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Die
Erfindung bezieht sich auf Füllkörper als Explosionsschutz
für einen
Tank mit einem Element aus Material hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Aluminium.
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Derartige
Füllkörper sind
beispielsweise aus der
DE
3816792 A1 bekannt. Gemäß dieser
Druckschrift sollen Explosionen von Behältern mit explosiven Flüssigkeiten
durch Füllen
dieser Behälter
mit Gitterwerken aus Metallfolie verhindert werden. Dabei nimmt
diese Metallfolie nur einen verschwindenden Bruchteil des Rauminhaltes
des Behälters
ein, obwohl es diesen vollständig
ausfüllen
muß. Gemäß der
DE 3816792 A1 sind
die Füllkörper Kugeln
aus Streckmetall.
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Ähnlich lehrt
die
DE 19756807 A1 die
Herstellung von Füllkörpern aus
zylindrisch aufgewickeltem Streckmetall. Streckmetallelemente als
Brandschutz zur Verwendung in der Bauindustrie sind auch aus der
EP 0345740 A2 und
der
EP 0349881 A1 bekannt.
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Das
in allen genannten Fällen
eingesetzte Aluminiumstreckmetall wird wegen seiner Festigkeit bei
geringem Gewicht aber vor allem auch wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit
eingesetzt.
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Ein
Tank sollte für
einen Explosionsschutz mit einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit
nahezu gleichmäßig ausgefüllt werden.
Aufgrund der Wärmeleitfähigkeit
des Materials wird ein lokal auftretender Wärmeüberschuß, beispielsweise durch Schwappen
einer explosiven Flüssigkeit
sofort über ein
größeres Volumen
verteilt. Damit wird die Temperatur lokal unterhalb der Entzündungstemperatur
gehalten und so eine Explosion der Flüssigkeit vermieden, die, wenn
die Wärmeenergie
nicht verteilt würde,
aufgrund wesentlich höheren
Temperaturen stattfinden könnte.
Die beschriebene Technik ist für
herkömmliche
Tanks üblicherweise
auch völlig
ausreichend. Schwierigkeiten für
eine effektive Explosionsvermeidung können sich aber vor allen Dingen
bei Panzern ergeben, deren Treibstofftank unter Beschuß lokal
sehr stark aufgeheizt werden kann und bei denen der Treibstoff wie
beim „Leopard" wesentlich leichter
entzündbar
ist. Insbesondere für
derartige erhöhte
Anforderungen ist eine wesentlich bessere Wärmeverteilung erwünscht als
sie mit den Füllkörpern nach
dem Stand der Technik erreicht wird.
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Im
Prinzip könnte
man daran denken, die bisherigen Folien aus Streckmetall entsprechend
dünn zu
halten und mehr Folien zu verwenden, um die Wärme gleichmäßiger über den Tankraum zu verteilen.
Dies würde
die Füllkörper unnötig verteuern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgemäß, einen
neuen Füllkörper als
Explosionsschutz für
einen Tank zu schaffen, der die Wärme wesentlich gleichmäßiger über das
Tankvolumen verteilt, wobei eine ausreichende Stabilität gewährleistet
werden soll. Insbesondere sollen diese Füllkörper auch kostengünstig herstellbar
sein.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß der Füllkörper zumindest
teilweise als Drahtgestrick ausgebildet ist.
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Ein
Gestrick aus sehr dünnem
Draht läßt sich geeignet
ausführen,
ohne daß es
unter dem eigenen Gewicht zusammenfällt, da die Strickstruktur
eine gegenüber
dem Streckmetall erhöhte
Festigkeit aufweist. Außerdem
läßt sich
ein Drahtgestrick industriell in einfacher Weise fertigen.
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Bei
besonders dünnen
Drähten
und einer gegenüber
dickeren Drähten
erhöhten
Anzahl läßt sich ein
Tank beliebig gleichmäßig ausfüllen. Aufgrund der
Vielzahl von Drähten
hoher Wärmeleitfähigkeit, wird
dann die durch Bewegung erzeugte Wärme auf den gesamten Tank effektiver
verteilt, sogar bei extremen Bedingungen wie dem Beschuß eines
Panzers wie den „Leopard".
