DE10205291A1 - Tunnel- und Fahrzeugsicherheitsoptimierung mit Kleinturbulenzen - Google Patents

Abstract

Eine Erhöhung der Sicherheit eines Tunnels wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass seine Flächen zumindest teilweise eine variable Struktur aus Vertiefungen aufweisen, die sowohl Kleinturbulenzen ermöglicht, die ihrerseits zu einer größeren Beweglichkeit der Medien beitragen und einen reibungsärmeren Wechsel gewährleisten, als auch mit ihren verschiedenen Funktionen eine Dosierung und Konditionierung der beteiligten als auch zusätzlicher Medien ermöglichen, um auch mehrere Brände gleichzeitig zu beenden. DOLLAR A Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die vier Faktoren Rauch, Hitze, Druck und Hinternisse zu beeinflussen, und deshalb nicht nur einen Tunnel, sondern auch das ihn benutzende Fahrzeug mit einer solchen Struktur und ihren Funktionen auszurüsten. DOLLAR A So und zusätzlich durch einen Raum sowohl im Fahrzeug als auch in Verbindung mit oder im Tunnel, der kinetische Energie aufnimmt, werden Passagiere bei hohen Geschwindigkeiten in Tunneln von den Auswirkungen zerstörerischer und der Gesundheit abträglicher Druckwellen und Resonanzen verschont, aber auch die Fahrzeuge werden durch die geringere Druckbeanspruchung geschont.

Description

• Die Erfindung betrifft Maßnahmen für die Sicherheit in einem von Fahrzeugen durchfahren Tunnel, dessen von Gasen, Gemisch und Festkörpern durchströmter Raum auf seinem nicht offenen Teil von Flächen umgeben ist. Da der Tunnel nur im Zusammenhang seiner Nutzung Sicherheitsmängel hat, müssen Fahrzeuge mit betrachtet werden, für die analoge Maßnahmen vorgeschlagen werden.
• Die Erfindung gehört in den Bereich der Strömungslehre.
Problemstellung
• a) Bei Vorfällen in Tunneln kann es zur unkontrollierten Wärmeentwicklung mit daraus entstehendem und sich weiter ausbreitendem Brand kommen. Durch die Temperatureinwirkung kommt es letztendlich zum Einstürzen der Tunnelkonstruktion. Zu Personenschäden kommt es, wenn ein schnelles Verlassen wegen Hindernissen oder fehlender Information nicht möglich und der Tunnel in minutenschnelle mit Rauch erfüllt war.
  Ein vor dem Kollaps stehender Tunnel ist selbst für Rettungskräfte oft nicht mehr erreichbar.
• b) Druckwellen von Explosionen, aber auch ein- und ausfahrendem Fahrzeugen sind ein Risiko für Mensch und Fahrzeuge.
Filmbetrachtung
• Bei Versuchen in der Schwerelosigkeit ist zu bemerken, wie die Wärme- und Rauchentwicklung bei Verbrennungsprozessen durch die fehlende Konvektion beeinträchtigt wird.
• Es ist bekannt, dass man versucht, die Sicherheit von Tunneln dadurch zu erhöhen, dass der bei Bränden entstehende Rauch nicht an den Tunnelenden entweicht, sondern über einen gesonderten Rauchabzugschacht, dessen über die gesamte Länge verteilte Abzugklappen sich bei Bedarf über dem und in der Nähe des Brandherdes öffnen lassen, während alle übrigen geschlossen werden.
• Weiterhin sind Versuche erfolgreich, den Wärmeübergang zwischen dem zu löschenden Objekt und dem Löschwasser durch feinere Vernebelung zu beschleunigen.
• Um die Folgen der Ausdehnung von Wasser im Beton durch Wärme zu Wasserdampf ohne Explosion des Betons zu ermöglichen, will man Kunstharzfasern, die schmelzen und kleine Gänge freigeben, vorher in den Beton mischen.
• Über verkehrstechnische Maßnahmen bei Tunneln mit Gegenverkehr wird diskutiert, und Verkehrsleitsysteme tun ihren Dienst. Ampelanlagen, selbstleuchtende Streifen am Boden weisen den Fluchtweg.
• Bei langen Tunneln kann eine Meldestelle Maßnahmen videoüberwacht anleiten. Diese Stellen werden je nach Ausrüstung über Sensoren für u. a. Druck und Temperatur informiert. So kann bei Ausbruch eines Feuers exakt die Temperatur und Stelle des Brandes lokalisiert werden.
• Bei Tunneln, die in Zukunft mit höheren Geschwindigkeiten befahren werden sollen, versucht man dem Problem der von Fahrzeugen verursachten Druckwellen dadurch zu begegnen, dass der Luftaustausch an den Öffnungen durch Vergrößerung des Querschnitts erleichtert wird oder dass auch der untere Teil der Tunnelröhre dazu herangezogen wird.
• Doch ein Nachteil dieser ganzen Maßnahmen ist eben doch, dass man neben dem Senken der Temperatur und der Abfuhr der Rauchgase gegen das Entstehen neuer Rauchgase und Weiterungen wenig tun kann und keine Tunnelflächengestaltungen finden kann, die ein erfolgversprechendes Eingreifen ermöglichten, zu schweigen von erhöhtem Alltagsnutzen.
• Man sieht sich dann gezwungen, den Tunnel so weit wie möglich zu räumen, die defekten Löscheinrichtungen zu konstatieren, den Schaden zu bemessen, und kann sich an Hand der kW-Mengen, mit denen der Tunnel noch beladen ist, ausrechnen, dass man noch einige Tage abzuwarten hat. Da der Brand nicht gelöscht werden kann, entsteht weiterer Schaden, möglicherweise auch an bisher unversehrten Stellen der Tunnelröhre. Immerhin hat eine Stahlkonstruktion bei 250°C nur noch einen Teil ihrer ursprünglichen Belastbarkeit.
• Beteiligte, die sich haben retten können, berichten über die nahezu komplett geschwärzte Umgebung, den Sauerstoffmangel in der Nähe des Brandherdes, über die Orientierungslosigkeit zwischen Hindernissen und damit verbundene Unsicherheit, dann ohne Überblick an nicht sofort Geretteten vorbei zu schwer zu öffnenden Türen von Schutzräumen zu kriechen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
  
