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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine feuerfeste Struktur für flexible
Tanks für
Kraftstoff und genauer, flexible Strukturen, die geeignet sind,
eine effektive, flammenhemmende Barriere für flexible Tanks für Treibstoff
zur Verfügung
zu stellen.
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Auf
den Gebieten der Kraftfahrzeuge und der Luftfahrt ist die Verwendung
von flexiblen Tanks für
Kraftstoffe weitgehend bekannt; diese Tanks werden insbesondere
in derartigen Anwendungen verlangt, um den bestmöglichen Raum (mit den höchst unterschiedlichen
Größen und
Dimensionen) für
das Aufbewahren zu verwenden, mit dem Ziel, einen besseren Gewichtsausgleich
und eine bessere Gewichtsverteilung für das Fahrzeug oder Luftfahrzeug
zu erhalten.
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Dies
ist insbesondere auf dem Gebiet der Luftfahrt gefordert, wobei die
Kraftstofftanks in Hohlräumen untergebracht
sind, die in Flügeln
oder Anschlussrippen vorliegen. Das Gleiche gilt für die Verwendung
in Fahrzeugen für
Rennen, wo ein Bedürfnis
besteht, jeden sinnvollen Raum für
Kraftstofftanks zu nutzen und gleichzeitig eine gute Gewichtsverteilung
zu erzielen, wodurch die Fahrzeugeigenschaften verbessert werden.
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Diese
flexiblen Tanks werden üblicherweise
aus Wänden
hergestellt, welche eine flexible Struktur haben, wobei die flexible
Struktur aus einer Sandwichstruktur besteht, wobei in deren Zentrum
eine hoch reißfeste
Nylonfaserverstärkung
angeordnet ist, welche dann auf beiden Seiten mit einem kraftstoffbeständigen Laminat
oder einer Schicht aus einer Nitrilmischung versehen sind. Außerdem können weitere
Schichten erforderlich sein, um die Widerstandsfähigkeit der Sandwichstruktur
zu verbessern. Das heißt,
es kann ins Auge gefasst werden, die äußere Schicht, die mit der Luft
in Kontakt steht, mit erhöhten
Antialterungs- und Antiozoneigenschaften auszustatten.
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Für das Herstellen
dieser Sandwichstrukturen ist es vorgesehen, die Schichten des gummierten
Gewebes und der rohen Schutzlaminierungen oder -schichten anzuordnen,
wobei die dann so angeordnete Struktur einem Reifungszyklus in einem
Autoklaven gemäß den Spezifikationen
des Herstellers unterworfen wird.
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Weiterhin
kann vorgesehen werden, dass die Tanks während der Herstellung mit Antiexplosionsfüllstoffen
gefüllt
werden, welche aus einem Polyurethanschwamm hergestellt sind, und
welche im Inneren des Tanks angeordnet sind und geeignet sind, die
Möglichkeit
der Bildung von explosiven Mischungen zu eliminieren oder drastisch
zu verringern.
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Jedoch
ist ein Nachteil solcher flexibler Strukturen für Kraftstofftanks durch die
Natur der verwendeten Materialien gegeben, dass diese keine flammenhemmenden
Eigenschaften aufweisen.
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Dadurch
ergibt sich ein bemerkenswerter Nachteil in der Verwendung solcher
Tanks, in den Fällen, dass
eine derartige Eigenschaft durch den Verwender oder durch die geltenden
Gesetze gefordert wird.
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Ein
anderes Gebiet der Verwendung von Kraftstofftanks, wo eine gewisse
Flammenbeständigkeit
erforderlich ist, ist die Seefahrt. Gemäß den geltenden Gesetzen (ISO
10088), muss in Fahrzeugen, welche Benzin als Kraftstoff verwenden,
der Tank, welcher diesen Kraftstoff enthält, selbstlöschende oder flammenhemmende
Eigenschaften haben. Aus diesem Grund werden gewöhnlich metallische Tanks verwendet.
Auf der anderen Seite ist die Verwendung von flexib len Tanks (vielfältiger in
deren Verwendung und einfacher anpassbar an jede hohle Form) nur
für nicht
entflammbare Kraftstoffe, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, gestattet.
