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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz eines Bereiches
gegen die Einwirkung eines Stoßwellendruckes.
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Beim Bau von leichten Gebäuden, insbesondere von Gebäuden, die oft
abgebaut und transportiert werden müssen, ist es bekannt (deutsche Patentschrift
952 842), aufblasbare, mit einer flexiblen Haut versehene Bauteile zu verwenden,
die durch Metallrippen versteift sind, und es ist weiterhin ein transportables zusammenfaltbares
Zelt bekannt (USA.-Patentschrift 2 837 101), das durch in der Wandung angeordnete
aufblasbare Schläuche selbsttragend ist. Diese Vorrichtungen bilden jedoch keinen
Schutz vor Druckschwankungen, wie sie beispielsweise durch Explosionen hervorgerufen
werden, da die anlaufende Stoßwelle im wesentlichen unvermindert in den von ihnen
umschlossenen Bereich einwirkt.
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Um das Eindringen einer Stoßwelle in einen zu schützenden Bereich
zu verhindern, ist daher üblicherweise eine aufwendige und kostspielige Konstruktion
beträchtlicher Tragfähigkeit, beispielsweise ein Betonbunker, erforderlich, die
der durch die Stoßwelle hervorgerufenen ungleichförmigen Belastung standhält.
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzvorrichtung
zu schaffen, die mit einer einfachen, nur geringe Kosten verursachenden und leicht
ortsbeweglich ausführbaren Konstruktion den umschlossenen Bereich gegen schädliche
Einwirkungen einer anlaufenden Stoßwelle schützt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum
Schutz eines Bereiches gegen die Einwirkung eines Stoßwellendruckes, die gekennzeichnet
ist durch eine den zu schützenden Bereich umgebende flexible Hülle, die innen mit
einem Druck beaufschlagt ist, der mindestens ebenso groß ist wie der zu erwartende
Stoßwellendruck.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat sich gezeigt, daß der Druck
im Inneren der flexiblen, nicht elastischen Hülle beim Auflaufen einer Stoßwelle
im wesentlichen konstant bleibt, wenn dieser Druck mindestens ebenso groß wie der
zu erwartende Stoßwellendruck ist. Je nach angenommener Entfernung und Stärke der
Stoßquelle wird die Hülle normalerweise zwischen 0,5 und 70 atü aufgeblasen. Die
erfindungsgemäße Konstruktion schützt also den eingeschlossenen Bereich zuverlässig
vor schädigenden Druckschwankungen und zeichnet sich durch eine einfache und leicht
transportable Konstruktion aus. Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch einen Schutz gegen toxische oder korrosive Gase und Bakterien.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Hülle eine Außenschicht
aus flexiblem Material und einen Kern, der aus mindestens einer Stofflage besteht,
aufweisen, wobei die Stofflage vorzugsweise aus der aus Baumwolle, Seide, Reyon
und vollsynthetischen Chemiefasern, insbesondere Polyterephthalsäure-äthylenglykolesterfasern,
bestehenden Gruppe ausgewählt ist und die Außenschicht aus gummiartigem Material
besteht; die Innenseite der Hülle ist vorzugsweise mit einer abdichtenden Schicht
überzogen. Auf diese Weise erhält man eine hochfeste undurchlässige Hülle, deren
aus Gummi bestehende Lagen bereits unabhängig von der Wirkung des in ihrem Inneren
herrschenden Druckes eine gewisse Abschwächung der Stoßwelle innerhalb der Hülle
selbst hervorrufen.
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Wenn der gesamte von der Hülle umschlossene Schutzraum unter Gasdruck
gesetzt werden kann, muß die Hülle nur einwandig ausgebildet sein; dies ist bei
einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Geschoßsilo der Fall,
wobei das Geschoß innerhalb der Hülle angeordnet und die Hülle vorzugsweise in einem
im wesentlichen zylindrischen Gehäuse durch Befestigungselemente gehalten ist und
Gehäuse und Hülle am oberen Ende einen Verschluß aufweisen, über den das Geschoß
aus dem Schutzraum heraustransportiert werden kann.
