DE69837854T2

DE69837854T2 - Fenstereinheit mit einem explosionsdämpfendem schutzschirm

Info

Publication number: DE69837854T2
Application number: DE1998637854
Authority: DE
Inventors: Eugene J. Richmond DEMESTRE; Kenneth M. Alexandria WHITE; T. Jameson Richmond STOTT
Original assignee: Virginia Iron and Metal Co
Current assignee: Virginia Iron and Metal Co
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: ATE363641T1; IL135058A0; EP1015840B1; IL135058A; WO1999014550A1; DE69837854D1; ES2288309T3; EP1015840A4; JP2001516832A; EP1015840A1; AU9482598A; US6057029A; JP4021616B2

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen zum Schützen von Gebäuden vor den gefährlichen Auswirkungen von äußeren explosionsartigen Detonationen (engl.: explosive blasts) und bestimmten Naturkatastrophen, und im Speziellen ein Schutzschild, das an einem Fenster oder an anderen Abschnitten eines Gebäudes zum Abschwächen der Auswirkungen von explodierendem oder zerbrochenem Glas und fliegenden Trümmern angewandt werden kann.
2. Stand der Technik
Bei äußeren Explosionen und bestimmten Naturkatastrophen wird ein hoher Anteil an Verletzungen und Schaden durch fliegende Trümmer, insbesondere von Glas und Teilen von den Fenstern eines Gebäudes, verursacht.
Es wurden Versuche gemacht, um sich diesem Problem zu widmen. Ein Verfahren ist, einen Schutzfilm an dem Fenster anzubringen. Dies reduziert die Menge an fliegendem Glas und Trümmern, kann aber zu größeren Stücken an Glas und Film führen, die immer noch Verletzungen und Schaden verursachen. Filme haben ei ne relativ kurze Lebensdauer und unterliegen einer UV-Degradation, was einen Defekt in dem Film und seinen Klebemitteln verursacht. Es gibt auch fundamentale Probleme, die dickere Filme und Laminate mit sich bringen.
Ein weiteres Verfahren umfasst das Installieren von Detonationsvorhängen in Fensterbereichen. Diese Detonationsvorhänge können jedoch unwirksam in Bezug auf potentielle Gefahr gemacht werden, indem sie aufgezogen werden. Darüber hinaus wird bei den meisten Ausführungsformen zusätzlicher Stoff in einem unteren Behälter unterhalb der Innenseite des Fensters aufbewahrt, was unansehnlich ist und Staub und Schmutz ansammelt, was ein regelmäßiges Reinigen erfordert.
Ein weiteres Verfahren umfasst die Verwendung von stabilem laminierten Glas in Fensteröffnungen. Die Anforderungen an die Stabilität der Rahmung um solche Einheiten sind beachtlich, da der Rahmen mindestens einer solch großen Last wie die laminierte Einheit standhalten muss, um zu verhindern, dass im Falle einer Explosion die Einheit von der Gebäudestruktur gelöst wird. Sowohl bei einem neuen Aufbau als auch in Situationen einer Nachrüstung ist solch eine Rahmung sehr kostenintensiv.
Diese und weitere Nachteile existieren bei bisherigen Verfahren und Vorrichtungen zur Abschwächung von Detonationen.
US-A-4780351 beschreibt eine Vorrichtung zum Halten der Kraft einer Explosion, welche eine Mehrzahl an Stoffschichten aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, stellt eine Detonationsschutzstoffbahn bereit, die eine hochzugfeste Faser, die in einen gewebten Netzstoff auf solch eine Weise eingewebt ist, wodurch ein hoher Lichtanteil durch den Stoff durchgelassen wird, während noch eine Durchsicht ermöglicht wird, aufweist. Der Stoff wird unter Verwendung eines dynamischen Rückhaltesystems montiert, was ermöglicht, dass sich der Stoff abwickelt und sich in das Gebäude auswölbt, wobei er dadurch fliegendes Glas und Trümmer zurückhält. Das Rückhaltesystem weist vorzugsweise fixierte obere und dynamische untere Spannungshalter auf, um welche ein Abschnitt des Stoffes gewickelt ist, und was ermöglicht, dass sich der Stoff davon abwickelt, ohne dass er von dem Haltergehäuse oder von der Oberfläche, an welcher die Halter montiert sind, gelöst wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden spezielleren Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, wie sie in den begleitenden Zeichnungen, in denen durch die verschiedenen Ansichten hindurch Bezugszahlen auf die gleichen Teile Bezug nehmen, dargestellt sind, deutlich. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, anstelle dessen wird Betonung auf die Darstellung der Prinzipien der Erfindung gelegt.