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Jedoch
beinhaltet die Verwendung von starren Tanks den Nachteil, dass ein
Zugang zu ihnen nach der einschließenden Installation schwierig
ist; diese haben ferner beachtliche Gewichte und Abmessungen. Daher ist
auch auf diesem Gebiet die Verwendung von flexiblen Tanks wünschenswert,
ebenso in dem Falle, dass diese entflammbare Kraftstoffe, wie Benzin,
enthalten.
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Daher
ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile
zu lösen,
indem eine flexible Tankstruktur zur Verfügung gestellt wird, welche
flammenhemmende Eigenschaften hat, wodurch deren Verwendung ebenso
auf den Gebieten möglich
ist, wo feuerfeste Eigenschaften erforderlich sind.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine flammenhemmende,
flexible Tankstruktur zur Verfügung
zu stellen, welche hohe thermische und mechanische Widerstandsfähigkeit
und hohe Zuverlässigkeit
und Steifigkeit besitzt.
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Daher
stellt die vorliegenden Erfindung eine flexible Tankstruktur gemäß dem Anspruch
1 zur Verfügung.
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Nachfolgend
wird eine ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer feuerfesten,
flexiblen Tankstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung gegeben, und zwar in einem nicht einschränkenden
Beispiel und unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen, worin:
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1 schematisch
und teilweise einen Querschnitt einer Treibstofftankwand zeigt,
welche eine flexible Struktur gemäß dem Stand der Technik beinhaltet,
und
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2 schematisch
und teilweise einen Querschnitt einer Treibstoffwand zeigt, welche
die flexible Struktur zeigt, welche gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird eine Struktur zur Herstellung
flexibler Tanks für
Kraftstoffe nach dem Stand der Technik hierin schematisch und schrittweise
gezeigt.
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Typischerweise
weist die Struktur eine erste innere Schicht 1 aus einer
Lage einer treibstoffbeständigen
Nitrilmischung auf, da diese Materialien die innere Oberfläche des
Tanks bilden, der in Kontakt mit dem Kraftstoff steht. Dann wird
eine textile Schicht 2, welche aus einer hochfesten Nylonfaser
hergestellt ist, angebracht. Die Schicht 2 bildet den tragenden
Teil des flexiblen Tanks und ist geeignet, die mechanischen Eigenschaften
zu liefern. Es sollte betont werden, dass das Gewebe, aus welchem
die Schicht 2 hergestellt ist, alternativ aus den folgenden
Materialien ausgewählt
werden kann: Polyamidfasern, Polyesterfasern, Aramidfasern oder
dergleichen.
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Über der
zweiten Schicht 2 ist eine äußere Schicht 3 angeordnet,
die aus einer Schicht von kraftstoffbeständigem Nitrilmischung der gleichen
Art wie Schicht 1 hergestellt ist. Weiterhin muss ausgeführt werden, dass
an den Verbindungspunkten (oder Nähten) des Tanks und/oder des
Gewebes 2 es vorgesehen ist, dass die Anwendung weiterer
Verbindungsstreifen (in den Figuren nicht dargestellt) stets aus
der Nitrilmischung hergestellt wird, ähnlich den Schichten 1 und 3,
um die überlappenden
Verbindungen des Gewebes 2, die während der Herstellung des Tanks
gebildet werden, abzudichten.
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Weiterhin
muss ausgeführt
werden, dass das Material der Schichten 1 und 3,
abgesehen davon, dass diese aus einer Mischung aus Nitril-Polymeren
hergestellt ist, alternativ auch aus Mischungen aus Epichlorhydrin(ECO)-Elastomeren,
fluorierten Elastomeren und dergleichen hergestellt sein können.
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Schließlich wird
die äußere Schicht
typischerweise mit einer Schutzschicht 4 versehen, um Widerstandsfähigkeit
gegen Ozon oder das Altern zu erzielen.
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Bei
der Herstellung des Tanks werden die gummierten Gewebe und die rohen
kalandrierten Lagen, nachdem diese zusammengefügt wurden, einem Reifungszyklus
im Autoklaven unterworfen.