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Insbesondere
eignet sich als Material Aluminium wegen seiner hohen Leitfähigkeit
auch bei den erfindungsgemäßen Füllkörpern. Jedoch
sind auch andere Metalle geeignet, wenn man beispielsweise eine
erhöhte
Festigkeit erzielen will. Insbesondere lassen sich auch Silber-,
Gold- oder Aluminiumbeschichtete Stahldrähte einsetzen, wobei der Stahl dann
die entsprechende Festigkeit sicherstellt und die Beschichtung die
entsprechende Wärmeleitfähigkeit
liefert. Auch durch die diesbezügliche
Materialauswahl lassen sich Festigkeit und Wärmeleitvermögen nahezu beliebig den Bedürfnissen
anpassen.
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Vorstehend
wurde schon die einfache Fertigung angesprochen. Gestrick läßt sich
insbesondere auf einer Rundstrickmaschine industriell fertigen,
wobei ein Schlauchgestrick entsteht. Mit einem Wickelkörper aus
einem derartigen Schlauchgestrick erhält man in einfacher Weise einen
Füllkörper geeigneter Größe und Gleichmäßigkeit.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist der Füllkörper in
Lagetechnik hergestellt. Hierzu wird der Drahtgestrickschlauch wiederholt
umgeschlagen, so daß mehrere übereinander
liegende Lage entstehen.
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Zur
Erhöhung
der Festigkeit ist gemäß einer vorzugsweisen
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Wickelende mit Draht,
insbesondere mit einem Edelstahldraht, abgenäht ist. Bei Bewegungen im Tank
beispielsweise durch Schwappen des Treibstoffes, treten Kräfte zwischen
den Drähten auf,
die dafür
sorgen könnten,
daß sich
das Gewebe an den beiden Enden löst.
Ein Abnähen
schafft dagegen die entsprechende gewünschte Langezeitstabilität.
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Der
Einsatz von einem Edelstahldraht zum Abnähen ist wegen der geringeren
Wärmeleitfähigkeit
zunächst
unerwartet. Für
diesen Zweck kommt es jedoch nicht auf die Wärmeleitfähigkeit, sondern im wesentlichen
auf die Festigkeit an. Die verringerte Wärmeleitfähigkeit schlägt dabei
kaum zu Buche, vor allem, da auch kein ernst zu nehmender Wärmewiderstand
auftritt, u.a. weil der vernähte
Edelstahl dicht am Aluminium liegt.
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Wie
aus dem Vorstehenden schon deutlicher geworden sein sollte, ist
es besonders wichtig, daß das
Gestrick möglichst
viel Raum ausfüllt,
wobei das Material ein möglichst
geringes Volumen einnimmt. Dies erreicht man gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch, daß das Gestrick gewellt ist.
Die Wellung schafft außerdem
eine größere Stabilität gegen
Verformung.
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Mit
Drahtgestrick aus Drähten
geeigneter Dicke läßt sich
immer die gewünschte
Stabilität
des Füllkörpers gegen
Verformung herstellen. Insbesondere bei sehr dünnen verstrickten Drähten, ist
gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß innerhalb
des Drahtgestrickes eine Stüzeinlage
aus einem Material eingearbeitet ist, das die gleiche oder eine
geringere Wärmeleitfähigkeit wie
das Material hat, aus dem das Drahtgestrick gefertigt ist. Dies
hat den Vorteil, daß nicht
zu viel Volumen bei gleichzeitig gleichmäßiger Wärmeverteilung ausgefüllt wird.
Die Stabilität
wird dann bei sehr dünnen
Drähten
durch die Stützeinlage
sichergestellt. Um die Gleichverteilung der Wärme aufgrund des Füllkörpers nicht
zu unterbrechen, sollte das Material, aus dem die Einlage gefertigt
ist, die gleiche oder einer geringere Wärmeleitfähigkeit wie das Material haben,
aus dem das Drahtgestrick gefertigt ist.
