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Die
Erfindung betrifft ein Bewegungshemmnis gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Ein
solches Bewegungshemmnis ist aus der
DE 101 57 572 A1 bekannt. Dieses bekannte
Bewegungshemmnis, das bspw. zum Objektschutz oder zu Markierungszwecken
vorgesehen sein kann, besteht aus einem elastischen Mikrodraht geringer
Reißfestigkeit.
Aus dem Mikrodraht wird ein kompaktierter Drahtkörper gebildet, der mechanische
Formänderungsenergie
speichert. Der kompaktierte Drahtkörper ist unter Ausnutzung gespeicherter
Formänderungsenergie
expandierbar, wobei das durch den expandierten Drahtkörper abgegrenzte
Volumen die Gestalt eines dreidimensionalen geometrischen Körpers hat.
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Dieses
bekannte Bewegungshemmnis weist den Mangel auf, dass die notwendigen
räumlichen, d.h.
dreidimensionalen Verbindungen der die Randkantenelemente bildenden
Mikrodrahtabschnitte miteinander definierte feste Winkel einschließen, was entweder
zu einer eingeschränkten
Verdichtbarkeit, das heißt
Kompaktierung, des jeweiligen Hemmnisses oder zu einem Abknicken
der Mikrodrähte
insbesondere im Bereich der Verbindungen führt.
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In
Kenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Bewegungshemmnis der eingangs genannten Art zu schaffen, das
leistungsgesteigert ist, d.h. das sehr kleinvolumig packbar ist,
wobei außerdem
die Verbindungen der Randkantenelemente reißfester als die Randkantenelemente
selbst sind.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Bewegungshemmnis der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte
Aus- bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bewegungshemmnisses sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Das
erfindungsgemäße Bewegungshemmnis
weist Randkantenelemente auf, die von Mikrodrähten, Fasern oder Faserbündeln, sogenannten
Rowings, gebildet sein können.
Die Mikrodrähte,
Fasern oder Faserbündel
können
aus Metallen, Metalllegierungen, Gläsern, Keramiken, Polymerwerkstoffen, Kohlenstoff
oder dergleichen bestehen. Die Randkantenelemente werden zu mindestens
einem Einzelelement der jeweils gewünschten Maschenweite bzw. Elementgröße verbunden,
indem sie an einigen oder allen Ecken oder Kreuzungspunkten miteinander
fest verbunden werden. Diese Verbindungen erfolgen beispielsweise
mittels eines Klebers.
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Die
federnde Verstellung des mindestens einen Einzelelementes vom kleinvolumigen
Pack- bzw. Lagerzustand in den großvolumigen Aktivzustand, d.h.
das Aufrichten und Ausdehnen des Bewegungshemmnisses erfolgt durch die
Federelemente, die an den Ecken oder im Bereich der Randkantenelemente befestigt
sind. Bei den Federelementen kann es sich einfach um Drahtstücke handeln,
bevorzugt handelt es sich um Federdrahtsegmente. Dabei werden feste Verbindungen
zwischen den Federelementen maximal in einer Ebene, d.h. zweidimensional
hergestellt. Hierdurch wird erreicht, dass die erfindungsgemäßen Bewegungshemmnisse
ohne Knicken der Federelemente maximal verdichtet werden können und
somit einen sehr kleinvolumigen Pack- bzw. Lagerzustand einnehmen können. Beispielsweise
können
erfindungsgemäße Bewegungshemmnisse
in eine Ebene flachgedrückt
und in diesem flachgedrückten
Zustand auf einen Rollen- oder Spulenkern aufgewickelt werden.
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Weitere
Einzelheiten, erfindungsgemäße Merkmale
und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
in der Zeichnung schematisch verdeutlichten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Bewegungshemmnisses
in Verbindung mit Dimensionierungsgesichtspunkten derselben.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausbildung des Bewegungshemmnisses im großvolumigen Aktivzustand,
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2 eine
der 1 ähnliche
räumliche Darstellung
einer zweiten Ausbildung des Bewegungshemmnisses im großvolumigen
Aktivzustand,
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3 eine
räumliche
Darstellung eines eine Vielzahl Einzelelemente aufweisenden wall-
bzw. mauerartigen Großhindernisses,
und
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4 benachbarte
Einzelelemente des Großhindernisses
gemäß 3 insbesondere
zur Verdeutlichung der Federelemente der Einzelelemente.
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1 zeigt
ein Bewegungshemmnis 10, das als Einzelelement 12 ausgebildet
ist, das federnd von einem kleinvolumigen Lagerzustand in einen
großvolumigen
Aktivzustand verstellbar ist. Dieser großvolumige Aktivzustand ist
in 1 perspektivisch dargestellt. Das Einzelelement 12 weist
Randkantenelemente 14 auf, die miteinander beispielsweise
mittels hochfester Klebeverbindungen 16 verbunden sind.