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Diese Vorrichtung läßt sich aber auch zum Schutz von Personen verwenden.
In diesem Fall soll der zu schützende Bereich unter Atmosphärendruck, also einem
Druck, der niedriger als der auf der Innenseite der flexiblen Hülle herrschende
Druck ist, stehen, und dies läßt sich vorteilhafterweise dadurch erreichen, daß
die Hülle doppelwandig ausgebildet und der geschlossene Raum zwischen der inneren
und der äußeren Wand der Hülle unter Druck gesetzt wird, wobei zum Abstützen der
inneren Wand eine Konstruktion ausreichender Trab fähigkeit vorgesehen ist. Dabei
muß die Tragkonstruktion im wesentlichen nur so stark bemessen sein, daß sie der
gleichförmigen Belastung des im Inneren der doppelwandigen Hülle herrschenden Druckes
standhält. Vorteilhafterweise können die äußere und die innere Wand durch flexible
Stege miteinander verbunden sein, wobei die Stege den Raum zwischen diesen Wänden
in aufblasbare Zellen unterteilen. Um auch einen Schutz gegen chemische oder bakteriologische
Einwirkungen sowie einen Zugang zum Schutzraum zu schaffen, ist die Hülle vorzugsweise
hermetisch verschließbar, wobei sie mit einer drucksicheren Tür versehen sein kann.
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Im Fall einer doppelwandigen Hülle läßt sich diese Vorrichtung auch
zum Schutz eines Schiffes vor einer Stoßwelle verwenden, wobei die innere Wand der
Hülle vorzugsweise am Schiffsrumpf befestigt und die äußere Wand mit einer metallischen
Außenhaut bekleidet ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Geschoßsilos
im Schnitt, F i g. 2 einen Schnitt durch die Wand der Hülle längs der Linie 2-2
der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt durch einen Schutzraum für Personal und Ausrüstung
unter Verwendung einer doppelwandigen Hülle, F i g. 4 einen Schnitt durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines Schutzraumes für Personal und Ausrüstung, F i g. 5 einen
Schnitt durch eine Drucktür für die in F i g. 4 dargestellte Schutzvorrichtung,
F i g. 6 einen Schnitt durch die an der Schutzvorrichtung gemäß F i g. 4 angebrachte
Drucktür und F i g. 7 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer
Anwendung zum Schutz von Wasser- und Landfahrzeugen gegen Stoßwellen.
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F i g. 1 zeigt einen Silo 10, in dem ein Geschoß 12 untergebracht
ist, das entweder aus dem Silo abgefeuert oder zum Abschuß bis oberhalb des Erdbodens
angehoben werden kann. Der Silo 10 besteht aus
einem im Boden 24
versenkten Gehäuse 14, das ein Paar von ihm abgehende, einstückig mit den Silowänden
ausgebildete Zugangstunnels 16 und 18 aufweist, die einen einfachen Zugang zum Geschoß
12 für Prüf- und Überwachungszwecke ermöglichen. Am unteren Ende des Silos 10 ist
ein über Aufbauelemente 32, 34 und 36 abgestützter -Auflagetisch 20 vorgesehen,
der das Geschoß 12 trägt und dazu dienen kann, das Geschoß 12 über den Erdboden
in die Abschußstellung anzuheben. Der Silo 10 ist am oberen Ende mit einer Vorrichtung
26 versehen, die ein Paar Türen 28, 30 aufweist, die unmittelbar vor dem Abfeuern
des Geschosses 12 geöffnet werden können. Im Gehäuse 14 ist weiterhin ein Zwischenboden
38 mit einem Verschluß 52 angeordnet.