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Die
Herstellung eines Füllkörpers scheint
zunächst
beim Vorsehen einer Stützeinlage
unnötig
erschwert zu sein. Eine besonders einfache Formgebung, bei der diese
Stützeinlage
unproblematisch ist, ist gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung durch einen Füllkörper gegeben,
der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein um eine Längsachse
gewundenes Drahtgestrick vorgesehen ist, um das als Stützeinlage
ein Blech gebogen und um das wiederum eine weitere Schicht aus Drahtgestrick
gewunden ist.
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Das
bedeutet nicht, daß der
Füllkörper unbedingt
zylindrisch sein muß.
Durch Pressen des so gewundenen zylindrischen Füllkörpers von einer Seite lassen
sich auch Füllkörper mit
im wesentlichen elliptischen Querschnitten erzielen, was in speziellen
Fällen,
insbesondere zum Füllen
des Tanks mit Füllkörpern, günstiger
als ein zylindrischer Körper
sein kann. Wesentlich ist jedoch gemäß dieser Weiterbildung der
Erfindung eine Spiegelsymmetrie bezüglich der Längsachse.
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Um
eine entsprechende Festigkeit zu erreichen, sollte das als Stützeinlage
eingesetzte Blech eine bestimmte Durchlässigkeit für den Treibstoff in einem Tank
haben. Dazu ist bei einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, daß das Blech
ein Streckmetall ist.
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Ein
derartiger Füllkörper ist
in seiner Ausgestaltung mit der Stützeinlage bezüglich der
erreichbaren Stabilität
in Verbindung mit dem Materialbedarf optimierbar. Liegt das Blech
sehr weit außen
im Füllkörper, könnte es
bei Stößen von
Füllkörpern gegeneinander
verformt werden. Liegt das Blech sehr nah an der Längsachse,
ist es kaum in der Lage, auch äußere Schichten
zu stützen.
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Das
Optimum wird gemäß einer
vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung erreicht, indem das Blech
den Füllkörper senkrecht
zur Längsachse
mit einem Verhältnis
der jeweils zur Längsachse
gemessenen Abstände
von der Außenseite
zum Blech zwischen 0,5 und 0,9 unterteilt.
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Aufgrund
der Obergrenze für
das Verhältnis von
0,9 ist immer eine Lage Drahtgestrick um das Blech herum verteilt,
das dieses abpolstert und gegen Verformung aufgrund von Aneinanderstoßen nebeneinanderliegender
Füllkörper schützt. Einen ähnlichen
Vorteil der Polsterung erhält
man in Längsrichtung
zusätzlich,
wenn gemäß einer
vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, daß das Blech
vollständig
von Drahtgestrick umhüllt
ist. Das heißt
bei zylindrischen Wickelkörpern,
daß die
Gestrickwicklungen beidseitig der Längsachse über das Blech überstehen.
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Wie
vorstehend schon erläutert
wurde, kommt es beim effektiven Explosionsschutz darauf an, daß das wärmeleitende
Material gleichmäßig verteilt
ist. Die Menge an Material ist für
den Explosionsschutz selbst unwesentlich. Allerdings wird man beispielsweise
bei einem Tank verlangen, daß durch
das Material das Volumen des Tanks möglichst wenig verringert wird.
Deswegen ist gemäß einer
vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Verhältnis aus
mittlerer Dichte des Füllkörpers zur
spezifischen Dichte des Materials oder das Verhältnis von vom Material aufgefüllten Volumen
zum Gesamtvolumen kleiner als 0,03 ist.
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Man
verliert so weniger als 3% des Tankvolumens, wobei im allgemeinen
eine ausreichende Wärmeleitung
im Tank erreicht wird. Der genannte Verlust ist sogar für Panzer
tolerierbar, die eine große Menge
an leichtentzündlichem
Treibstoff verbrauchen.
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Um
ein Verrutschen der Füllkörper zu
verhindern, aber auch um bei vollgefülltem Tank einen höchstmöglichen
Explosionsschutz zu gewährleisten,
ist ein Tank gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß er
mit mindestens einem der vorherbeschriebenen Füllkörper vollständig gefüllt ist. Die Füllkörper liegen
aufgrund der vollständigen
Füllung
auch bei Stößen immer
aneinander, um gerade dann eine vollständige Wärmeleitung durch den Tank zu
gewährleisten.
