DE10358978A1

DE10358978A1 - Brandschutzelement mit Auslöser und Expander

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Publication number: DE10358978A1
Application number: DE10358978A
Authority: DE
Inventors: O Dr. Bschorr; H.J. Dr. Raida; T. Dipl.Forst. Tollkühn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-08-11
Also published as: WO2005058423A1; DE112004002750D2

Abstract

Gegenstand der Anmeldung sind flächige oder geformte Brandschutzelemente zum Ersticken von Bränden, als Schutz gegen Entflammen und zur Dämmung bei Explosionsgefahr. Das Brandschutzelement besteht aus einem Auslöser, einem Expander und einer Löschdecke und ist im Lagerzustand platzsparend kompaktiert. In einen Brandherd geworfen, gibt der Auslöser den elastisch vorgespannten Expander frei und es kommt zu einer selbsttätigen Entfaltung der Löschdecke. Zur Entfaltung der - an sich bekannten - Löschdecke können neben der elastischen Verformungsenergie mit Bimetall- bzw. Memory-Elementen auch die Brandtemperaturen selbst, pyrotechnische Mittel und auch die Auswurfenergie des Brandschutzelementes eingesetzt werden. Dadurch, dass die Löschdecke durch den Expander, z. B. einem Stahldraht, eingefasst und so mechanisch entlastet ist, kann diese bis auf Foliendecke minimiert werden. Für den Einsatz bei Elektrobränden sind Expander und Löschdecke trocken und aus elektrisch isolierendem Kunststoff- oder Keramikmaterial. Bei den Brandklassen A, B und C sind feuchte oder unmittelbar vor dem Einsatz mit Wasser getränkte Löschdecken vorteilhaft. DOLLAR A Im Weiteren sind die expandierten Brandschutzelemente als Hohlkörper ausgebildet. Bei der Expansion der Hohlkörper werden Verbrennungsluft und auch Explosionsgemische vom Brandherd abgezogen. Die Hohlkörper verkleinern den effektiven Konvektionsquerschnitt und erschweren durch ihren Strömungswiderstand die Luftzufuhr zur Brennstelle.

Description

Gegenstand der Anmeldung sind flächige und geformte Elemente zum Ersticken von Bränden, als Schutz gegen Entflammen und zur Dämmung bei Explosionsgefahr.

Zum Stand der Technik gehören Löschdecken in verschiedenen Ausführungen. Dabei handelt es sich um flächige Gewebe z.B. entsprechend DIN 14155. Die deutsche Patentschrift DE 19655125 C2 zeigt einen abwickelbaren Brandschutzvorhang, der im Hausbereich eingesetzt wird. Auch auf dem Gebiet der Brandschutzmatten gibt es ebenfalls vielfältige Entwicklungen. So wird in AT 001143 U1 eine Brandschutzmatte beschrieben, bei der auf einen Beschichtungsträger (z.B. Papier) eine Mischung aus Außendispersion, Malerton und Sand aufgebracht wird. Diese Beschichtung ist feuenesistent und wird bei Erwärmung elastisch, wodurch sich die Oberfläche verformt und somit die Sauerstoffzufuhr unterbindet. In dieser Quelle wird u.a. auch die mehrlagige Verwendung dieser Brandschutzmatte vorgeschlagen. In DE 8008190 U1 wird eine Brandschutzmatte in Form einer Materialbahn vorgestellt, welche aus einem flächigen Trägermaterial besteht, das mit einer Vielzahl von Löchern und mit einer Beschichtung aus Brandschutzmasse versehen ist. DE 69228571 beschreibt eine Brandschutzplatte, die aus einem sich aufblähenden Feuerschutzmaterial besteht. In WO 91/18155 ist eine Brandschutzmatte zu sehen, die mit Stiften an einer Wand befestigt wird. DE 4211732 A1 zeigt eine Isoliermatte aus einem Flachsfaservlies, dem ein Brandschutzmittel beigegeben ist. Zu Stabilisation werden die Fasern verklebt und ggf. Wasserglas zugesetzt. In DE 69604412 wird ein sog. Feuerbarrierefilz vorgestellt. Bei Temperaturen von mind. 350° entsteht daraus ein selbstragendes verkohltes Material. DE 69607335 beschreibt eine biegsame Vorrichtung mit feuerhemmenden Eigenschaften, die aus einem Netz mit chemisch und physikalisch stabilen Partikeln besteht. Bei Temperaturerhöhung läuft eine endotherme Reaktion ab, durch welche Wärmeenergie verbraucht wird. In DE 69807530 wird ein flexibles selbstragendes Feuersperrmaterial beschrieben. Es besteht u.a. aus anorganischen Fasern wie z.B. Glasfasern, Glaskeramikfasern, Keramikfasern, Mineralfasern, Metallfasern, feuerfesten Kohlenstofffasern oder Aluminosilicatfasern. Auch hier ist eine endotherme Reaktion vorgesehen. DE 4114620 A1 beschreibt flächige Flammenspenen zum Ersticken von Feuern. Diese Flammenspenen bestehen einer porigen Vorrichtung, z.B. aus einem Drahtgewebe, welches nach dem Davy'schen Prinzip die Flammenausbreitung einschränkt, wenn es langsam auf einen Brand abgesenkt wird. Zum Aufspannen und Absenken werden die Flammenspenen auf sog. Lafetten oder Rosten installiert.