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Im
großvolumigen
Aktivzustand bilden die Randkantenelemente 14 mit den Klebeverbindungen 16 einen
Quader.
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Zur
Verstellung des Einzelelementes 12 vom kleinvolumigen Lagerzustand
in den großvolumigen quaderförmigen Aktivzustand
weist das Einzelelement 12 Federelemente 18 auf,
die mit den Randkantenelementen 14 verbunden sind.
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Bei
dem in 1 gezeichneten Ausführungsbeispiel besitzt das
Einzelelement 12 beispielsweise ein Volumen von 1 dm3. Bei einem solchen relativ kleinvolumigen
Einzelelement 12 erstrecken sich die Federelemente 18 zwischen
den Klebeverbindungen 16 in den Raumdiagonalen. Bei einem solchen
relativ kleinvolumigen Einzelelement 12 ist im Kreuzungspunkt
der raumdiagonalen Federelemente 18 keine Fixierung vorhanden,
sondern die Federelemente 18 verlaufen hier zueinander
benachbart, ohne im Raummittelpunkt miteinander verbunden zu sein.
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2 zeigt
in einer der 1 ähnlichen räumlichen Darstellung ein von
einem Einzelelement 12 gebildetes Bewegungshindernis 10,
bei dem die Randkantenelemente 14 im großvolumigen
Aktivzustand einen Quader bilden.
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Bei
diesem Einzelelement 12, das im Aktivzustand beispielsweise
ein Volumen zwischen 30 und 50 dm3 besitzt,
erstrecken sich die Federelemente 18 nicht in den Raumdiagonalen
sondern in den Flächendiagonalen
des Mantels des Quaders.
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Im
Vergleich mit der Ausbildung gemäß 1 weist
das Ausführungsbeispiel
des Einzelelementes 12 gemäß 2 eine größere Anzahl
Federelemente 18 auf, wodurch eine stärkere Federwirkung erreicht
wird.
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Einzelelemente
gemäß den 1 oder 2 können beispielsweise
verwendet werden, um Treppenhäuser,
Hausflure, Räume
oder dergleichen "zuzuschütten" und zu blockieren.
Demgegenüber verdeutlicht
die 3 in einer räumlichen
Darstellung eine Bewegungshemmnis 10 mit einer Anzahl miteinander
zu einem wall- oder mauerartigen Großhindernis nebeneinander und übereinander
verbundenen Einzelelementen 12, die in 3 im
großvolumigen
Aktivzustand gezeichnet sind. Mit einem solchen Großhindernis
können
Volumina von mehreren 100 m3 realisiert
werden, um beispielsweise Straßensperren,
Schutzmauern um Plätze
oder um gefährdete
Anlagen usw. zu realisieren. Auch solche Großhindernisse können im
Lagerzustand kleinvolumig zusammengedrückt, zusammengefaltet oder
zusammengerollt werden, so dass sie im gepackten inaktiven Lagerzustand
nur einen geringen Raumbedarf besitzen.
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Da
die zweckmäßigerweise
von vorzugsweise federelastischen Drahtsegmenten 20 gebildeten Federelemente 18 mit
zunehmender Dicke, d.h. mit zunehmenden Drahtdurchmesser, zur Bildung
von bleibenden Knicken durch plastische Verformung neigen, und Verbindungspunkte
von mehr als zwei Drahtsegmenten 20, die nicht in einer
Ebene liegen, überhaupt
nicht knickfrei komprimierbar sind, sind also bei der Ausbildung
des Einzelelementes 12 gemäß 1 die Drahtsegmente 20 im
Zentrum des Quaders nicht miteinander verbunden, auch wenn das aus
Steifigkeitsgründen
an sich wünschenswert wäre. Bei
der Ausbildung gemäß 2 resultiert hieraus,
dass an den Ecken des Quaders maximal zwei Federelemente 18 miteinander
verbundensind. Es können
folglich maximal vier und nicht alle sechs Seiten des Quaders mit
Hilfe flächendiagonaler Drahtsegmente 20 aufgespannt
werden. Für
das Großhindernis
gemäß 3 ergibt
sich aus dem Obigen, dass die vier außenseitigen bzw. die acht innenseitigen,
an einer Quaderecke zu verbindenden Drahtsegmente 20 im
jeweiligen Verbindungspunkt parallel gelegt werden. Daraus resultieren
viertelkreisförmige
Drahtsegmente 20 in den Einzelelementen 12, wie
aus 4 ersichtlich ist.
