing with a two-component synthetic resin adhesive. A fabric made in this way is incorporated into protective armor for a military vehicle.
Bei einer senkrechten Geschosseinwirkung eines Hartkerngeschosses von 12,7 mm Kaliber werden je Geschoss maximal 6 Pentaeder, üblicherweise aber nur 2 bis 4 Pentaeder, jeweils nur in unmittelbarer Umgebung der Einschussstelle zerstört. Aufgrund der Überdeckung der Panzerplatten bleibt, im Gegensatz zu herkömmlichen keramischen Schutzpanzerungen, die Schutzwirkung unmittelbar neben der Einschussstelle erhalten. Die maximal zerstörte Fläche beträgt 40 x 40 mm, üblicherweise aber nur 20 x 40 mm.With a vertical bullet impact of a hard core bullet of 12.7 mm caliber, a maximum of 6 pentahedrons per floor, but usually only 2 to 4 pentahedrons, are only destroyed in the immediate vicinity of the bullet point. Due to the covering of the armor plates, in contrast to conventional ceramic protective armor, the protective effect immediately next to the bullet point is retained. The maximum destroyed area is 40 x 40 mm, but usually only 20 x 40 mm.
Im Vergleich dazu werden bei einer herkömmlichen Plattenanordnung von Platten einer Größe von 75 x 75 x 20 mm in Form eines Mauerwerkes maximal eine Fläche von 150 x 150 mm, üblicherweise 75 x 75 mm zerstört.In comparison, with a conventional panel arrangement of panels with a size of 75 x 75 x 20 mm in the form of masonry, a maximum of 150 x 150 mm, usually 75 x 75 mm, are destroyed.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der Schuss auch gehalten, wenn das Geschoss auf die Kanten der sich berührenden Pentaeder trifft. Dagegen wird bei der herkömmlichen Plattenanordnung der Schuss nicht gehalten, wenn das Geschoss auf die sich berührenden Plattenkanten trifft. Daher ist bei der herkömmlichen Anordnung eine höhere Plattendicke von mindestens 30 mm erforderlich, um den Schuss zuverlässig zu halten, was in einer 33 %-igen Gewichtserhöhung resultiert.In the solution according to the invention, the shot is also held when the projectile hits the edges of the touching pentahedra. In contrast, in the conventional plate arrangement, the shot is not held when the projectile hits the touching plate edges. Therefore, in the conventional arrangement, a higher plate thickness of at least 30 mm is required to hold the shot reliably, which results in a 33% weight increase.
Beispiel 2Example 2
Ein stranggegossener hochfester Stahl (ST 52-3) mit einem dreieckigen Querschnitt wird durch schräges Abschneiden des Stranges zu Pyramiden mit einer Grundfläche von 40 x 40 mm und einer Höhe von 40 mm verarbeitet. Aus einem ebensolchen Stahlstrang und nachfolgendem schrägen Schneiden werden Tetraeder mit einer Länge der sich jeweils rechtwinklig gegenüberliegenden Kanten von 40 mm und einer Höhe von 40 mm hergestellt. Dabei werden 200 Pyramiden mit jeweils einem Tetraeder bereits durch Verlöten mit einem Weichlot kraftschlüssig zu einem Verbundkörper miteinander verbunden. Die Pyramiden und Tetraeder als Verbundkörper werden jeweils zu 200 Stück in einem Rahmen zu einem ebenen Flächengebilde angeordnet. Die dem Backing-Material zugewandte Seite wird mit dem Backing-Material aus einem Stahlblech der Qualität ST37 der Abmessungen 400 x 400 mm mit einem Weichlot und entsprechendem Flussmittel miteinander verbunden.A continuously cast high-strength steel (ST 52-3) with a triangular cross-section is processed by cutting the strand diagonally to pyramids with a base area of 40 x 40 mm and a height of 40 mm. From the same Steel strand and subsequent oblique cutting are made tetrahedra with a length of the edges lying opposite each other at right angles of 40 mm and a height of 40 mm. 200 pyramids, each with a tetrahedron, are positively connected to one another by soldering with a soft solder to form a composite body. The pyramids and tetrahedra as composite bodies are each arranged in a frame in a frame to form a flat fabric. The side facing the backing material is connected with the backing material made of a steel sheet of quality ST37 with the dimensions 400 x 400 mm with a soft solder and the appropriate flux.
Ein derart hergestelltes Flächengebilde wird als Schutzpanzerung für die Prallplatte eines Hammerbrechers eingearbeitet.A fabric made in this way is incorporated as protective armor for the baffle plate of a hammer breaker.
Bei der Abrasionsbeanspruchung an der Prallplatte werden die sich berührenden Kanten der Panzerplatten stärker erodiert als die Platten selbst. Bei der erfindungsgemäßen Lösung verläuft die Teilung aufgrund der Anordnung der Tetraeder und Pyramiden schräg zur Beanspruchungsrichtung, wodurch sich eine verringerte Abrasion an den sich berührenden Kanten ergibt, was eine um die 1 - fache längere Einsatzdauer zur Folge hat. Aufgrund der Lötverbindung sind eine Auswechslung der Schutzplatten und eine Wiederverwendung der Sicherungseinrichtung möglich. When the impact plate is subjected to abrasion, the contacting edges of the armor plates are eroded more than the plates themselves. In the solution according to the invention, the division is oblique to the direction of stress due to the arrangement of the tetrahedra and pyramids, which results in reduced abrasion on the contacting edges. which results in a service life that is 1 times longer. Due to the soldered connection, the protective plates can be replaced and the safety device reused.
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