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Weiterhin
kann typischerweise ein Antiexplosionsfüllmaterial 5 innerhalb
des Tanks während
der Herstellung eingefügt
werden. Typischerweise werden als Antiexplosionsfüllmaterialien
geeignet geformte Polyurethan-Schwämme oder dergleichen verwendet.
In der Praxis verhindert ein derartiges Material, welches im Inneren
des Tanks verbleibt, die Tendenz oder eliminiert in drastischer
Weise die Chance der Bildung von explosiven Mischungen. Derartige
Schwämme
werden in verschiedenen Militärfahrzeugen,
wie Flugzeugen, Lastkraftwagen etc. und in bewaffneten Fahrzeugen
häufig
verwendet.
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Üblicherweise
werden die so hergestellten Tanks mit Standardfittings ausgerüstet, wie
Inspektionsflansche, Saug/Belüftungsventilen,
Füllstandsanzeigerflansche
etc., welche alle im Stand der Technik bekannt sind und nicht in
den Figuren dargestellt sind.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird nun eine Tankwand teilweise
und abschnittsweise dargestellt, welche mit einer feuerfesten, flexiblen
Tankstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist. Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit
sind in den Figuren und in der Beschreibung gleiche Teile mit den
gleichen Nummern versehen.
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Gemäß der Erfindung
hat die Struktur eine innere Schicht 1 und weiterhin ein
gummiertes Gewebe 2, dessen textile Rückseite aus einem hoch reißfesten
Nylon oder dergleichen besteht. Eine anschließende Schicht 3 grenzt
extern an das Nylongewebe an. Ähnlich
wie bereits zuvor beschrieben, sind überlappende Verzweigungen an
den Verbindungen des Gewebes 2 (in der Figur nicht dargestellt)
vorgesehen. Nachfolgend wird die Lamination 3 in Form von
Lösungen
einer Nitrilmischung, welche mit verschiedenen, anhaftungsverbessernden
Harzen verstärkt
ist, mittels eines Pinsels aufgetragen. Typischerweise sind die
hierin verwendeten Harze Resorcin/Formaldehyd/Phenol. Die Materialen 1 und 3 für das Beschichten
des Gewebes 2 auf beiden Seiten werden durch Kalandrieren
mit einer Nitril-basierenden
Gummimischung oder dergleichen erhalten.
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Nachfolgend
wird eine Schicht 6 aus einem Siliciumdioxidfaserfilz (bestehend
aus 93–95%
SiO2-Silikaten) vorgesehen. Diese Schicht zeigt Widerstandsfähigkeit
gegen Hitze und Temperaturen bis zu 1000°C. Der Zweck der vorliegenden
Schicht ist es, die darunter liegenden Schichten vor der Wirkung
von Hitze zu schützen
und deren physikalische Eigenschaften zu erhalten.
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Weiterhin
ist gemäß der Erfindung
eine weitere Schicht 7 einer verstärkten Nitril-basierten Mischung angewendet,
welche auf der Glasfaserschicht 6 aufgebracht ist, mit
entsprechenden überlappenden
Anschlüssen
an den Nähten.
Die Mischung 7 umfasst eine Menge flammenhemmender und
nicht brennbarer Produkte, worunter auch lamellares Graphit fällt (etwa
40 Gewichtsprozent in Bezug auf die gesamte Masse der Mischung).
Wenn diese Produkte in Kontakt mit einer Flamme kommen, quellen
sie auf und bilden eine kohlenstoffhaltige Kruste, wodurch sie eine
mechanische Barriere ausbilden und die darunter liegenden Schichten von
der Hitzewirkung abtrennen (näher
erläutert
weiter unten).
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Weiterhin
ist eine äußere Schicht
(Laminierung) 8 ausgebildet, welche durch Aufpinseln einer
Methylethylketon-Lösung einer
Nitril-basierten Mischung hergestellt ist, die mit einem Vinylacetat-Harz
verstärkt
ist, um die darunter liegenden Schichten vor der Alterungswirkung
von Ozon und allgemeinen atmosphärischen Agenzien
zu schützen.
