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Die Erfindung betrifft ein Instrumentenschutzgehäuse mit wenigstens einem darin aufgenommenen, zu schützenden Bauteil, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Insbesondere in Anlagen der Chemie und der Petrochemie müssen bestimmte Bauteile, wie beispielsweise Antriebe für Armaturen, die sicherheitsrelevant sind (zum Beispiel Notabschaltungen), aber auch Komponenten von Feuerlöscheinrichtungen im Brandfall vor Hitze geschützt werden. Es ist der Einsatz von speziellen Gehäusen bzw. Instrumentenschutzgehäusen allgemein bekannt, die eine als mehrschichtiges Sandwichelement aufgebaute Gehäusewand aufweisen. Die Gehäusewand ist durch zwei voneinander beabstandete, äußere und aus einem Glasfaserkunststoffmaterial gebildete GfK-Außenwände gebildet, zwischen denen ein Kern aus Mineralwolle als Mineralwollzwischenschicht beziehungsweise als Mineralwollkern angeordnet und aufgenommen ist. Ein derartiger Gehäuseaufbau ist insbesondere auch für Anwendungen im Freien geeignet und bietet einen hohen Widerstand gegen Korrosion und schützt das darin aufgenommene, zu schützende Bauteil vor einer Überhitzung.
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Mit derartigen herkömmlichen Gehäuseaufbauten lässt sich ein gewünschter Bauteilschutz bei Temperaturen von ca. 800°C für ca. 30 bis 35 Minuten aufrecht erhalten, was bereits einen sehr guten Brandschutz für die von dem Gehäuse umhausten Bauteile bedeutet.
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Insbesondere in den Anlagen der Chemie und der Petrochemie kann es jedoch unter bestimmten Umständen, zum Beispiel beim Abbrand von Kohlenwasserstoffen, u.a. bedingt durch eine exotherme Verbrennung der GfK-Außenwände, bereits nach kurzer Zeit zu sehr hohen Brandtemperaturen von über 1000°C bzw. weit über 1000°C, z.B. 1700°C, kommen. Diese Temperaturen liegen dann auch über dem Flammpunkt der Mineralwollzwischenschicht, was schließlich zu einer schnelleren Zerstörung der Instrumentenschutzgehäuse führt. Bei derartigen hohen Temperaturen besteht daher die Gefahr, dass die im Instrumentenschutzgehäuse aufgenommenen zu schützenden Bauteile nicht in ausreichendem Maße mittels des herkömmlichen Gehäuseaufbaus vor einer Zerstörung geschützt werden können.
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Aus der
DE 10 2004 050 442 A1 ist bereits ein Instrumentenschutzhaus für elektrische Instrumente und Analysegeräte bekannt, dessen Gehäusewand als mehrschichtiges Sandwichelement mit einer Außenwand, einer Zwischenwand und einer Innenwand aufgebaut ist. Im Zwischenraum zwischen Außenwand und Zwischenwand bzw. zwischen Zwischenwand und Innenwand ist jeweils eine Brandschutzschicht angeordnet. Mit derartigen Gehäuseaufbauten lässt sich ein Bauteilschutz bei Temperaturen von ca. 800 Grad Celsius für ca. 30 bis 35 Minuten aufrechterhalten, was bereits einen sehr guten Brandschutz für die von dem Gehäuse umhausten Bauteile bedeutet. Bei höheren Temperaturen von zum Beispiel über 1000 Grad Celsius besteht jedoch die Gefahr, dass die im Instrumentenschutzgehäuse aufgenommenen zu schützenden Bauteile nicht im ausreichenden Maße mittels des herkömmlichen Gehäuseaufbaus vor einer Zerstörung geschützt werden können.
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Die
DE 198 18 545 B4 betrifft eine Verwendung von Beschichtungsmassen zur Vorbeschichtung von Oberflächen und der nachfolgenden Fügung mit Klebstoffen auf Wasserbasis. Dabei wird Mineralwolle, Glaswolle, Silikatfaser oder Steinwolle so vorbehandelt, dass diese auf Außenfassaden oder Oberflächen im Innenausbau befestigt werden können. Das heißt, es geht bei dieser
DE 198 18 545 B4 primär darum, derartige Materialien besser an Oberflächen haftbar zu machen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Instrumentenschutzgehäuse mit wenigstens einem darin aufgenommenen zu schützenden Bauteil zur Verfügung zu stellen, mittels dem insbesondere auch bei im Brandfall bereits nach kurzer Zeit auftretenden sehr hohen Temperaturen, insbesondere Temperaturen von über 1000°C, ein zuverlässiger Brandschutz für die im Gehäuse aufgenommenen, zu schützenden Bauteile für eine definierte Zeit aufrecht erhalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen hierzu sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Patentansprüche.