Aufgabe der Erfindung sind Elemente zum Löschen von Bränden und zum temporären oder inhärenten Schutz vor Entflammung und vor Explosionen. Der Anwendungsbereich soll sich auf alle Brandklassen A bis D und auf alle Brandfälle erstrecken: Brände im Haushalt, Wohnungs-, Gebäude-, KfZ-, Wald-, Chemie-, Öl-, Elektro- und auch Schwelbrände.

Hauptmerkmal der Erfindung ist ein Brandschutzelement bei dem ein – vorzugsweise elastisch vorgespannten – Expander, eine im Lagerzustand gefaltete Löschdecke expandiert und einen Brandherd abdeckt, um die Luftzufuhr zu unterbinden bzw. die Ausdehnung eines Feuers zu verhindern.

Nach einem weiteren Merkmal wird die Entfaltung der Brandschutzelemente durch den Expander mittels eines Auslösers gestartet. Die Aktivierung des Auslösers erfolgt je nach Einsatz manuell beim Auswurf, durch den Aufschlag des Brandschutzelementes, direkt durch die Hitzewirkung des Brandherdes, selbsttätig durch einen Distanzzünder, durch Funk oder durch einen Temperatur-, Strahlung- oder Rauch-Sensor.

Zur Entfaltung des Brandschutzelementes wird erfindungsgemäß die Verformungsenergie eines kompaktierten, elastisch vorgespannten Expanders eingesetzt, daneben kann auch Druckenergie aus pyrotechnischen Gasgeneratoren, aus Druckgaspatronen oder Dampf herangezogen werden, ebenso die Wurfenergie, Zentrifugalkräfte und Archimedes Auftrieb.

Nach einem weiteren Merkmal sind für den Einsatz bei den Brandklassen A, B und C die Löschdecken bereits im Lagerzustand angefeuchtet. Größere Lagerzeiten geben Brandschutzelemente die einen internen Wasserbeutel enthalten und/oder bei denen die Löschdecke erst unmittelbar vor dem Einsatz extern getränkt wird.

Nach einem weiteren Merkmal sind für den Einsatz bei allen Brandklassen A bis D Expander und Löschdecke aus elektrisch nicht leitendem Material (Keramik, Kunststoff).

Nach einem weiteren Merkmal erhalten die Brandschutzelemente eine Oberflächenbeschichtung, um das Strahlungsverhalten einzustellen. Zum thermischen Eigenschutz der Löschdecke ist es vorteilhaft, die dem Brand zugewandte Seite reflektierend und die abgewandte als „schwarzen Strahler" auszuführen. Um ein Objekt gegenüber einer Flammenfront zu schützen sind beidseitig reflektierende Löschdecken zweckmäßig.