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Auch
in diesem Fall folgt die Herstellung des Tanks dem der im Stand
der Technik bekannten Tanks. Daher können auf Wunsch des Kunden
während
der Herstellung innerhalb des Tanks ein Antiexplosionsfüllmaterial 5 (geeignet
geformter Polyurethan-Schwamm oder dergleichen) angeordnet sein.
Die Wirkung des Antiexplosionsmaterials wurde bereits zuvor beschrieben.
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Darüber hinaus
können
die derart hergestellten Tanks mit Standard-Fittings ausgerüstet sein,
wie Inspektionsflansche, Druck/Belüftungsventile, Füllstandsanzeigerflansche
etc., alle bekannt im Stand der Technik und nicht in den Figuren
dargestellt.
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Nunmehr
werden zwei Beispiele von feuerbeständigen (gemäß dem ISO-Standard 10088/2001)
dargestellt, worin zwei flexible Tanks für Kraftstoff getestet werden.
Der erste Tank wurde mit einer flexiblen Struktur gemäß dem Stand
der Technik hergestellt, während
der zweite Tank mit der feuerfesten, flexiblen Struktur gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde.
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BEISPIEL 1
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Ein
flexibler Tank wurde mit einer Struktur gemäß dem Stand der Technik hergestellt.
Die Herstellung des Tanks wurde mit gummierten Geweben und Folien
einer Nitril-Mischung
kalandriert und anschließend
einem Reifungszyklus in einem Autoklaven unterworfen. Während der
Herstellung wurde ein Antiexplosionsmaterial innerhalb des Tanks,
wie oben beschrieben, eingefügt.
Die flexible Struktur, welche die Wand des Tanks bildete, hatte
die folgenden Eigenschaften:
| Grundgewebe
für gummiertes
Gewebe: | Nylon
6,6 |
| Webung: | Panama
2 × 2 |
| Fäden/dm (Kette × Schuss): | 200 × 180 |
| Gewebegewicht: | 360
g/m2 |
| Dicke
der Tankwand: | von
1,2 bis 1,4 mm |
| Mittleres
Gewicht der Wand: | 1300
g/m2. |
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Die
mechanische Eigenschaften dieser Struktur entsprechend den Anforderungen
des FIA-Standards FT3/1999.
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Die
Nitril-Mischung, welche die Beschichtung der Tankwände bildete,
wurde wie folgt hergestellt:
| Komponente | Menge
Gew.-%/Gesamtgewicht |
| Nitril-Polymer | 20,6 |
| Nitril-Polymer/PVC-Mischung | 21,3 |
| Plastifizierer | 0,35 |
| Aktivator | 2,12 |
| Alterungsbeständigkeitsmittel
gegen chemische/physikalische Agenzien | 1,80 |
| Öle | 12,8 |
| Schwefel | 0,52 |
| Carbon
Black | 41,0 |
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Falls
erforderlich, kann die Mischung mit weiteren retardierenden oder
beschleunigenden Substanzen gemäß den Anforderungen
der Lebensdauer oder den Herstellungsbedingungen verstärkt sein.
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Der
so hergestellte Tank ist bereit, um den Feuerwiderstandstest gemäß dem ISO-Standard 10088/2001
unterworfen zu werden. Gemäß dem Letzteren
ist eine Feuerbeständigkeit
aus der Verbrennung eines Kohlenwasserstoffes (Toluol Heptan), welches
auf die äußeren Oberflächen des
Tanks oder in dessen Nähe
gegossen wurde. Der Widerstandstest sollte wenigstens 2,5 Minuten
dauern, in welchem der Tank unbeeinflusst sein sollte und dessen
Aufbewahrungsfunktion erhalten bleibt, sogar dann, wenn die Integrität der äußeren Oberflächen beeinträchtigt ist.
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Dann
wurde der Feuerwiderstandstest an dem Tank durchgeführt, welcher
eindrucksvoll seine Ungeeignetheit durch komplettes Verbrennen bei
+40 Sekunden zeigte.