1 ist eine isometrische Explosionsdarstellung, die bestimmte Merkmale der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2a ist ein vertikaler Querschnitt, der bestimmte Merkmale der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2b ist ein Aufriss, der bestimmte Merkmale der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine isometrische Explosionsdarstellung, die bestimmte Merkmale der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
4a ist ein vertikaler Querschnitt, der bestimmte Merkmale der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
4b ist ein Aufriss, der bestimmte Merkmale der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Die 5a-5c sind eine Reihe von Ansichten, die bestimmte Merkmale eines Montagesystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die 1, 2a und 2b, wird ein schützendes Fenster-Schutzschild zur Detonationsabschwächung vorzugsweise an einer inneren Position in Bezug auf ein Glasfenster 27 eines Gebäudes eingebaut. Eine Montagekonfiguration ist genau in den 2a und 2b dargestellt. Eine Detonationsschutzstoffbahn 6 wird an oberen und unteren Positionen durch ein dynamisches Rückhaltesystem gehalten, welches ermöglicht, dass sich der Stoff abwickelt und sich in das Gebäude auswölbt, wobei fliegendes Glas und fliegende Trümmer in dem Stoff zurückgehalten werden können. Die dynamischen Spannungshalter haben vorzugsweise eine ungefähre Federkonstante von 1,3 lb/in. (230,35 g/cm).
Das Rückhaltesystem für die Ausführungsform der 1, 2a und 2b weist vorzugsweise obere und untere dynamische Spannungshalter 7 auf, an denen eine 10 Inch (25,40 cm) Halteschlaufe 26 an jedem Ende der Detonationsschutzstoffbahn 6 thermoverbunden ist. Diese Halteschlaufe kann zusätzlich an den dynamischen Spannungshaltern 7 durch den Detonationsschutzstoffbahn-Forcierungsstab (3, Bezugszahl 17) mit Schrauben befestigt werden. Jedes Haltergehäuse 5 nimmt vorzugsweise drei Umläufe der Detonationsschutzstoffbahn 6 auf, um eine geeignete dynamische Freigabe und Widerstand zu ermöglichen.
Die dynamischen Spannungshalter 7 sind in dem Haltergehäuse 5, das Montageklammern 1 enthält, die durch Stahl-Befestigungselemente sicher an einem festen Gebäudestrukturelement befestigt sind, drehbar montiert (siehe 2a). Die Montageklammern 1 können mit einer Wellensicherung 2 und einem Wellensicherungsstift 3 versehen sein. Jeder dynamische Spannungshalter 7 weist vorzugsweise eine Dual-Polymer-Konstruktion und eine Stahl-Torsionsstütze und eine Welle von 0,56'' (1,42 cm) Durchmesser auf. Ein Freilauf-Halter 4 ist in dem Haltergehäuse 5 vorgesehen. Das Haltergehäuse ist vorzugsweise aus einer metallurgischen Legierungskonstruktion einer hohen Festigkeit mit einer Wandstärke von 0,04'' (0,10 cm) und ist entweder für eine innere Montage, eine äußere Montage oder eine Deckenmontage geeignet. Das Haltergehäuse 5 wird durch 0,0625'' (0,159 cm) nichtrostende Stahl-Aluminium-Legierungs-Klammern 1 angrenzend an das feste Gebäudestrukturelement montiert und kann mit einer dekorativen Abdeckung 8 versehen sein.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, und die 4a und 4b zeigen eine Montagekonfiguration für die zweite Ausführungsform. Eine Detonationsschutzstoffbahn 110 wird durch eine Detonationsschutzstoffbahn-Forcierungsstange 113 an der oberen Position gehalten, und an der unteren Position durch duale dynamische Spannungshalter 16, 36, was ermöglicht, dass sich der Stoff abwickelt und sich in das Gebäude auswölbt, wobei dadurch fliegendes Glas und Trümmer in dem Stoff zurückgehalten werden können.
Das Rückhaltesystem für die Ausführungsform der 3, 4a und 4b weist vorzugsweise eine obere Detonationsschutzstoffbahn-Forcierungsstange 113 auf, die mit Befestigungselementen 14, 15 an ein festes Gebäudestrukturelement befestigt ist. Die Detonationsschutzstoffbahn 110 wird durch eine thermoverbundene Halteschlaufe 46, welche die Forcierungsstange 113 umgibt, an der Detonationsschutzstoffbahn-Forcierungsstange 113 befestigt.