• - das Ein- und Ausströmen zu beschleunigen, was für den Transport von großen Wärmemengen wichtig ist,
• - die Steuerung von Strömungen, die aus Gasen oder Gemisch bestehen können, zu ermöglichen und
• - gleichzeitig die Möglichkeit zu bieten, auf diese Weise Abkühlung gezielt richten und
• - den in der Startphase eines Brandes entstehenden Rauch fast auszuschalten, ohne dem Brandherd neuen Sauerstoff zu verschaffen,
• - die Paniksicherheit für die Tunnelbenutzer entscheidend zu verbessern,
• - die befahrbare Breite bei vielen Tunneln zu vergrößern,
• - eine Dämpfung von Druckwellen und Resonanzen zu gewährleisten,
• - die vom Brandherd abgestrahlte Wärme von der Tunnelkonstruktion fernzuhalten, aber auch nicht auf den Brandherd zurückzustrahlen,
• - als modulares System in verschiedenen Ausbaustufen an verschiedene Konzepte anpassbar zu sein,
• - der Rettungszentrale erweiterte Zugriffsmöglichkeiten auf den Brandherd zu bieten und so die Sicherheit zu erhöhen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nicht allein dadurch gelöst, dass ein Tunnel gemäß Anspruch 1 und 5. gestaltet wird, sondern analog Maßnahmen gemäß Anspruch 6., 8. und 9. zur Anwendung kommen. Denn die Risiken im Tunnel bestehen genauso aus dem Fehlen einer Ausrüstung von Fahrzeugen, die einen Brand direkt beenden. Außerdem verunmöglichen sie höhere Geschwindigkeit durch die von ihnen selbst ausgelösten Druckwellen und Resonanzen, von der möglichen Gesundheitsgefährdung zu schweigen. Auch hierzu werden Ausführungsformen beschrieben.
• Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die vier Faktoren Rauch, Hitze, Druck und Hindernisse zu beeinflussen, und deshalb nicht nur einen Tunnel, sondern auch das ihn benutzende Fahrzeug mit einer solchen Struktur und ihren Funktionen auszurüsten.
• So und zusätzlich durch einen Raum, der kinetische Energie aufnimmt, sowohl im Fahrzeug als auch in Verbindung mit oder im Tunnel, werden Passagiere bei hohen Geschwindigkeiten in Tunneln von den Auswirkungen zerstörerischer und der Gesundheit abträglicher Druckwellen und Resonanzen verschont, aber auch die Fahrzeuge werden durch die geringere Druckbeanspruchung geschont.
• Um nun die modellhaft vorgeschlagene Struktur zu präzisieren, so haben wir es mit einer Minimalfläche zu tun, deren Einsenkungen von ca. 1 mm, in bestimmten Fällen aber auch bis unter 0,2 mm Tiefe, aus ca. 2 mm bis ca. 6 mm großen Kugel-, aber auch anderen Körpersegmenten bestehen, die platzsparend, bspw. auf Luke stehend, angeordnet sind, und entsprechend ihren verschiedenen Funktionen variabel sind.
• Wie ich in meiner Offenlegungsschrift DE 198 42 996.7, Zeile 60 ff., darlegte, nämlich dass sich eine schnellere Luftschicht zwischen Scheibe und auftreffendem Regen schob, so soll sich Analoges auch innerhalb eines Tunnels erreichen lassen, die nötige Geschwindigkeit der beteiligten Medien vorausgesetzt - ermöglicht wird sie aber auch erst durch eine Kleinturbulenzen erzeugende Struktur, die schnelle Strömungen an ihr entlang ermöglicht, auch wenn der Tunnel in dieser Hinsicht mit Hindernissen vollgestellt erscheint.
Zu Anspruch 1
• Die Tunnelinnenflächen, die den von Gasen oder Gemisch durchströmten Raum definieren, haben eine Struktur aus Vertiefungen, deren Vorhandensein und/oder Erscheinungsform variabel ist und so bei Bedarf Kleinturbulenzen erzeugt, die dazu beitragen, einen reibungsärmeren Wechsel, eine bessere Beweglichkeit der beteiligten Medien und eine Steuerung von Strömungen zu erreichen.
• Für eine Tunnelinnenfläche lässt sich die modellhaft angenommene variable Struktur so beschreiben: Von außen wird die Tunnelinnenfläche von einem halbkugelförmigen Werkzeug nur gerade so weit durchbohrt, dass die Öffnung kleiner als sein Durchmesser bleibt. Hier wird nun eine Kugel eingefügt. Der über die Tunnelinnenfläche herausragende Teil wird plan wie die Tunnelfläche auch (Non-aktiv-Stellung). Nun wird die Kugel so weit gedreht, dass sie eine nächste unabhängige Fläche erhalten kann, aus der dann eine weich verlaufende Minimalfläche bspw. herausgefräst wird, die diese fast voll benutzt (Aktiv-Stellung), und sich in die Gesamtfläche einfügt.
