DE10013750A1 - Füllkörper als Explosionsschutz für einen Tank - Google Patents

Abstract

Bei einem Füllkörper aus Explosionsschutz für einen Tank mit einem Element aus Material hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Aluminium, ist vorgesehen, daß der Füllkörper zumindest teilweise aus Drahtgestrick ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Füllkörper als Explosionsschutz für einen Tank mit einem Element aus Material hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Aluminium.

Derartige Füllkörper sind beispielsweise aus der DE 38 16 792 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 38 16 792 A1 sind die Füllkörper Kugeln aus Streckmetall.

Ähnlich lehrt die DE 197 56 807 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.

Das in allen genannten Fällen eingesetzte Aluminiumstreckmetall wird wegen seiner Festigkeit bei geringem Gewicht aber vor allem auch wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit eingesetzt.

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.

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.

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.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Füllkörper zumindest teilweise als Drahtgestrick ausgebildet ist.

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.

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".

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 Aluminium­ beschichtete 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.

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.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Füllkörper in Lagetechnik hergestellt. Hierzu wird der Drahtgestrickschlauch wiederholt umgeschlagen, so daß mehrere übereinander liegende Lage entstehen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung a. Vorderansicht, b. Seitenansicht;

Fig. 2 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in Fig. 1, jedoch mit unterschiedlicher Formgebung a. Vorderansicht, b. Seitenansicht.

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.

Beide Ausführungsbeispiele von Fig. 1 und Fig. 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 Fig. 1 und Fig. 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.

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.

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.

Das als Stützeinlage 6 eingesetzte Blech ist vollständig von Gewebe umgeben, wie insbesondere aus den Fig. 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 Fig. 1 und Fig. 2 wurde kleiner als 80 kg/m³ gehalten.

Die einfachste Form zur Herstellung eines Füllkörpers ist in Fig. 1 gezeigt, die einen einfachen Zylinder darstellt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 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 Fig. 2 gezeigte Form läßt sich beispielsweise aus der gemäß Fig. 1 erzeugten gewinnen, indem nach Herstellung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 ein Formpress- Prozeß durchgeführt wird.

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.

Claims (12)

1. Füllkörper als Explosionsschutz für einen Tank mit einem Element aus Material hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper zumindest teilweise aus Drahtgestrick ausgebildet ist.

2. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Lagen von Schlauchgestrick ausgebildet ist.

3. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Wickelkörper (4, 8) aus Schlauchgestrick ausgebildet ist.

4. Füllkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickelende mit einem Draht, insbesondere mit einem Edelstahldraht, abgenäht ist.

5. Füllkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestrick gewellt ist.

6. Füllkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Drahtgestricks eine Stützeinlage (6) aus einem Material eingearbeitet ist, das die gleiche oder eine geringere Wärmeleitfähigkeit wie das Material hat, aus dem das Drahtgestrick gefertigt ist.

7. Füllkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein um eine Längsachse (2) gewundenes Drahtgestrick vorgesehen ist, um das als Stützkörper (6) ein Blech gebogen und um das wiederum eine weitere Schicht (8) aus Drahtgestrick gewunden ist.

8. Füllkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech ein Streckmetall, ein Streckgitter, ein Lochblech oder irgendeine andere flache durchlässige Metallstruktur ist.

9. Füllkörper nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech den Füllkörper senkrecht zur Längsachse (2) mit einem Verhältnis der jeweils zur Längsachse (2) gemessenen Abstände von der Außenseite zum Blech zwischen 0,5 und 0,9 unterteilt.

10. Füllkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech vollständig von Drahtgestrick umhüllt ist.

11. Füllkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, 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.

12. Tank, aufweisend einen Explosionsschutz, dadurch gekennzeichnet, daß der Explosionsschutz aus mindestens einem Füllkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11 besteht, mit dem der Tank vollständig gefüllt ist.