Das Rückhaltesystem für die Ausführungsform der 3, 4a und 4b weist vorzugsweise einen unteren dualen dynamischen Spannungshalter 16 auf, an dem eine 10 Inch Halteschlaufe an der Detonationsschutzstoffbahn 110 thermoverbunden ist. Diese Hal teschlaufe ist ferner durch die Detonationsschutzstoffbahn-Forcierungsstange 17 mit Schrauben an dem Haltergehäuse 9 befestigt. Das Haltergehäuse 9 nimmt vorzugsweise fünf Umläufe der Detonationsschutzstoffbahn 110 auf, um eine geeignete dynamische Freigabe und Widerstand zu ermöglichen.
Der duale dynamische Spannungshalter 16 ist drehbar in einem Haltergehäuse 9 montiert, das Montageklammern 112 aufweist, die sicher an einem festen Gebäudestrukturelement befestigt sind. Das Haltergehäuse 9 ist vorzugsweise aus einer metallurgischen Legierungs-Konstruktion einer hohen Festigkeit mit einer Wandstärke von 0,04'' (0,10 cm) und ist entweder für eine innere Montage, eine äußere Montage oder eine Deckenmontage geeignet. Das Haltergehäuse 9 wird durch 0,0625'' (0,159 cm) nichtrostende Stahlklammern 112 angrenzend an das feste Gebäudestrukturelement montiert und kann mit einer dekorativen Abdeckung 18 versehen sein.
Die 5a-5c zeigen die Details einer Ausführungsform, in der eine Detonationsschutzstoffbahn 25 an oberen und unteren Positionen durch Detonationsschutzstoffbahn-Forcierungsstangen 23, an denen die Detonationsschutzstoffbahn 25 an thermoverbundenen Halteschlaufen 24 befestigt ist, gehalten wird. Die Detonationsschutzstoffbahn-Forcierungsstangen 23 sind durch Schrauben 216 an den festen Gebäudestrukturelementen 212 befestigt.
Die Detonationsschutzstoffbahn, die in den 1-5 gezeigt ist, weist vorzugsweise einen Stoff auf, der aus extrusionsbeschichteten Polyethylenfasern gewoben ist, die eine Festigkeit von mehr als 25 Gramm pro Denier aufweisen und die für eine extra hohe Festigkeit an jedem Überkreuzungspunkt Hitzeverbunden sind, so dass sie sich nicht auflösen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden solche Fasern verwendet, die kommerziell von der "Spectra" Produktlinie (d.h. Spectra900, 1000, 2000) von Allied Signal Corporation erhältlich sind und detaillierter in der Literatur unter "Festigkeit eines Diamanten in einer Faser" (engl.: "Strength of a Diamond in a Fiber") beschrieben sind, wobei die gesamte Offenbarung derselben durch Bezugnahme darauf hierin mit aufgenommen wird, obwohl jegliche geeignete Faser von ausreichender Zugfestigkeit verwendet werden kann. Solche Fasern können mit einem Polymer überzogen sein, das mit Leistungs-Additiven formuliert ist, die beständig gegenüber Ausbleichen, Schimmel, Verschmutzung und UV-Degradation sind.
Die Fasern sind vorzugsweise in ein zweisträngiges "Voll-Panamabindung" (engl.: "full basket weave") Netzgewebe, 650 Denier Stoff, der bei der bevorzugten Anwendung eine Konfiguration einer Offenheit (engl.: "openness") von 25% aufweist, eingewebt. Jegliches offenes Gewebe (engl.: "open weave") in dem Bereich von 1% bis 30% ist ebenfalls vorgesehen. Eine Offenheit von 5% bis 25% ist bevorzugt zum Bereitstellen einer erheblichen Lichtdurchlässigkeit unter gleichzeitiger Beibehaltung eines hohen Detonationsschutzes, wobei der gewählte Grad an Offenheit von dem gewünschten Detonationsschutz abgewogen gegenüber der gewünschten Menge an Lichtdurchlässigkeit durch den Stoff abhängt. Das so gewebte Material ist geeignet, einen hohen Grad an Licht durchzulassen, während es einen hohen Widerstand gegenüber explosiven Detonationen bietet.