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Zwischen dem Geschoß 12 und den Gehäusewänden liegt die Schutzvorrichtung
22 nach der Erfindung, die aus einer unter Druck gesetzten Hülle 40 besteht. Die
Hülle 40 ist aus einem im wesentlichen kreisförmigen Mantelabschnitt 42 und einem
damit einstückigen Boden 44 hergestellt, und die Decke der Hülle 40 wird durch ein
Paar sich überlappender Endteile 46, 48 gebildet, die in geeigneter Weise durch
eine Dichtung 50 gegeneinander abgedichtet sind. Der obere Endteil 46 kann am Verschluß
52 des Zwischenbodens 38 befestigt sein, wobei die Dichtung 50 den Endteil 48 mit
dem Endteil 46 lösbar verbindet. Oberhalb des Hüllenbodens 44 ist im Inneren 54
der Hülle 40 eine Tragauflage 42' vorgesehen, die das Geschoß 12 nachgiebig trägt.
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Das Innere 54 der Hülle 40 wird in geeigneter Weise über ein Druckventil
56 unter Druck gesetzt, wobei der Endteil 48 nach oben in abdichtenden Eingriff
mit dem Endteil 46 gedrückt wird. Die Dichtung 50 kann aus einer zusammendrückbaren,
klebfähigen Substanz bestehen, die unter Druck an dem Teil 46 haftet und bei Druckentlastung
der Hülle 40 gelöst werden kann.
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Die Hülle 40 ist durch Befestigungselemente 60 am Betongehäuse 14
des Silos 10 gehaltert. Weiterhin ist ein Druckmeßgerät 62 vorgesehen, das den im
Inneren der Hülle 40 herrschenden Druck sowie den äußeren Druck, also den normalerweise
herrschenden Atmosphärendruck und den Stoßwellendruck, mißt und das Bedienungspersonal
an der Geschoßeinsatzstelle mit Informationen über die Druckdifferenz zwischen dem
Inneren 54 und dem Äußeren der Hülle 40 versorgt.
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Im Betrieb überwacht das Bedienungspersonal die Anzeige des Druckmeßgerätes
62, wenn das Auftreten einer Explosion festgestellt worden ist. Das Anzeigegerät
wird vorzugsweise entfernt vom Druckmeßgerät 62 aufgestellt. Es ist zu beachten,
daß zunächst der Druck der von der Explosion hervorgerufenen Anfangsstoßwelle und
etwas später ein zweiter Stoßwellendruck registriert wird, der durch das Einströmen
von Luft und Trümmern in das durch die Explosion geschaffene Vakuum hervorgerufen
wird. Erst nach Anzeige des zweiten Druckes und nachdem der Druck außerhalb der
Hülle 40 bis auf den Atmosphärendruck gefallen ist, wird das Geschoß 12 betriebsbereit
gemacht. Zum Abfeuern des Geschosses 12 wird der Verschluß 52 zusammen mit den Türen
30 und 28 geöffnet. Beim Öffnen des Verschlusses 52 wird der obere Endteil 46 mitgenommen,
wobei der Endteil 48 beim Öffnen des Endteiles 46 durch einen nicht gezeigten Verriegelungsmechanismus
hochgeklappt wird. Durch das Lösen der Endteile 46 und 48 vermindert sich der Druck
in der Hülle 40 auf Atmosphärendruck, und das Geschoß 12 ist betriebsbereit. Falls
das Geschoß 12 aus dem Silo 10 herausgehoben werden soll, muß eine Einrichtung vorgesehen
sein, die die Befestigungselemente 60 von dem Betongehäuse 14 des Silos 10 abschert,
damit das Geschoß 12 und die Hülle 40 aus dem Silo 10 herausgenommen werden können.
Statt dessen kann auch der Auflagetisch 20 kleiner als der Hüllenboden 44 ausgebildet
sein, so daß sich die Hülle 40 beim Herausheben des Geschosses 12 umstülpt.
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In F i g. 2 ist schematisch der bevorzugte Aufbau der Hüllenwand gezeigt.