• Diese Strukturkörper werden nun platzsparend möglichst nah aneinander plaziert, so dass sie die Non-aktiv-Stellung einnehmen können, wenn der Brandfall bspw. noch nicht eingetreten ist. Versuche müssen ausweisen, ob die Strukturträger elektromagnetisch, über Stellmotoren oder mit Druckstössen angesteuert werden, ob sie untereinander durch Zahnräder verbunden werden und so gesteuert werden. Die Ansteuerelektonik existiert für die Einzelkristalle der TFT-Farbbildschirme schon und würde die Strömungen vom Bildschirm aus beeinflussbar machen.
• Ein Absaugen von Gemischen aus Rauch und Wasser mit höherer Geschwindigkeit wird in der Aktiv-Stellung ermöglicht, andererseits vermeidet man ein Absetzen von Schmutzpartikeln auch im alltaglichen Betrieb durch die Non-Aktiv-Stellung oder eben durch einen Wechsel zwischen beiden, sodass sich in den tiefer liegenden Strukturen keine Ablagerungen bilden, die später wieder zu beseitigen wären.
• Um verschiedene kleinturbulente Strömungen auslösen zu können, wird eine weitere Fläche zumindest eines Teils der Strukturkörper mit einer mehr richtungsbezogenen Schaufel-Form ausgestattet.
• Es kann so eine Möglichkeit angegeben werden, dass die im Tunnelraum durch Verbrennung oder plötzliche Entzündung ausgelöste Druckwelle auf eine Kleinturbulenzen auslösende Oberfläche trifft, die eine Strömungsrichtung bevorzugt, und so die Ausbreitung bspw. nach oben, weg von der Straßenoberfläche, vorgibt oder begünstigt.
• Dies kann auch wichtig sein bei einem stehenden Zug, wo man fein vernebeltes Wasser in einem Luftstrom von mehr als 80 km/h links und rechts zwischen Waggon und Tunnelwand möglichst verlustarm und schnell und etwas nach unten gerichtet zur Brandstelle transportieren möchte, um nicht nur den entgegenkommenden Rauch zu kühlen. Andere Konzepte möchten vielleicht gerade dies, die Struktur wird dann anders eingestellt, so auf non-aktiv, wo man keine Strömung bevorzugen möchte.
• Zudem können federnd und stoßdämpfend gelagerte Strukturelemente die Gewalt der Druckwelle beim Einfahren eines schnellen Zuges zusätzlich mildern.
Zu Anspruch 2
• Indem die Tunnelinnenflächen mit einer wärmereflektierenden Oberfläche ausgerüstet werden, die gleichzeitig eine Kleinturbulenzen auslösende Struktur ist, wird die Wärmestrahlung nicht in die Tiefe des Tunnelraums reflektiert, sondern in die vorbeifließenden Medien.
• Die Wärmestrahlung wird, je weiter die Temperaturen steigen, für das Ausbreiten des Brandes ein Faktor, dem man durch Temperatursenkung begegnen will. - Die durch langanhaltende intensive Wärmestrahlung aber entstehenden Beeinträchtigungen und Beschädigungen des Tunnels selbst sind bekannt. Versucht man die Strahlung zurück zu dem verursachenden Objekt zu reflektieren, sinkt dort die Temperatur nicht.
• Ein Ausweg aus diesem Dilemma ist, die die Kleinturbulenzen auslösenden Vertiefungen so zu gestalten, dass das wärmereflektierende Material ihrer Oberfläche die Wärmestrahlung nicht in die Tiefe des Tunnelraums reflektiert, sondern in die über die Struktur hinwegfließenden Medien. Eine Bündelung erzeugt eine höhere Temperatur, was beim Wärmeübertrag auf die vorbeifließenden Medien vorteilhaft ist. Die Fokussierung in verschiedene Abstände von der Oberfläche ist durch Wahl verschiedener Einsenkungen vorteilhaft. Die nicht erfasste Strahlung könnte von tiefer im Material eingebetten Elementen so gerichtet werden, dass auch sie in den Raum über der Struktur Medien weiter aufheizt. So lässt sich die Strahlungswärme dann entfernen, ohne dass sie wieder im ausstrahlenden Objekt, noch im nächsten sich dann entzündenden Objekt, noch im kühlenden Tunnelbeton befindet. Dies letzte ist als eine Reserve anzusehen, die gewiss ausgenutzt wird, wenn man sie einplant.