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Gemäß Patentanspruch 1 wird ein ein Instrumentenschutzgehäuse mit wenigstens einem darin aufgenommenen, zu schützenden Bauteil, vorgeschlagen, das eine als mehrschichtiges Sandwichelement aufgebaute Gehäusewand aufweist, wobei die Gehäusewand durch zwei voneinander beabstandete, äußere und aus einem Glasfaserkunststoffmaterial gebildete GfK-Außenwände gebildet ist, zwischen denen ein Kern aus Mineralwolle als Mineralwollzwischenschicht angeordnet und aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist zwischen wenigstens einer der GfK-Außenwände und der Mineralwollzwischenschicht eine Flammschutzschicht angeordnet, insbesondere die Mineralwollzwischenschicht auf wenigstens einer ihrer den GfK-Außenwänden zugewandten Seiten mit einer Flammschutzschicht beschichtet.
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Wie die erfinderseitigen Versuche überraschend gezeigt haben, kann lediglich durch das Vorsehen einer derartigen Flammschutzschicht die Standzeit des Instrumentenschutzgehäuses auch bei solchen Brandsituationen, bei denen kurzfristig sehr hohe Temperaturen von über 1000°C bzw. weit über 1000°C, z.B. von ca. 1700°C, auftreten, wesentlich erhöht werden und dadurch die im Instrumentenschutzgehäuse aufgenommenen zu schützenden Bauteile für eine definierte Zeitdauer, insbesondere für wenigstens 60 Minuten zuverlässig vor Zerstörung geschützt werden. Denn die Flammschutzschicht hält die Wärme der exotherm verbrennenden GfK-Außenwände für eine lange Zeit von der Mineralwollzwischenschicht fern, was die deutlich erhöhte Standzeit bewirkt. Mit einem derartigen Aufbau, bei dem das wenigstens eine darin aufgenommene, zu schützende Bauteil die einzige Wärmesenke darstellt, wird somit sichergestellt, dass die Temperatur dieses Bauteils möglichst lange zuverlässig unter einer definierten Grenztemperatur, z.B. einer Grenztemperatur von 60°C, gehalten wird.
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Eine derartige Flammschutzschicht erfordert keinen großen Umbau der insgesamt bewährten Gehäusekonstruktion und kann auf einfache Weise zum Beispiel auf die Mineralwollzwischenschicht aufgebracht werden, wobei die Aufbringung bevorzugt beidseitig, das heißt jeweils den beiden GfK-Außenwänden zugeordnet erfolgt. Die Flammschutzschicht kann dabei durch jedes geeignete Flammschutzmittel gebildet werden, mittels dem zum Beispiel die Mineralwollzwischenschicht und/oder die GfK-Außenwände auf ihrer der Mineralwollzwischenschicht zugewandten Innenseite bestrichen werden.
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Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei der die wenigstens eine Flammschutzschicht dergestalt ausgebildet ist, dass die durch die GfK-Außenwände, die wenigstens eine Flammschutzschicht und die Mineralwollzwischenschicht gebildete Gehäusewand unter den nachstehend genannten Prüf- und/oder Testbedingungen:
- - Kohlenwasserstoff-Brand;
- - Wärmefluss zwischen 200 bis 230kW/m2;
- - Erreichen einer in etwa gleichbleibenden Temperatur von 1100 +/-200°C nach in etwa 2 bis 8 Minuten, insbesondere nach in etwa 4 bis 6 Minuten;
eine Feuerwiderstandsdauer gegen Feuerdurchschlag durch die Gehäusewand von wenigstens 60 Minuten, bevorzugt von wenigstens 90 Minuten aufweist.
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Die Flammschutzschicht selbst ist eine im Brandfall endotherm wirkende Flammschutzschicht. Mit einer derartigen endotherm wirkenden Flammschutzschicht wird bei einer Brandbeaufschlagung eine vorteilhafte Kühlung des Gehäuseaufbaus erzielt, zum Beispiel durch das Verdampfen von chemisch oder physikalisch in dem Flammschutzmittel der Flammschutzschicht gebundenem Wasser.