Die Wand besteht aus einer Außenschicht 70 aus flexiblem Material, vorzugsweise
aus Gummi, sowie einem Kern 72 aus mehreren Stofflagen. Die Stofflagen sind aus
einer Vielzahl von Gewebeschichten aufgebaut, wie man sie normalerweise im Aufbau
eines Automobilreifens findet. Die Lagen können aus gewebtem oder ungewebtem Stoff
bestehen, der aus natürlichen oder synthetischen Fasern, aber auch aus Stahl oder
Fiberglas hergestellt sein kann. Die Stofflagen dienen in erster Linie dazu, der
Hülle 40 die erforderliche Festigkeit zu verleihen. Die Innenseite der Hülle 40
ist mit einer abdichtenden Schicht 74 überzogen, die verhindert, daß Druckgas in
den Kern 72 eintritt und die Stofflagen voneinander oder von der Außenschicht 70
löst.
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F i g. 3 zeigt eine Schutzvorrichtung 78, die zum Schutz von Personen
und personalbedienten Ausrüstungsgegenständen dient. In diesem Fall besteht die
Hülle aus einem an den Enden offenen, zylindrischen Mittelabschnitt 80, der durch
einen Bodenabschnitt 84 und einen Deckabschnitt 82 verschlossen ist. Zum Abstützen
der Innenwände der Hüllenabschnitte 80, 82 und 84 ist eine Tragkonstruktion vorgesehen,
die aus der rohrförmigen Stahlauskleidung 85 zum Abstützen des Mittelabschnittes
80 sowie einer Deckenscheibe 87 und einer Bodenscheibe 89 besteht. Zur Versteifung
können außerdem zusätzliche, nicht gezeigte Stützelemente vorgesehen sein.
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Die Hüllenabschnitte 80, 82 und 84 bestehen aus einer Doppelwand 86,
deren äußere und innere Wandungen 88 und 90 an beiden Enden durch eine abdichtende
Gummischicht 92 bzw. 94 miteinander verbunden sind. Da an den Verbindungsstellen
des Deckabschnittes 82 und des Bodenabschnittes 84 mit dem Mittelabschnitt 80 ein
geringer Druckstoß eintreten kann, ist ein Paar im wesentlichen kreisförmiger, unter
Druck gesetzter Füllstücke 91, 93 vorgesehen. Das Innere der Füllstücke 91, 93 ist
hohl und ebenso wie die Abschnitte 80, 82 und 84 unter Druck gesetzt, um den Stoßwellenanteil,
der an den Verbindungsstellen der Abschnitte 82, 80 und 80, 84 eintreten kann, zu
reflektieren. Zwischen den Wänden der Hüllenabschnitte 80, 82, 84 sind flexible
Stege 96 vorgesehen, die die äußere und die innere Wand miteinander verbinden und
die Hüllenabschnitte in Lufttaschen 98 und 100 in Form aufblasbarer Zellen unterteilen.
Durch diesen zellenartigen Aufbau wird eine zusätzliche Sicherheit gegen die Möglichkeit
einer Verletzung einer der Lufttaschen 98 und 100 durch Fremdkörper erzielt und
der Verlust des Druckes im gesamten unter Druck stehenden Raum zwischen der äußeren
Wand 88 und der inneren Wand 90 verhindert. Die Hüllenabschnitte
80,
82 und 84 können außerdem mit nicht dargestellten, parallel zur Zeichenebene verlaufenden
Zuggliedern versehen sein, die die Hüllenabschnitte 80, 82, 84 auch in Längsrichtung
in Zellen unterteilen, Die Deck- und Bodenabschnitte 82, 84 sind derart am Mittelabschnitt
80 befestigt, daß die Schutzvorrichtung 78 eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit
erhält. Im Deckabschnitt 82 oder im Mittelabschnitt 80 kann eine nicht dargestellte
Zugangsöffnung vorgesehen sein. Die Wände 88 und 90 der Hüllenabschnitte 80, 82
und 84 können den in F i g. 2 gezeigten Aufbau haben, wobei die abdichtende Schicht
74 der äußeren Wand 88 der abdichtenden Schicht 74 der inneren Wand 90 zugekehrt
ist. Im Inneren der Schutzvorrichtung 78 ist weiterhin eine Klimatisierungs- und
Sauerstoffeinheit 102 vorgesehen, die das Personal mit Sauerstoff versorgt und die
Temperatur im Inneren der Schutzvorrichtung 78 konstant hält. Wenn der Einsatzort
der Schutzvorrichtung 78 genügend weit von der erwarteten Stoßquelle entfernt ist,
kann erforderlichenfalls auch der Deckabschnitt 82 weggelassen werden.