• Ein mehrlagiger/-stufiger Schutz, der obigen Prozess beinhaltet, könnte aus Steinwollelementen in der Art hinterlüfteter Fassaden aufgebaut werden, die von Medien in hoher Geschwindigkeit über- und durchströmt werden.
• Das durch die Isolation entstehende Energiegefälle im Normalfall wirkt sich positiv im Sinne einer Werterhaltung der Bausubstanz aus, da Kondensation verhindert wird. Ein zusätzlicher Vorteil einer solchen Isolation ist eine Senkung der Raumtemperatur im Tunnel.
• Durch die vermehrte Verwendung von Sprühnebeln anstatt von Sprühregen entsteht automatisch ein Rauch, der mehr Feuchte transportiert. Das kann sich auf ungeschützten Beton zusammen mit hoher Temperatur so auswirken, dass es zu seiner Auf- und Ablösung kommt.
• Ein weiterer Vorteil einer solchen Ausgestaltung der Erfindung wäre, dass man dann auf platzverbrauchende Leitplanken mit ihrem Haltesystem verzichten könnte. Ein Funkenflug hierdurch bei Unfällen kann dann ausgeschlossen werden. Der extra zur Verfügung stehende Raum ermöglicht dann wieder einigen Fahrzeugen mehr im Katastrophenfall zu wenden und Platz zu schaffen, damit vielleicht ein LKW mit seiner Fracht 10 m vom Brandherd weg zurücksetzen kann.
Zu Anspruch 3
• Hier lassen sich in Teile der variablen Struktur technische Hilfsmittel einbinden, die erst bei Bedarf aktiviert werden und sonst geschützt sind.
• Eine Beleuchtung, die der Rauch zurußt, ist zwecklos geworden. Warnpfeile, die vorher aufgemalt worden sind, weil man meint, der Fluchtweg stünde fest, können irreführend sein. Oder Fahrzeuge stehen darauf. Lautsprecher befinden sich unvorhergesehen an der falschen Stelle, Ampelanlagen und Videoapparatur sind im Rauch verschwunden.
• Hier vorgestellt wird hingegen, ermöglicht durch die variabel verstellbaren Strukturelemente, eine Beleuchtung, und zwar so, dass einige Strukturkörper so drehbar sind, dass Licht, das diesem Körper durch ein Glasfaserkabel zugeführt wird, freigesetzt wird. Auch lassen sich hier Leuchtdioden vorteilhaft einbauen, die sich mir konkaver Oberfläche noch besser von allen Richtungen aus sehen lassen und sich in die Kleinturbulenzen erzeugenden Struktur einpassen. Der Strukturkörper kann Teil von Laufschriften und Pfeilen sein.
• In einem Katastrophenfall lassen sich hierdurch klare Anweisungen geben, die den einzelnen auch dann nicht allein lassen, wenn er einem Hindernis ausweichen musste. In Kniehöhe eingebaute Videoapparatur, im Normalfall in verdeckter Stellung, kann bei und nach einem Brandfall die unbrauchbare Apparatur im Rauch ersetzen.
Zu Ansprüchen 3. und 4
• In durch Schienenfahrzeuge benutzten Tunneln können Mikrofone mittels automatischer Geräuscherkennung helfen, ein heißlaufendes Radlager zu orten. Mitlaufend kann eine Kühlung durch die seitlichen Austrittsöffnungen der Struktur noch während der Fahrt erfolgen. Das ist preiswerter als jedes Rad irgendeines Fahrgestells so auszurüsten. Mit Sensoren für Temperatur, Rauchgas und Bewegung und der intelligenten Auswertung ließe sich analoges im Brandfall gezielt schon vor dem Stillstand auch eines brennenden Autos realisieren.
Zu Anspruch 4
• Dass sich in Teilen der variablen Struktur Düsen befinden, über die sich frische Atemluft für Menschen, die ihre Fahrzeuge verlassen haben und sich den Wänden entlang bewegen, zuführen lässt, sollte kein Luxus sein.
• Dass sich jedoch der Brand, vor allem einer, der in einem Behältnis stattfindet und sich nicht von außen kühlen lässt, weiter mit dem nötigen Sauerstoff versorgt, indem er unverbrauchte Luft von unten anzieht und als Rauch wieder entlässt, ist auf jeden Fall für die Menschen, die gerade noch aussteigen konnten und sich dann entfernen wollten, gefährlich, weil sie entweder ohne Rauchabzug in der Decke vom Qualm eingeholt werden, oder mit Rauchabzug der Brand stärker weden kann, weil der Sauerstoffnachschub sogar noch verstärkt stattfindet.