Nach einem weiteren Merkmal besteht der Expander aus zwei oder mehreren kräftemäßig – und auch elektrisch – entkoppelten Teilstücken, um eine gewichtsbedingte, selbsttätige Anpassung der Löschdecke an die Kontur des Brandherdes zu erreichen und damit eine effektivere Abdeckung zu gewährleisten. Dieselbe Wirkung lässt sich mit Expandern erreichen, die durch Hitzeeinwirkung oder selbsttätig nach der Expansion ihre Eigensteifigkeit verlieren.

Nach einem weiteren Merkmal erhalten die Expander nach der Entfaltung eine zusätzliche Versteifung, um die Brandschutzelemente als selbsttragende Wand zu nutzen. Damit kann einmal eine Flammenfront aufgehalten oder abgelenkt, ein Brandherd eingegrenzt oder ein zu schützendes Objekt eingeschlossen werden.

Nach einem weiteren Merkmal sind die expandierten Brandschutzelemente als Hohlköper ausgebildet. Bei Bränden in geschlossenen Räumen wird dadurch Verbrennungsluft entfernt und bei Gefahr von Gas- und Staubexplosionen das Explosionsgemisch abgezogen. Die notwendigen Öffnungen sind durch ein Netz analog der Davy'schen Grubenlampe bzw. durch Rückschlagventile gegen Durchzünden gesichert. Im Weiteren verkleinern die Hohlkörper den effektiven Konvektionsquerschnitt, erhöhen den Strömungswiderstand und erschweren so die Luftzufuhr zur Brennstelle.

Nach einem weiteren Merkmal werden gefährliche Sprengladungen mit Brandschutzelementen abgedeckt, ebenso die zu schützenden Objekte. Eine solche Schutzschicht dämmt sowohl Emission als auch Immission einer Explosion.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand verschiedener Ausführungsbeispielen näher spezifiziert:
1 bis 6: Plane Grundformen eines Brandschutzelementes
7 bis 9: Zu Hohlkörpern geformte Brandschutzelemente
10 und 11: Zu selbsttragenden Wänden ausgebildete Brandschutzelemente
12 bis 14: Zu Gehäusen ausgebildete Brandschutzelemente
15 bis 20: Ausführungsformen von Auslöser und Expander
21 bis 28: Ausführungsformen der Löschdecke
29 bis 32: Ausbringung von Brandschutzelemente
33 bis 45: Spezielle Einsatzfälle für Brandschutzelemente
Zur rationelleren Beschreibung werden die nachfolgend vereinbarten Bezeichnungen eingeführt: Mit der Nummer X einer Figur bedeutet X0 ein Brandschutzelement im expandiertem Betriebszustand, X0' im komprimierten, Platz sparenden Lagerzustand, bzw. X0'' in einem Zwischenstadium. Ein Brandschutzelement X0 setzt sich aus den drei Grundelementen zusammen: Einem Auslöser X1, einem Expander X2 und einer Löschdecke X4. Der Auslöser X1 gibt den Expander X2 frei und dieser entfaltet die Löschdecke X4. Im kompaktierten Lagerzustand wird der Expander mit X2' und die Löschdecke mit X4' bezeichnet. Im Weiteren hält der Expander X2 bzw. die Expanderkomponente X3 die eingestellte Form des Brandschutzelementes X0 aufrecht. Die eigentliche Abdeckfläche bildet die Löschdecke X4 mit ihren Komponenten X5 zum Schutz gegen Zug- und andere mechanische, chemische und thermische Belastungen und besteht aus feuerfesten Materialien in Form von Folien, Geweben, Vliesen oder Tragegittern mit Gewöllen oder Mikronadeln und ist ganz oder teilweise gasundwchlässig. X6 betreffen Mittel zur Fixierung der Brandschutzelemente X0 gegenüber dem Brandherd und untereinander, z.B. Haken, Gewichte, Klebe- und Klettstellen, auch um ein Gleiten aufgrund des Leidenfrost-Effektes auszuschließen. Unter X7 sind Versteifungen, Stützen, Streben und Verbindungen zusammengefasst mit denen sich selbsttragende Formen wie Wände, Hauben und Hohlkörper realisieren lassen. Mittel zur Ausbringung der Brandschutzelemente X0' sind mit X8 gekennzeichnet. Schließlich bezeichnet X9 der Brandherd bzw. im inversen Einsatzfall das zu schützende Objekt. -Nach 2 wird der interne Aufbau eines Brandschutzelementes X0 mit Auslöser X1, Expander X2, X3 und Löschdecke X4, X5 nicht mehr in allen Ausführungsbeispielen explizit ausgewiesen. Für das Verständnis ist es dort ausreichend, auf den übergeordneten Begriff Brandschutzelement X0 zu abstrahieren.
Die punktgenaue Ausbringung eines Brandschutzelementes wird durch die (a) Konvektionsgeschwindigkeit und die thermische Belastung durch die (b) Temperatur an der Brandstelle bestimmt. Es ist zweckmäßig, diese für alle Ausführungsbeispiele geltenden Auslegung- und Einsatzkriterien voranzustellen:

(a) Ein Brandherd mit einer Heizleistung Q° [W] verursacht neben der – marginalen – stöchiometrischen, eine thermische Volumenvermehrung ΔV° = (κ – 1) Q°/κp₀ [m³/s]. Darin ist p₀ = 10⁵ [Pa] der Umgebungsdruck und κ ist der Adiabatenexponent; in ausreichender Näherung kann mit κ = 1,4 [–] der Exponent von Luft und Brandgas gleichgesetzt werden. Bei einer Heizleistung von z.B. Q° = 10 [MW], das entspricht der Verbrennung von ca 0,5 kg Holz pro Sekunde, ist die zeitliche Volumenvermehrung ΔV° ≈ 25 [m³/s]. Die durch diese Volumenvermehrung bedingten Auftriebsgeschwindigkeiten selbst sind situationsabhängig. Im ungünstigsten Fall bildet sich ein senkrechter Auftriebskanal mit einer Bernoulli-Strömung, wo die radial zur Kanalachse gerichteten Radiometerkräfte einen Überdruck aufrechterhalten, so dass maximale Strömungsgeschwindigkeit – der sog. Feuersturm – erreicht wird.
(b) Im Weiteren soll die Wärmestrahlung zur Strahlungskühlung verwendet werden. Ein Strahler der Temperatur T gibt die Wärmeleistung N = σT⁴ [W/m²] ab. Die Löschdecke X4 als schwarzen Strahler erreicht im Optimum σ = 5,6·10^–8 [W/m²K⁴]. Wird zusätzlich dem Brandgas ein Volumenanteil γ [–] an schwarzen Partikeln mit einem mittleren Kugelradius r [m] zugemischt, so besteht eine spezifische Oberfläche s = 3γ/r [m²/m³], die bei einer Brenngastemperatur T_B eine spezifische Strahlungskühlung n = s σT_B ⁴ [W/m³] und eine Temperaturabnahme T_B° = 3σγ(κ – 1)T_B ⁵/rκp₀ [K/s] ergibt. Gerade die sehr hohen Brandgastemperaturen T_B lassen sich dank der T_B5 – Abhängigkeit schnell abkühlen, um so die thermische Belastung der Löschdecke X4 herabzusetzen, bzw. billigere Ausführungsformen benützen zu können. Mit den im Quadrat der Temperaturgradienten fallenden Radiometerkräften wird sekundär auch die Konvektion überproportional reduziert.