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Bei
Einzelelementen 12 gemäß 1 oder gemäß 2 sind
zum Aufspannen der gewünschten
quaderförmigen
Form stets eine entsprechende Anzahl Federelemente 18 erforderlich.
Der Aufbau derartiger Einzelelemente 12 ist unkritisch.
Es ist jedoch die Größe der Einzelelemente 12,
die gewünschte
Schütthöhe und die
Drahtstärke
der Federelemente 18 derartig zu dimensionieren, dass sich die
Einzelelemente 12 mit ausreichender Sicherheit vom kleinvolumigen
Lagerzustand in den großvolumigen
Aktivzustand entfalten. Bei großen
Hindernissen aus einer Vielzahl von Elementen 12 gemäß 3 reicht
bei passender Dimensionierung unter Umständen ein Federelement 18 pro
Einzelelement 12 aus, wie oben in Verbindung mit 4 ausgeführt worden
ist.
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Der
Kraftbeitrag eines viertelkreisförmigen Drahtsegmentes 20 (siehe 4)
beim Entfalten bzw. beim Zusammendrücken ist zwar nicht analytisch
berechenbar, aber hier führt
eine Finite-Elemente-Berechnung weiter, die darauf basiert, die
Kraft F als Funktion des Weges S zu berechnen Denn obwohl ein rein
elastisches Problem zu behandeln ist, muss wegen der relativ großen auftretenden
Verschiebungen eine nichtlineare Rechnung durchgeführt werden.
Die Finite-Elemente-Berechnung ergibt beispielsweise, dass pro Drahtsegment 20 mit
einem Drahtdurchmesser d = 0,1 mm bei einer Wegstrecke S = 100 mm
ein maximaler Beitrag zur Aufstellkraft von 5 × 10–4 N
entsteht. Eine Abschätzung
mit diesem Betrag der Aufstellkraft ergibt, dass mit einer solchen
Aufstellkraft keine Hindernisse herstellbar sind, die sich mit ausreichender
Sicherheit selbst entfalten. Aus diesem Grunde wird das Drahtsegment 20 beispielsweise
mit einem Faktor 5 elastisch vorgespannt. Der daraus resultierende
Kraftverlauf F ist dann zum Aufrichten von Hindernissen ausreichend.
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Mit
den oben beschriebenen Randbedingungen ist eine Parameterwert-Abschätzung für ein Großhindernis,
wie es beispielsweise in 3 dargestellt ist, möglich. Dabei
werden in Abhängigkeit
vom Durchmesser von federnden Drahtsegmenten 20 die Elementgrößen der
Einzelelemente 12, das Gesamtgewicht eines Großhindernisses
z.B. mit einem Aktivvolumen von 200 m3,
dessen Packvolunien und der Expansionsfaktor beim Entfalten berechnet.
Die bei den Berechnungen durchgeführten Parameter-Variationen
sind die Anzahl der Federelemente 18 pro Einzelelement 12,
der Vorspannfaktor der Drahtsegmente 20, sowie die Gesamthöhe des gewünschten
Hindernisses. Die aufspannbare Größe der Einzelelemente 12 steigt
mit zunehmendem Drahtdurchmesser an. In der Praxis anzuwendende
Parameter liegen für
Elementgrößen zwischen
ca. 75 mm und 200 mm bei Drahtdurchmessern zwischen ca. 0,15 mm und
0,6 mm liegen. Eine Erhöhung
der Vorspannung der Drahtsegmente 20 lässt ebenso größere Einzelelemente 12 zu,
wie eine geringere aufzuspannende Gesamthöhe des Großhindernisses. Eine Vergrößerung der
Anzahl Drahtelemente 20 besitzt kaum einen Einfluss, weil
damit auch ein größeres Gesamtgewicht
aufgespannt werdenmüßte.
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Man
kann zeigen, dass Großhindernisse
mit nur einem Drahtsegment 20 pro Einzelelement 12 entsprechend
leichter gewichtig gebaut werden können. Eine Erhöhung der
Vorspannkraft der Drahtsegmente 20 führt ebenso zu einem geringeren
Gesamtgewicht, wie eine kleinere Maximalhöhe. Großhindernisse mit einem Drahtsegment 20 pro
Einzelelement (siehe 4) zeigen ein Gewichtsminimum
bei einem Drahtdurchmesser von ca. 0,35 mm – und damit einer Einzelelementgröße um 100
mm bei einer fünffachen
Vorspannung bzw. um 130 mm bei einer zehnfachen Vorspannung bei
einer Höhe
von 2 m.