• Indem die Luft an der Brandstelle, das heißt direkt unter dem brennenden Fahrzeug durch Stickstoff oder ein Edelgas ersetzt wird, der oder das auch durch die Thermik den Weg zum Brandherd findet, wird der Verbrennungsprozess unterbrochen und entfällt damit der Grund für die Dynamik der aufsteigenden Luftmassen. Die Kleinturbulenzen auslösende Struktur mit den sich in Teilen der variablen Struktur befindenden Einspritzdüsen und/oder Auslasskanälen ist hier besonders nutzvoll. Diese Oberflächengestaltung der Straße ermöglicht auch den milderern Verlauf von Explosionen durch schnellere Beweglichkeit der bewegten Luftmassen. Nicht erwünschte Flüssigkeiten lassen sich durch die Kanäle in der Struktur sofort absaugen und als Gemisch mit der Abluft entsorgen.
• Angereichert mit dem fein versprühten Wasser ist eine Senkung unter die Entflammtemperatur nun möglich. Gleichzeitig kann der Luftdruck auf der windabgewandten Seite des Brandes über die in der Struktur vorhandenen Öffnungen erhöht werden, um auch so ein Nachströmen unverbrauchter Luft zum Brandherd zu vermindern. Das Schließen von Abluftklappen ist dazu nötig. Nachdem als zweite Phase jegliche Thermik durch die weitere Kühlung unterbunden worden ist, kann jetzt wieder normale Atemluft folgen. Dieser Vorgang ist in Phasen von 15 Sekunden wiederholbar, um einerseits ein Wiederentflammen zu verhindern, um andererseits die direkte Umgebung, in der sich noch Menschen aufhalten, nicht ganz sauerstofffrei zu machen. Ein Einwand hiergegen entspricht fast dem gegen die Anschnallpflicht oder dass der Airbag einem die Sicht nimmt, - vorausgesetzt obiger Prozess kann automatisiert werden und ist sabotagesicher.
• Andererseits hat sich die Lage dahingehend geändert, als es in Zukunft nicht verantwortlich wäre, derart langsame (im Hinblick auf die Situation der zu Rettenden) Entlüftungsinstallationen zu betreiben, die zehn Minuten benötigen, um überhaupt in Gang zu kommen. Hieran lässt sich die Gefahr für auch nur indirekt Beteiligte an Tunnelvorfällen ermessen, wenn nach einem nicht sofort gelöschten Brand an einem der Enden jemand noch einen Unfall verursacht.
• Das sektionale Beenden von Bränden, das Beherrschen der Verkehrssituation ermöglicht es den sonst zu Opfern gemachten, den gemäß 4. ausgetatteten Tunnel zu verlassen.
• Bei mit Wasserstoff oder Erdgas betriebenen Fahrzeugen gibt es ein Sicherheitsproblem. So ist es oft aus verständlichen Gründen nicht erlaubt, eine Tiefgarage mit einem gasbetriebenen Fahrzeug zu befahren. Bei Tunneln, wo sich ein solches Verbot, eigentlich auch aus Umweltschutzgründen, schwerlich durchsetzen lässt, wäre es insgesamt preiswerter, statt jedes Auto mit einer Löschanlage zu versehen, für jedes sich gerade im Tunnel befindende Fahrzeug eine Löschkapazität bereit zu halten. Man erhält dann eine erfolgversprechende statistische Überkapazität, die die noch neu entstehenden zusätzlichen Risiken kompensieren kann.
• Schall- und im weitesten Sinne Druckwellen werden durch ein Öffnen der Struktur gedämpft. Dass die Akustik des sonst üblicherweise nackten Betons durch die vorgeschlagene Ausgestaltung verbessert wird, ist ein panikmildernder Faktor, der zum Überleben beitragen kann, aber sich auch im Alltag durch ein niedrigeres Geräuschniveau bemerkbar machen wird. Man denke nur an das Fahren über "offenem" Beton.
Zu Anspruch 5
• Ein Raum in Verbindung mit einem Tunnel stehend, ist zumindest teilweise mit einer Struktur aus Vertiefungen ausgerüstet, deren Vorhandensein und Erscheinungsform variabel ist und so bei Bedarf Kleinturbulenzen erzeugt, und durch seine Form Energie einer Explosion oder Druckwelle aufnehmen und durch die bessere Beweglichkeit der Medien leichter in eine Drehbewegung umsetzen kann, den plötzlichen Ablauf also zeitlich dehnt. Zudem könnten federnd und stoßdämpfend gelagerte Strukturelemente die Gewalt der Druckwelle beim Einfahren eines schnellen Zuges zusätzlich mildern.