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Unter der Voraussetzung, daß die Schutzvorrichtung 78 in einem Bereich
eingesetzt wird, wo der erwartete Stoßwellendruck verhältnismäßig klein ist, kann
auch der zylindrische Hüllenabschnitt 80 allein verwendet werden, oder es
können ein Paar rechteckiger, gemäß der Darstellung der F i g. 3 aufgebauter Platten
vorgesehen sein, zwischen die sich das Personal begibt. Dabei ist die flache Seite
der einen Platte der Stoßquelle zugewandt, wodurch das Personal gegen die direkte
Einwirkung der Stoßwelle geschützt wird, und die hinter dem Personal befindliche
Platte schützt das Personal gegen den Gegenstoß, der durch das Einströmen von Luft
und Trümmern in das von der ersten Druckwelle erzeugte Vakuum hervorgerufen wird.
Auf diese Weise ergibt sich ein außerordentlich vereinfachter und leicht transportabler
Aufbau zum Schutz von Personal und Ausrüstungsgegenständen.
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In den F i g. 4, 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der Schutzvorrichtung
nach der Erfindung dargestellt. Gemäß F i g. 4 besteht die halbkugelige, kuppelartige
Hülle 110 aus einer inneren Wand 112 aus Stahl oder einem ähnlichen Metall und einer
äußeren Wand 114, die von der inneren Wand 112 auf Abstand gehalten ist und entweder
ausschließlich aus einer Gummischicht hergestellt ist oder den Aufbau gemäß F i
g. 2 aufweisen kann. Die beiden Wände 112 und 114 sind an ihren unteren Kanten in
Beton eingebettet oder an einer Reihe von Betonpfosten 116 durch Befestigungselemente
118 verankert. Der geschlossene Raum zwischen der inneren und der äußeren Wand 112
und 114 ist unter einen Druck gesetzt, der ausreicht, die Einwirkung der zu erwartenden
Stoßwelle auszuschalten. Die innere Wand 112 ist derart ausgebildet, daß sie dem
Druckunterschied zwischen dem im wesentlichen konstanten auf ihrer Außenseite herrschenden
Druck und dem normalerweise atmosphärischen Druck in ihrem Inneren standhält.
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Die Schutzvorrichtung ist weiterhin mit einem Bodenbelag 120 versehen,
der auf die in Verbindung mit F i g. 3 beschriebene Weise zellenartig unterteilt
sein kann und mit einem Druck beaufschlagt ist, der in der gleichen Größenordnung
wie der Druck zwischen den Wänden 112 und 114 der Hülle 110 liegt. Auf diese Weise
ist die Schutzvorrichtung gegen Erschütterungen durch Bomben oder andere Stoßwellen,
die im wesentlichen senkrecht vom Boden her empfangen werden, geschützt. Der Bodenbelag
120 kann aus einer Vielzahl von konzentrischen, kreisförmigen Zellen bestehen, die
in Hohlräume 122 unterteilt sind und in geeigneter Weise, beispielsweise während
des Gießvorganges, aneinander befestigt sind. Andererseits kann der Bodenbelag
120 auch durch eine Vielzahl kleiner, mit geringem Abstand nebeneinanderliegender
Zellen gebildet sein, wie es im Zellenaufbau eines stark vergrößerten Schaums oder
anderen Materials mit geschlossenen Poren der Fall ist. Vorzugsweise besteht der
Bodenbelag 120
jedoch aus konzentrischen, kreisförmigen Zellen, die das Unterdrucksetzen
des Bodenbelages erleichtern.
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Im Inneren der Schutzvorrichtung sind ein Ausguck in die äußere Umgebung
der Hülle 110, beispielsweise ein Periskop 124, sowie eine Klimaanlage 126 vorgesehen.