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Die Mineralwolle der Mineralwollzwischenschicht weist regelmäßig einen Flammpunkt auf, der größer ist als derjenige der GfK-Außenwände. Besonders bevorzugt ist zudem eine Ausführungsform, bei der die Mineralwolle der Mineralwollzwischenschicht nach DIN4102-17 einen Flammpunkt von maximal 1000°C bis 1200°C und/oder die GfK-Außenwände nach DIN4102-17 einen Flammpunkt von 350°C bis 400°C aufweisen.
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Mit einer derartigen Mineralwollzwischenschicht bzw. mit derartigen GfK-Außenwänden lässt sich der erfindungsgemäße Gehäuseaufbau auf besonders einfache Weise mit den vorstehend genannten Vorteilen realisieren.
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Die Mineralwollzwischenschicht ist bevorzugt durch Steinwolle gebildet, die eine besonders hohe Brandbeständigkeit aufweist.
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Besonders bevorzugt ist die Mineralwolle der Mineralwollzwischenschicht mit einer Faserstruktur versehen, deren Fasern im Wesentlichen senkrecht zu den GfK-Außenwänden ausgerichtet sind. Mit einer derartigen Faserstruktur, bei der die Fasern im Wesentlichen senkrecht zu den GfK-Außenwänden ausgerichtet sind, ergibt sich eine gegenüber herkömmlichen Mineralwollzwischenschichten wesentlich verbesserte Druck-, Zug- und Schubfestigkeit. Dadurch können insbesondere auch Sandwichelemente bzw. Gehäusewände mit größeren Spannweiten hergestellt werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn relativ großbauende Gehäuse eingesetzt werden, zum Beispiel in Verbindung mit am Boden aufgestellten Instrumentenschutzhäusern als Gehäusen.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten konkreten Ausgestaltung sind die GfK-Außenwände mit der Mineralwollzwischenschicht verklebt. Hierbei kann gemäß einer ersten Ausführungsvariante die, mit Bezug zur Mineralwollzwischenschicht, beidseitig aufgebrachte Flammschutzschicht ggf. als Kleber fungieren und die GfK-Außenwände mit der Mineralwollzwischenschicht verkleben. Die Flammschutzschicht kann in einem solchen Fall z.B. direkt als Kleberschicht auf die Mineralwollzwischenschicht und/oder die GfK-Außenwände aufgebracht werden. Mit einem derartigen Aufbau wird mittels der Flammschutzschicht eine besonders vorteilhafte Doppelfunktion erzielt, indem diese gleichzeitig auch als Kleber fungiert. Alternativ dazu kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die GfK-Außenwände mittels einer separaten Kleberschicht mit der Mineralwollzwischenschicht oder mit der Flammschutzschicht verklebt sind. Insgesamt wird dadurch ein funktionssicherer Aufbau einer Gehäusewand des Instrumentenschutzgehäuses als mehrschichtiges Sandwichelement erreicht.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen den beiden GfK-Außenwänden mehrere voneinander durch Zwischenwände, vorzugsweise durch GfK-Zwischenwände aus einem Glasfaserkunststoffmaterial, getrennte Mineralwollzwischenschichten angeordnet und aufgenommen sind. Auch hier kann wiederum vorgesehen sein, dass zwischen der wenigstens einen Zwischenwand und der Mineralwollzwischenschicht eine Flammschutzschicht angeordnet ist, insbesondere die Mineralwollzwischenschicht auf ihrer der Zwischenwand zugewandten Seite mit einer Flammschutzschicht beschichtet ist. Mit einem derartigen Aufbau, der insbesondere auch in Verbindung mit größeren Gehäusen bzw. häuserartigen Instrumentenschutzgehäusen vorteilhaft ist, wird eine weitere Erhöhung der Brandschutzeigenschaften erzielt, da zum Beispiel bei einer zerstörten Außenwand des Instrumentenschutzgehäuses nach wie vor ein Aufbau des Gehäuses im Bereich des Sandwichelementes zur Verfügung gestellt wird, der den Anforderungen zur Aufnahme von Spannungen in einer solchen Weise gerecht wird, wie dies bei unzerstörten, herkömmlichen Sandwichelementen bzw. Gehäusewandbereichen der Fall ist, die den herkömmlichen Aufbau mit zwei GfK-Außenwänden und einer zwischen diesen beiden liegenden Mineralwollzwischenschicht als Brandschutzschicht aufweisen. Mit einer derartigen Lösung wird somit die herkömmliche Sandwichelementstabilität auf einfache Weise auch im Brandfall aufrechterhalten.