• Um nun die Energie von möglichen Explosionen oder anderen Ereignissen nicht nur abzulenken und weiterzuleiten und in höhere Geschwindigkeiten der beteiligten Medien umzusetzen, soll die bessere Beweglichkeit von Medien über Kleinturbulenzen auslösenden Flächen ausgenutzt werden modellhaft derart, dass eine Luftmasse mit hoher Geschwindigkeit durch einen Spalt, hier parallel zur Zylinderachse gedacht, in einen annähernd zylinderförmigen Raum eintritt, dort in eine Kreisbewegung umgelenkt wird, an der Stelle ihres Eintritts allerdings von einer neu eintretenden Schicht unterströmt wird. Damit dieser Vorgang sich ungehindert beschleunigen kann, sollte ein Ventil in der stabförmigen Mittelachse nicht sofort schließen.
• Der Vorgang kann dann nach einiger Zeit wieder zur Ruhe kommen. Die Strukturkörper ließen sich in die Non-aktiv-Stellung drehen, die normale Reibung und Haftung an den Flächen des Zylinders nähme wieder normale Ausmaße an und die Geschwindigkeit der sich bewegenden Luftmassen schneller ab. Auf diese Weise wäre die plötzliche Explosion oder der plötzliche Druckanstieg in ein längerandauerndes Ereignis umgewandelt.
• Diesen Vorgang über einen tangentialen Austritt umzukehren, könnte dazu dienen, die am Ende des Zuges fehlende Luft zurück zu erstatten.
Zu Anspruch 6
• Die Sicherheit in Tunneln wäre ohne die Menschen mit ihren Fahrzeugen nur abstrakt und unvollständig. Deshalb ergeben sich Maßnahmen, die die wichtigste Variable betreffen müssen.
• Findet in einem Fahrzeug ein Brand statt, sollen diesen umgebende Flächen mit Kleinturbulenzen auslösenden Vertiefungen zusätzlich so gestaltet sein, dass sich in Teilen der Struktur Einspritzdüsen und/oder Auslasskanäle befinden, die durch ihre Ansteuerung eine Dosierung und Konditionierung von Medien ermöglichen, um damit das Strömungsgeschehen beeinflussbar zu machen und einen Brand zu beenden.
• Mittels Kanälen in Teilen der Struktur, die sich öffnen und schließen lassen, ist ein Ablassen von Überdruck an vielen Stellen möglich; durch Einlasskanäle und/oder Einspritzdüsen werden die für eine weitere nicht gewollte Entwicklung von Vorgängen benötigten Stoffe ersetzt oder verdrängt. Dies kann durch die höheren erreichbaren Geschwindigkeiten über den Kleinturbulenzen auslösenden Flächen und gezieltes Sperren von Strömungswegen schneller geschehen. Hier erweist sich eine Integration dieser Funktionen in die Struktur als vorteilhaft, weil dadurch verschiedene Strömungsschichten, vor allem aber die schnelle über der Struktur direkt benutzt werden können. So wird die Motorleistung durch Sauerstoffmangel sofort geringer und versorgt sich ein entstehender Brand nicht noch länger durch Fahrtwind, wenn nicht nur der Brandherd, sondern auch der Luftfilter der Antriebseinheit im Brandfall mit sauerstoffersetzendem Gas versorgt wird. Viele Fahrzeuge fahren nämlich trotz Brand zunächst weiter.
Zu Anspruch 7
• Findet in einem Fahrzeug ein Brand statt, sollen diesen umgebende Flächen mit Kleinturbulenzen auslösenden Vertiefungen so gestaltet sein, dass die wärmereflektierende Oberfläche die Wärmestrahlung nicht in das ausstrahlende Objekt reflektiert, sondern in die vorbeifließenden Medien.
• Bei mit Wasserstoff oder Erdgas betriebenen Fahrzeugen ist eine Kontrolle von Brand und Folgen besonders wichtig und ist es vorteilhaft, wenn die Flächen, auf die Druckwellen und Hitze einwirken könnten, so gestaltet werden, dass Wärme schnellstens abgeleitet wird, Wärmestrahlung in die vorbeifließenden Medien reflektiert wird.
• Die variable Struktur selbst könnte federnd gelagert sein, sodass die mögliche Druckwelle durch in poröse Materialien gelagerte Körper verschiedener Größe und Form aus unterschiedlichen Materialien gedämpft wird. Das kann bei der Explosion einer Batterie hilfreich sein.
Zu Anspruch 8