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Aus
dem Obigen ergibt sich beispielsweise eine Gewichtsoptimierung des
Großhindernisses
mit einem Vorspannfaktor 10, einem Drahtdurchmesser von 0,35 mm,
einer Elementgröße von 165
mm und einer Höhe
von 1 m. Das solchermaßen
dimensionierte Großhindernis
würde bei
200 m3 Volumen ca. 26 kg wiegen. Das entspricht
130 g pro m3. Das Packvolumen des Großhindernisses
beträgt
dabei gemäß ca. 23
dm3. Der Expansionsfaktor des Großhindernisses
vom gepackten, d.h. inaktiven Lagerzustand in den entfalteten, d.h.
großvolumigen
Aktivzustand würde
für ein
derartiges Realisierungsbeispiel also bei 9000 liegen.
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Aus
dem Obigen folgt, dass Bewegungshemmnisse bspw. aus Mikrofasern,
die durch elastische Drahtsegmente aufspannbar sind, realisierbar sind.
Diese Bewegungshemmnisse können
so ausgelegt werden, dass sie sich selbst aus dem inaktiven gepackten
Zustand aufrichten.
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Erfindungsgemäße Bewegungshemmnisse aus
Mikrofasern mit Drahtsegmenten sind bspw. Hindernisse für Personen
und leichte Fahrzeuge, wobei hochfeste Fasern zur Anwendung kommen
können. Diese
werden in Netzwerken angeordnet und an ausgewählten Verbindungspunkten beispielsweise
mittels Klebstoffen festverbunden.
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Die
Verbringung von gepackten Einzelelementen, wie sie in den 1 und 2 dargestellt sind,
kann beispielsweise durch Ausstoßen aus Dosen oder Fässern erfolgen.
Dieses Ausstoßen
kann pyrotechnisch unterstützt
sein. Die Hindernisse können
auch als Wirkteil eines nichtlethalen Geschosses über größere Entfernungen
verbracht werden. Das kann mit Hilfe eines entfernungsbegrenzenden
Werfers geschehen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, erfindungsgemäße Hemmnisse
in ein geschlossenes Gebäude
bzw. in einen geschlossenen Raum einzubringen. Das kann beispielsweise
nach dem Prinzip "Bunkerfaust" geschehen, wobei
eine Vorhohlladung in die Außenwand
eine Öffnung
freisprengt, durch die die Nachschussladung, die die zu verbringenden
Bewegungshemmnisse enthält,
in den Raum gelangt und diese dort ausstößt.
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Ausgedehnte,
d.h. wall- bzw. mauerartige Großhindernisse
können
von Personen oder Fahrzeugen durch Abrollen von einem Rollen- oder
Spulenkern ausgelegt werden. Für
die Verbringung solcher Großhindernisse
kann auch ein selbstfahrender Roboter zur Anwendung gelangen.
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Schüttungen
von Einzelelementen, wie sie in den 1 und 2 gezeichnet
sind, sind beispielsweise zum Festsetzen von Personen in Gebäuden oder
Räumen
bzw. zum Blockieren von Räumen,
Fluren, Fluchtwegen oder dergleichen geeignet. Eine Verstärkung der
Hemmwirkung ist denkbar, wenn die Einzelelemente einer "Ladung" durch längere Faserstücke miteinander
fest verbunden sind. Die Anwendung solcher Schüttungen von Einzelelementen kann
passiv derartig erfolgen, dass bestimmte Räume bzw. Raumbereiche blockiert
werden. Es ist jedoch auch denkbar, einzelne Personen oder Personengruppen
mit solchen sich im Flug nach dem Ausstoß aus einem Träger, Werter
oder Trägergeschoss entfaltenden
Hemmnissen zu bewerfen, so dass diese in aktiver Weise zu einer
Verstrickung der Personen oder Personengruppen in den Fasern führen. Desgleichen
ist ein Einsatz in Form einer "nichtlethalen
Mine" realisierbar,
die bei Annäherung
oder Berührung
durch eine Person Bewegungshemmnisse ausstößt. Großhindernisse können beispielsweise ausgelegt
werden, um bei gewalttätigen
Demonstrationen Straßen
oder Plätze
zu sperren oder um Objekte oder Personengruppen zu schützen. Mit
den Hemmnissen können
Straßen
und Wege für
Personen und leichte Fahrzeuge wie Fahrräder, Motorräder oder dergleichen gesperrt
werden. Ferner ist es möglich,
Wasserstraßen
und Hafeneinfahrten für Schiffe
unpassierbar zu machen, weil sich geeignete Faserhemmnisse beispielsweise
in die Schiffsschrauben wickeln und den Antrieb blockieren.
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- 10
- Bewegungshemmnis
- 12
- Einzelelement
(von 10)
- 14
- Randkantenelemente
(von 12)
- 16
- Klebeverbindungen
(für 14)
- 18
- Federelemente
(von 12)
- 20
- Drahtsegment
(von 18)