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Der Zugang zur Schutzvorrichtung gemäß F i g. 4 erfolgt durch eine
Drucktür 129, deren Einzelheiten in den F i g. 5 und 6 gezeigt sind. Die Drucktür
129 besteht aus einer in der inneren Wand 112 angeordneten Stahltür 128, auf deren
Außenseite eine Hülle 130, 132, 134 aufgebracht ist, die ähnlich wie die in F i
g. 3 gezeigte Hülle aufgebaut ist, d. h., die Hülle enthält eine Außenwand 130 und
eine damit über eine Vielzahl von flexiblen Stegen 134 verbundene Innenwand 132.
In entsprechender Weise können mehrere in Längsrichtung verlaufende Stege (nicht
dargestellt) vorgesehen sein, um den geschlossenen Raum zwischen der Innenwand 130
und der Außenwand 132 weiter in Zellen zu unterteilen. Die Zellen sind auf einen
Druck aufgeblasen, der in der gleichen Größenordnung wie der Druck zwischen den
Wänden 112 und 114 der Hülle 110 liegt.
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F i g. 6 zeigt die Drucktür 129 in der Schließlage, und es ist zu
beachten, daß der obere Teil der Drucktür 129 den unteren Teil der äußeren Wand
114 der Hülle 110 überlappt, der mit der Wand 112 zusammenläuft und mit dieser einen
spitzen Winkel bildet. Auf diese Weise wird die Schutzvorrichtung in dem Bereich
der Tür, wo sich die äußere und innere Wand 114 und 112 treffen, vor den Einwirkungen
der Stoßwelle geschützt. In entsprechender Weise ist am Boden ein dichter Sitz zwischen
dem Untergrund und der Drucktür 129 vorgesehen, um zu verhindern, daß Stoßwellendrücke
an einer nahe dem Bodenniveau liegenden Stelle in das Innere der Vorrichtung eindringen.
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In F i g. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung gezeigt, das besonders für die Verwendung bei Wasserfahrzeugen, beispielsweise
Unterseebooten, Taucherglocken, versenkten Ausrüstungsgegenständen u. dgl. geeignet
ist. Die in F i g. 7 gezeigte Vorrichtung kann auch zum Schutz eines überwasserschiffes
gegen Torpedo- oder Bombenexplosionen verwendet werden.
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In F i g. 7 ist nur ein Teil der um die gesamte Außenseite des zu
schützenden Schiffes angeordneten Hülle dargestellt. Die Hülle 144 besteht aus einer
am Schiffsrumpf 140 befestigten inneren Wand 146 und einer mit dieser über flexible
Stege 150 verbundenen äußeren Wand 148, die mit einer metallischen Außenhaut 142
bekleidet ist. Auf diese Weise ist die Hülle 144 ähnlich wie bei dem in F i g. 3
gezeigten Ausführungsbeispiel zellenartig unterteilt, wobei die
Wände
entweder ausschließlich aus einer Gummischicht bestehen oder auf die in F i g. 2
dargestellte Weise ausgebildet sein können. Der geschlossene, zellenartig unterteilte
Raum zwischen den Wänden 146 und 148 ist mit einem Druck beaufschlagt, der mindestens
ebenso groß wie der zu erwartende Stoßwellendruck ist. Auf diese Weise ist der Schiffsrumpf
140 vor den Einwirkungen einer Stoßwelle geschützt, beispielsweise vor Torpedo-
oder Bombenexplosionen, die in der Nähe eines Unterwasserfahrzeuges auftreten können.
Die zellenartige Unterteilung der Hülle 144 bewirkt, daß im Falle eines Auftreffens
von Fremdkörpern nur die jeweilige Zelle, nicht jedoch die gesamte Hülle drucklos
wird. Diese Konstruktion läßt sich auch bei Landfahrzeugen, beispielsweise Personenfahrzeugen,
Lastwagen od. dgl., verwenden, um einen Schutz für die darin befindliche Ladung
oder Mannschaft zu bilden.