• Fährt ein solchermaßen ausgerüstetes Fahrzeug in einen Tunnel ein oder begegnet einem anderen schnellen Fahrzeug, so kann der Aufprall der Druckwelle durch ein teilweises Öffnen der Struktur gemildert werden, es ist aber zusätzlich möglich, dem Zweck entsprechend konditioniertes Fluid durch Düsen in der Struktur auszustoßen, welches dann das Fahrzeug zumindest teilweise umhüllt. Ein solcher Effekt ist bei Flüssigkeiten bekannt, deren sich berührende Grenzschichten weniger Kräfte bei Bewegung gegeneinander übertragen, wenn eine von ihnen einen geringen Polymerzusatz befasste.
• Eine positive Ausgestaltung der Erfindung, die ihren Nutzen nicht nur im Katastrophenfall im Tunnel, sondern bei Unfällen generell hätte, wäre auch Ersatz für Airbags, die den Fußgänger schützen sollen.
• Die schützende Luftschicht mag dann sehr dünn sein, ein Luftpolster, auf dem man abgleitet, kann auch nicht so gut einen Bewegungsimpuls übertragen, was für einen Beteiligten nur gut wäre. Hier zeigt sich ein vorteilhaftes Zusammenwirken einer Kleinturbulenzen hervorrufenden Struktur mit ihren erfindungsgemäß integrierten variablen Elementen. Bedeckt ein Objekt jetzt die Struktur mit ihrem Luftpolster, so bleiben die tieferliegenden Teile weiter mit Luft überdeckt. Durch ein Überdecken verstärkt sich sogar noch das Luftpolster, das mit den Düsen in der Struktur aufgefüllt wird und sich ausbreiten will.
• Vorteilhaft lassen sich noch die auslösenden Sensoren in die Oberfläche integrieren. Hervorzuheben ist, dass man ohne aufspringende Klappen u. ä. auskäme, hinter denen ein Airbag sonst geschützt sein muss.
• Die variable Struktur selbst könnte federnd gelagert sein, sodass der mögliche Aufprall durch in poröse Materialien gelagerte Körper verschiedener Größe und Form aus unterschiedlichen Materialien gedämpft wird, der Impuls von den variablen Strukturkörpern an diese weitergereicht wird.
Zu Anspruch 9
• Energie, die Schaden anrichten könnte, abzuleiten, wurde u. a. unter 8. versucht. Wenn sie aber angenommen größer ist und zudem noch plötzlicher, möglicherweise noch lang anhaltender auftritt, reichen diese Maßnahmen nicht mehr aus. Diese Energie soll zu Räumen gelangen, die sie durch ihre runde Form und Ausgestaltung Energie einer Druckwelle aufnehmen und in eine Drehbewegung umsetzen, den plötzlichen Ablauf also zeitlich noch stärker dehnen. Ein großes Sicherheitsrisiko baut sich mit der Druckwelle vor dem in einen Tunnel einfahrenden Hochgeschwindigkeitszug auf, die sich noch durch Reflexionen und Resonanzen an den offenen Flächen des Tunnels verstärken kann. Hier kann das mit einem teilweise offenen Raum, der mit einer Struktur aus Vertiefungen ausgerüstet ist, deren Vorhandensein und Erscheinungsform variabel ist, ausgerüstete Fahrzeug der ausweichenden Luft Raum bieten und dort in Wärme und rotierende kinetische Energie umwandeln, sodass eine sonst notwendige Änderung des Tunnelquerschnitts nicht mehr nötig erscheint.
• Insgesamt hat die Erfindung den überraschenden Vorteil, dass durch Anwendung der vorgestellten Maßnahmen schon grundlegende Erfahrungen für Tunnel aus Metallrohrelementen gemacht werden können, die einer Temperaturkontrolle unbedingt bedürfen.
• Andererseits sind die Aufwendungen für die Nachrüstung von vorhandenen Tunneln dann nicht mehr wie bisher eine Zwischenstufe bis zur nächsten Katastrophe, sondern bringen auch die Kontrolle menschgewollter Desaster näher.
• Gleichzeitig haben die vorgestellten Maßnahmen bei Zugtunneln den erstaunlichen Vorteil, der sich im täglichen Gebrauch neben den Sicherheitsaspekten verwirklichen wird, nämlich dass viel höhere Geschwindigkeiten bei engen Tunnelröhren möglich sind, ohne die Reisenden unerträglichen Druckschwankungen aussetzen zu müssen, was man als Gewährleistung körperlicher Unversehrtheit, in dem Fall des Gehörs, bezeichnen kann.
• Ein Zerfließen der direkt und durch Reflexion entstandenen Druckwellen wird durch den eine Resonanz nicht gerade dämpfenden Zug nicht ermöglicht, sondern durch die vorgestellten Maßnahmen, die Druckschwankungen ober- und innerhalb der Verkleidung des Tunnels und mittels der Speicherkammern, die sich auch in den Fahrzeugen befinden können, auffangen.