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Unter dem Begriff „Instrumentenschutzgehäuse“ werden dabei vorliegend sämtliche Aufbauten verstanden, die aus brandschutzbestimmungsrechtlichen Gründen hohe Brandschutzanforderungen erfüllen müssten. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Ausführungsform, bei der die Mineralwollzwischenschichten als Brandschutzschichten einen höheren Schmelzpunkt aufweisen als die GfK-Außenwände (sowie gegebenenfalls die GfK-Zwischenwände).
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Gemäß einer besonders bevorzugten konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Instrumentenschutzgehäuse an einer medienführenden Prozessleitung angeordnet ist und wenigstens ein mit der Prozessleitung wirkverbundenes Bauteil, insbesondere ein Messgerät und/oder einen Aktuator zur Betätigung eines Stellelementes der Prozessleitung, umhaust, wobei das Bauteil mit einem Anschlusselement, vorzugsweise dicht, aus dem Instrumentenschutzgehäuse herausgeführt und mit der medienführenden Prozessleitung gekoppelt ist. Hierdurch wird der eingangs beschriebene besonders vorteilhafte Brandschutz für besonders sicherheitsrelevante Bauteile, wie sie beispielsweise in Anlagen der Chemie und Petrochemie erforderlich sind, auf einfache Weise erreicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 schematisch und perspektivisch einen Stellelementantrieb an einer Prozessleitung einer Chemieanlage, wobei der Stellelementantrieb mittels einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Instrumentenschutzgehäuses umhaust ist,
- 2 schematisch eine beispielhafte Schnittansicht durch einen Teilbereich der Gehäusewand in auseinandergezogener Darstellung,
- 3 die Darstellung der 2 im zusammengebauten Zustand, und
- 4 schematisch und beispielhaft eine Schnittansicht durch eine Gehäusewand, die eine GfK-Zwischenwand und zwei Mineralwollzwischenschichten aufweist, deren Faserstruktur senkrecht zur GfK-Außenwand bzw. zur Zwischenwand ausgerichtet ist.
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In der 1 ist schematisch und perspektivisch eine Anordnung eines Instrumentenschutzgehäuses 1 an einer Prozessleitung 8 einer hier nicht weiter dargestellten chemischen oder petrochemischen Industrieanlage gezeigt. Diese Prozessleitung 8 wird von einem Medium 12 durchströmt, wobei in die Prozessleitung 8 ein hier nicht weiter dargestelltes Stellelement 13 eingeschaltet ist, mittels dem zum Beispiel eine Abschaltung der Prozessleitung 8, insbesondere eine Notabschaltung im Brandfall, vorgenommen werden kann. Die Betätigung des Stellelements 13 erfolgt mittels eines hier beispielhaft nach oben von der Prozessleitung 8 abragenden Stellelementantriebs 9, der von dem Instrumentenschutzgehäuse 1 umhaust ist und vorzugsweise dicht in dessen Innerem aufgenommen ist. Hierzu ist der Stellelementantrieb 9 mit einem Anschlusselement 14 durch eine Bodenwand der Gehäusewand des Instrumentenschutzgehäuses 1 vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht herausgeführt, was hier aber nicht näher dargestellt ist.
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Für eine einfache Zugänglichkeit des Instrumentenschutzgehäuses 1 kann dieses einen Gehäusedeckel 10 aufweisen, der lösbar und vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht an dem Instrumentenschutzgehäuse 1 gehaltert ist.
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Die Halterung des Instrumentenschutzgehäuses 1 an der Prozessleitung 8 wird bevorzugt zusätzlich noch durch Haltelaschen 11 unterstützt, die die Prozessleitung 8 umgreifen.
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Wie weiter in der 1 ersichtlich, kann das Stellelement 13 in die Prozessleitung 8 mittels herkömmlicher Flanschverbindungen 15 eingekoppelt sein.
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In der 2 und 3 ist nun beispielhaft und schematisch ein Querschnitt durch die Gehäusewand des Instrumentenschutzgehäuses 1 gezeigt, wobei die Gehäusewand als mehrschichtiges Sandwichelement aufgebaut ist und durch zwei voneinander beabstandete, äußere und aus einem Glasfaserkunststoffmaterial gebildete, stabile GfK-Außenwände 4, 5 gebildet ist, zwischen denen ein Kern aus Mineralwolle, insbesondere aus Steinwolle, als Mineralwollzwischenschicht 2 angeordnet und aufgenommen ist. Die GfK-Außenwände 4, 5 weisen dabei einen geringeren Flammpunkt auf als die Mineralwollzwischenschicht. Beispielsweise liegt der Flammpunkt der GfK-Außenwände 4, 5 zwischen 350°C und 400°C, während der Flammpunkt der Mineralwollzwischenschicht zwischen 1000°C und 1200°C liegt.