Im Einsatz hat eine äußere explosive Detonation zur Folge, dass Glas und Trümmer durch eine Fensteröffnung übertragen werden. Bei den dynamischen Rückhalte-Ausführungsformen wird die Detonationsschutzstoffbahn veranlasst, dass sie sich von ihren Haltern abwickelt und sich in das Gebäude auswölbt, wobei sie eine abschließende Stoffbahnspannung von ungefähr 180 lb (81,65 kg) bei voller Ausdehnung erreicht, ohne dass sie von dem Haltergehäuse oder von einer Oberfläche, an der die Detonationsschutzstoffbahn-Forcierstangen montiert sind, gelöst wird. Fliegendes Glas und Trümmer werden in der Detonationsschutzstoffbahn zurückgehalten. Für Szenarien höheren Risikos können (nicht dargestellte) Luftleitungskabel hoher Festigkeit zwischen der Wand und den dynamischen Spannungshaltern befestigt werden, um die Halter als ein zusätzliches Sicherheitsfeature in dem unwahrscheinlichen Fall, dass die dynamischen Spannungshalter während einer Detonation von den Montageklammern gelöst werden, zu halten.
Das System, das in den 1, 2a und 2b abgebildet ist, kann Schutz vor fliegendem Glas und Trümmern bei Detonationen kurzer Dauer (< 1 ms), die einen Spitzendruck von 35 psi (2,46 kg/cm² übersteigen, bieten. Das System, das in den 3, 4a und 4b abgebildet ist, kann Schutz vor fliegendem Glas und Trümmern bei Detonationsimpulsen von bis zu 30 psi (2,11 kg/cm² × ms) bieten (Grad C, Bedingung 3 GSA Schutzbewertung).
Die Detonationsschutzstoffbahn der vorliegenden Erfindung bietet den Schutz, wie oberhalb erläutert wird, während sie noch einen hohen Grad an Lichtdurchlässigkeit und Durchsicht ermöglicht, so dass sie folglich die Sicht und eine natürliche Beleuchtung, die durch das Fenster geliefert wird, bewahrt, wäh rend sie gleichzeitig Tages-Privatsphäre bietet. Die Detonationsschutzstoffbahn dient auch dazu, das Tageslicht zu regeln und reduziert Blendlicht und Wärmezunahme, und kann in Kombination mit Fensterverglasungsprodukten verwendet werden.

Claims

Detonationsschutzsystem für innere Abschnitte von Gebäudefenstern, welches aufweist: eine Detonationsschutzstoffbahn (6, 110) aus einer hochzugfesten Faser, die in einen gewebten Netzstoff auf solch eine Weise eingewebt ist, wodurch ein hoher Lichtanteil durch den Stoff durchgelassen wird, während noch eine Durchsicht ermöglicht wird; ein dynamisches Rückhaltesystem (7; 16, 36), an welchem die Detonationsschutzstoffbahn befestigt ist, wobei das dynamische Rückhaltesystem (7; 16, 36) an dem inneren Fensterabschnitt funktionsfähig befestigbar ist und auf die Stoßkraft einer äußeren Explosion hin ermöglicht, dass sich der Stoff abwickelt und sich in das Gebäude auswölbt, wobei er dadurch fliegendes Glas und Trümmer, die von der Explosion verursacht werden, zurückhält.
Detonationsschutzsystem gemäß Anspruch 1, wobei das dynamische Rückhaltesystem an einem Ende der Stoffbahn einen fixierten Spannungshalter und an einem gegenüberliegenden Ende der Stoffbahn einen dynamischen Spannungshalter aufweist.
Detonationsschutzsystem gemäß Anspruch 2, wobei ein Abschnitt des gewebten Netzstoffes um den dynamischen Spannungshalter gewickelt ist und wobei der Stoff auf die Stoßkraft hin veranlasst wird, sich von dem dynamischen Spannungshalter abzuwickeln, ohne dass er von einer Oberfläche, an welcher der Halter montiert ist, gelöst wird.
Detonationsschutzsystem gemäß Anspruch 1, wobei das dynamische Rückhaltesystem an einem oberen Ende der Stoffbahn einen oberen dynamischen Spannungshalter und an einem unteren Ende der Stoffbahn einen unteren dynamischen Spannungshalter aufweist.
Detonationsschutzsystem gemäß Anspruch 1, wobei die hochzugfeste Faser eine Faser aufweist, die eine Festigkeit von mehr als 25 Gramm pro Denier aufweist.
Detonationsschutzsystem gemäß Anspruch 5, wobei die extrusionsbeschichteten Polyethylenfasern für eine extra hohe Festigkeit an jedem Überkreuzungspunkt Hitzeverbunden sind, so dass sie sich nicht auflösen.