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Weitere
Besonderheiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
a. Vorderansicht, b. Seitenansicht;
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2 ein ähnliches
Ausführungsbeispiel
wie in 1, jedoch mit unterschiedlicher
Formgebung a. Vorderansicht, b. Seitenansicht.
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Wenn
die Erfindung auch durch vollständig aus
Drahtgestricken gefertigten Füllkörpern ausführbar ist,
so sollen im folgenden jedoch, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, ausschließlich Füllkörper mit
Stützeinlagen
beschrieben werden, die insbesondere eine einfache Form aufweisen
und die einfach zu fertigen sind.
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Beide
Ausführungsbeispiele
von 1 und 2 sind
längliche
Körper
mit einer Längsachse 2. Diese
Längsachse 2 ist
Zentrum eines ersten Wickelkörpers 4 aus
Drahtgestrick. Um diesen Wickelkörper 4 ist
ein Stützeinlage 6 aus
einem Blech Aluminiumstreckmetalls gewunden, um den wiederum ein
zweiter Wickelkörper 8 gewickelt
ist. Im den Beispielen gemäß
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1 und 2 ist
der zweite Wickelkörper 8 jeweils
im gleichen Sinn wie der erste Wickelkörper 6 gewickelt,
dagegen ist es auch möglich,
beide Wickelkörper
gegensinnig zu wickeln. Der gleiche Wicklungsinn verhindert jedoch
ein Abwickeln beim Wickeln des zweiten Wickelkörpers 8 und garantiert
so eine Gleichmäßigkeit
des Drahtgestricks bei gleichzeitig einfacher Fertigungsweise.
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In
dem zweiten Wickelkörper 8 wurde
in der Nähe
der äußeren Wicklung
ein Schild 10 eingewickelt, auf dem die Seriennummer und
der Typ eingeprägt
werden kann. Alle Teile, auch das Schild 10, sind dabei
aus Aluminium, um keine Wärmebrücke zu schaffen
und insgesamt eine hohe und gute Leitfähigkeit sicherzustellen.
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Die
Wickelkörper 4 und 8 sind
aus gewelltem Schlauchgestrick gewickelt, das jeweils mit 0,30 mm Runddraht
aus Aluminium 99,5 gestrickt wurde. Das Wickelende wurde jeweils
mit einem Edelstahldraht S. 1.4301 von 0,28 mm Durchmesser vernäht. Das nach
dem Nähen
freiliegende Drahtende liegt im endgültigen Füllkörper nach innen, wodurch ein
gegenseitiges Verhaken benachbarter Füllkörper vermieden wird.
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Das
als Stützeinlage 6 eingesetzte
Blech ist vollständig
von Gewebe umgeben, wie insbesondere aus den 1b und 2b erkennbar
ist, daß heißt, die
Enden der Wickelkörper 4 und 8 stehen
an den Enden des Blechs über.
Das Raumgewicht der beiden Füllkörper von 1 und 2 wurde
kleiner als 80 kg/m3 gehalten.
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Die
einfachste Form zur Herstellung eines Füllkörpers ist in 1 gezeigt,
die einen einfachen Zylinder darstellt. Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 läuft
konisch zu und ist zumindest an einer Seite elliptisch. Die unterschiedliche
Formgebung hängt im
wesentlichen davon ab, wie diese Füllkörper beispielsweise in einen
Tank eingeführt
werden sollen. Die in 2 gezeigte Form
läßt sich
beispielsweise aus der gemäß 1 erzeugten gewinnen, indem nach Herstellung
des Ausführungsbeispiels
von 1 ein Formpress-Prozeß durchgeführt wird.
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Wesentlich
bei allen Beispielen ist, daß aufgrund
des Drahtgestricks auch sehr dünne
Drähte einsetzbar
sind, wodurch die Gleichmäßigkeit
der Wärmeleitung
gegenüber
Aluminiumstreckmetallen gewährleistet
und im allgemein auch eine erhöhte Stabilität gegeben
ist. Zur weiteren Erhöhung
der Stabilität
ist insbesondere ein Stützkörper 6 vorgesehen.