Claims (9)

1. Tunnel, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf oder in zumindest einem Teil der Flächen, die den von Gasen oder Gemisch durchströmten Raum definieren, eine Kleinturbulenzen auslösende Struktur aus Vertiefungen befindet, deren Vorhandensein und/oder Erscheinungsform variabel ist und so bei Bedarf Kleinturbulenzen erzeugt für einen reibungsärmeren Wechsel, eine bessere Beweglichkeit der beteiligten Medien und eine Steuerung von Strömungen.

2. Tunnel gemäß 1., dadurch gekennzeichnet, dass die die Kleinturbulenzen auslösenden Vertiefungen so gestaltet sind, dass die wärmereflektierende Oberfläche die Wärmestrahlung nicht in die Tiefe des Tunnelraums reflektiert, sondern in die vorbeifließenden Medien.

3. Tunnel gemäß Anspruch 1. oder 2., dadurch gekennzeichnet, dass sich in Teilen der variablen Struktur technische Hilfsmittel befinden, die erst bei Bedarf aktiviert werden und sonst geschützt sind.

4. Tunnel gemäß Anspruch 3. oder einem anderen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Teilen der variablen Struktur Einspritzdüsen und/oder Auslasskanäle befinden.

5. Raum in Verbindung mit Tunnel stehend, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest teilweise mit einer Struktur aus Vertiefungen ausgerüstet ist, deren Vorhandensein und Erscheinungsform variabel ist, und durch seine Form Energie einer Explosion oder Druckwelle aufnehmen in eine Drehbewegung umsetzt.

6. Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass ein darin stattfindender Brand durch Flächen umgeben ist, auf denen die die Kleinturbulenzen auslösende variable Struktur so gestaltet ist, dass sich in Teilen davon Einspritzdüsen und/oder Auslasskanäle befinden.

7. Fahrzeug gemäß Anspruch 6., dadurch gekennzeichnet, dass ein darin stattfindender Brand durch Flächen umgeben ist, auf denen die die Kleinturbulenzen auslösende Struktur so gestaltet ist, dass die wärmereflektierende Oberfläche die Wärmestrahlung nicht in das ausstrahlende Objekt reflektiert, sondern in die vorbeifließenden Medien.

8. Fahrzeug gemäß Anspruch 6. oder 7. oder keinem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Energie einer aufprallenden Masse auf eine Struktur aus Vertiefungen trifft, deren Vorhandensein und Erscheinungsform variabel ist und sich in Teilen davon Einspritzdüsen und/ oder Auslasskanäle befinden.

9. Fahrzeug gemäß Anspruch 8., dadurch gekennzeichnet, dass Energie eines Druckwellen erzeugenden Ereignisses zu einem Raum in demselben gelangt, der insbesondere durch seine Form und Ausgestaltung mit Kleinturbulenzen ermöglichender Oberfläche die Energie aufnehmen und leichter in eine Drehbewegung umsetzen kann, den plötzlichen Ablauf also zeitlich dehnt.