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Wie dies insbesondere der auseinandergezogenen Darstellung der 2 entnommen werden kann, ist die beispielsweise durch Steinwolle gebildete Mineralwollzwischenschicht 2 auf den gegenüberliegenden und den GfK-Außenwänden 4, 5 zugewandten Seiten mit einer Flammschutzschicht 3 aus einem endothermen Flammschutzmittel beschichtet, wobei die Flammschutzschicht 3 zudem so ausgebildet ist, dass bei einem Kohlenwasserstoff-Brand, einem Wärmefluss zwischen 200 bis 230kW/m2 und einem Erreichen einer in etwa gleichbleibenden Temperatur von 1100 +/-200°C nach in etwa 2 bis 8 Minuten, insbesondere nach in etwa 4 bis 6 Minuten, eine Feuerwiderstandsdauer gegen Feuerdurchschlag durch die Gehäusewand von wenigstens 60 Minuten, bevorzugt von wenigstens 90 Minuten zur Verfügung gestellt wird. Dadurch kann der Stellelementantrieb 9 im Falle eines Brandes für eine sehr lange Zeit auch bei sehr hohen Temperaturen, wie sie bei einem Kohlenwasserstoff-Brand auftreten können, vor Zerstörung geschützt werden und zum Beispiel eine Notabschaltung der Anlage bzw. der Prozessleitung 8 auch über einen längeren Zeitraum bei extremen Bränden funktionssicher und zuverlässig stattfinden.
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Wie dies in der 2 lediglich strichliert eingezeichnet ist, können die GfK-Außenwände 4, 5 beispielsweise mittels einer separaten Kleberschicht 7 mit der mit der Flammschutzschicht 3 beschichteten Mineralwollzwischenschicht 2 verklebt werden, um einen insgesamt stabilen, tragenden Gehäusewandaufbau zur Verfügung zu stellen. Alternativ dazu könnte die Verklebung der Mineralwollzwischenschicht 2 mit den GfK-Außenwänden 4, 5 aber auch durch die Flammschutzschicht 3 selbst bewerkstelligt werden.
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Die Faserstruktur der Mineralwollzwischenschicht 2 ist in der Ausführungsform der 2 und 3 herkömmlich und unregelmäßig. Für den Fall, dass eine besonders hohe Druck-, Zug- und Schubfestigkeit der Gehäusewand zur Verfügung gestellt werden soll, kann aber auch vorgesehen sein, dass die Faserstruktur 16 so ausgebildet ist, dass ein Teil deren Faser im Wesentlichen senkrecht zu den GfK-Außenwänden 4, 5 ausgerichtet ist, wie dies schematisch und beispielhaft in der 4 dargestellt ist.
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In der 4 ist zudem des Weiteren ein Aufbau der Gehäusewand des Instrumentenschutzgehäuses 1 mit einer zur Ausgestaltung gemäß 2 und 3 alternativen Doppel-Sandwichstruktur gezeigt, bei der zwischen den beiden GfK-Außenwänden 4, 5 eine weitere aus einem Glasfaserkunststoffmaterial hergestellte GfK-Zwischenwand 6 vorgesehen ist, die im Wesentlichen identisch mit den GfK-Außenwänden 4, 5 ausgebildet sein kann. Entsprechend sind hier dann im Bereich zwischen den beiden GfK-Außenwänden 4, 5 und der jeweils mittig dazwischen angeordneten GfK-Zwischenwand 6 zwei Mineralwollzwischenschichten 2 angeordnet. Analog zur zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß der 2 und 3 kann zwischen der Mineralwollzwischenschicht 2 und der GfK-Zwischenwand 6 jeweils eine Flammschutzschicht 3 vorgesehen sein. Ein derartiger Wandaufbau eignet sich insbesondere für häuserartige Instrumentenschutzgehäuse, die zum Beispiel auch nicht an einer Prozessleitung angebracht sind, sondern freistehend angeordnet sind, und in denen entsprechende Instrumente und Anlagen, zum Beispiel elektronische und/oder elektrische Bauteile, wie beispielsweise Messgeräte, Analysegeräte, etc., angeordnet und aufgenommen sind. Derartige Häuser können beispielsweise auch begehbar ausgebildet sein.