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BEISPIEL 2
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Ein
flexibler Tank mit der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung
wurde hergestellt. Für
die Herstellung des Tanks wurde eine erste flexible Struktur mit
gummiertem Nylongewebe und Folien von verstärktem und dann ka landrierten
Nitril-Mischungen verwendet, gemäß einem
Verfahren nach dem Stand der Technik. Nachdem die Struktur aufgebaut
wurde, wurde auf dessen äußerer Oberfläche eine
erste Schicht eines Siliciumdioxidfaserfilzes aufgebracht, welches
eine Dicke von ≥ 2
mm hatte (Dicke und Dichte variieren in Abhängigkeit der Kundenbedürfnisse,
und einer weiteren Schicht von verstärkter, feuerhemmender Nitril-Mischungsfolie,
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Dann wurde eine Antialterungs- und Ozon resistente Schutzschicht vom
oben beschriebenen Typ aufgebracht. Der Tank wurde zusammengebaut
und nachfolgend in einem Autoklaven einem Reifungszyklus unterzogen.
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Die
Rückentextilschicht
wurde wie folgt hergestellt:
| Rückentextil
für gummiertes
Gewebe: | Nylon
6,6 |
| Webung: | Panama
2 × 2 |
| Fäden/dm (Kette × Schuss): | 200 × 180 |
| Gewebegewicht: | 360
g/m2 |
| Dicke
der Tankwand: | von
3,7 bis 3,9 mm |
| Mittleres
Gewicht der Wand: | 2000
g/m2. |
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Die
mechanische Eigenschaften dieser Struktur entsprechend den Anforderungen
des FIA-Standards FT3/1999.
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Die
flammfeste Nitril-Mischung, welche die äußerste Schicht der Tankwände (Schicht
7)
bildete, wurde mit feuerfesten Verstärkungen in einer Menge nicht
weniger als 10 Gewichtsprozent in Bezug auf das Gesamtgewicht der
Mischung versehen. Die Mischung hat die folgende Zusammensetzung:
| Komponente | Menge
Gew.-%/Gesamtgewicht |
| Nitril-Polymer | 29,5 |
| Plastifizierer | 0,21 |
| Aktivator | 1,00 |
| Mineralzuschlag | 21,3 |
| Flammenhemmender
Zuschlag | 1,46 |
| (Chlorierte
Paraffine und/oder Paraffin) Öle | 11,8 |
| Alterungsbeständigkeitsmittel
gegen chemische/physikalische Agentien | 0,9 |
| Carbon
Black | 0,6 |
| Intumeszentzuschlag | 33,3 |
| Schwefel | 0,36 |
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Ähnlich wie
die Mischung der inneren Strukturschichten 1 und 3 kann,
falls nötig,
die Mischung der oben genannten äußeren Schicht 7 weiterhin
mit retadierenden oder beschleunigenden Substanzen beaufschlagt
sein. Der so bearbeitete Tank ist fertig gestellt, um den Feuer-
und Druckwiderstandstest gemäß dem ISO-Standard
10088/2001 unterworfen zu werden.
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Dann
wurde der Feuerwiderstandstest an dem Tank durchgeführt, welcher
eine exzellente Beständigkeit
gegen Flammen und Hitze zeigte. Tatsächlich wurde nach der maximalen
Belastungszeit des Testes (2,5 Minuten) der gleiche Tank erhalten
und dieser widerstand weiterhin den Flammen, ohne irgendwelche strukturellen
Veränderungen
oder bemerkenswerte Veränderungen
an den Außenoberflächen zu
zeigen.
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Nach
dem Flammentest wurde der Tank einem inneren Druck von 0,2 Bar unterworfen,
wobei sich zeigte, dass keine innere Schicht verloren oder beschädigt war.
Dann wurde ein Zerstörungstest
an der Tankwand durchgeführt,
um dessen Inneres zu analysieren.
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Der
Test zeigte, dass die inneren Wände
intakt sind, obwohl die äußeren für eine gewisse
Zeitperiode den Flammen unterworfen wurden, die länger war
als die des Standards.