In der Draufsicht von 1a spannen biegeelastische Expander 12, z.B. Stahldraht oder – band, eine aus der feuerfesten Löschdecke 14 gebildetes Brandschutzelement 10 auf. Bei Bränden der Klasse D besteht der Expander 12 aus elektrisch nicht leitendem Material, z.B. aus faserverstärkten Kunststoffen. In 1b ist das Brandschutzelement 10'' aufgewickelt und in 1c zusätzlich in die Platz sparenden Lagerform 10' aufgerollt. Ein brennbares Band 11, z.B. Textilband hält den kompaktierten, elastisch vorgespannten Expander 12 zusammen. In einen Brandherd geworfen verbrennt das Band 11 und die Expander 12 öffnen die Brandschutzmatte 10. Zur besseren Anpassung an die Kontur des Brandherdes und um damit eine effektivere Luftabschnürung zu erreichen, haben die umlaufenden Expander 12 biegeweiche Unterbrechungen 13. Bei der Löschdecke 14 kann auf den bekannten Stand der Technik zurückgegriffen werden, die Entfaltung und die Zugentlastung durch den umlaufenden Expander 12 erlaubt darüber hinaus sehr viel kleinere Flächengewichte, einschließlich dünnwandiger Folien. Für den Auswurf per Hand eignet sich auch das stabförmig aufgewickelte Brandschutzelement 10'' aus 1b.
2a und 2b zeigen in Drauf- und Seitenansicht ein expandiertes Brandschutzelement 20. Analog zu 1 wurde wieder eine Löschdecke 24 durch einen elastischen Expander 22 entfaltet. Zur Zugentlastung und zur besseren Anpassung an den Brandherd ist die Löschdecke 24 gewölbt. In 2c befindet sich die Brandschutzmatte 20'' in einer gefalteten Zwischenform, um mit einer oder mehreren Faltungen in die Lagerform 20' nach 2d überführt zu werden. Nach 2e wird das Brandschutzelement in eine evakuierte Tasche 21 aus brenn- oder schmelzbarer Kunststoff-Folie eingeschweißt. Bei Hitzeeinwirkung löst sich die Tasche 21 und das durch den Außendruck zusammengehaltene Brandschutzelement 20' kann expandieren. Die Verpackung in einer vakuumdichten Tasche 21 erlaubt auch mit Wasser oder Wasserglas getränkte Löschdecken 24. -Eine praktisch unbegrenzte Lagerzeit erreicht man mit einer integrierten Wasserampulle, die beim Auswurf oder durch einen Auslöser geöffnet wird und erst dann die Löschdecke 24 befeuchtet.
Der Effizienz wegen und um mit größerem Gewicht zielgenauer zu treffen ist es zweckmäßig, mehrere Brandschutzelemente gleichzeitig auszuwerfen. In 3 ist ein Verbund von expandierten Brandschutzelementen 30 zusätzlich durch eine Verbindungsleine 37 zusammengehalten. Eine solche flexible Anordnung vermag sich besser an die Brandstelle anzuschmiegen und ist mit der einstellbaren Zahl und Größe der Einzelelemente fallweise an den Brandherd anpassbar. Eine anfangs unvollständige Abdeckung hilft das durch Pyrolyse noch freiwerdende Brenngas verpuffungsfrei abzufackeln und so auch die Rauchentwicklung zu verhindern.
In 4 ist eine Brandschutzmatte 40 in Bandform ausgeführt. Im Lagerzustand zusammengerollt, sorgt der Expander 42, z.B. Stahlband, für ein selbsttätiges Öffnen der Brandschutzmatte 40. Die Löschdecke 44 wird durch die Verstärkungsstreben 43 mit aufgespannt. Wegen der besseren Lagerfähigkeit und auch für den Einsatz bei Elektrobränden der Klasse D ist das Brandschutzelement 40 trocken, kann aber für die Brandklassen A, B und C durch Eintauchen in ein Wasserbad vor Gebrauch getränkt werden.
In den vorangegangen Ausführungsbeispielen war stillschweigend von einer waagerechten oder nur schwach geneigten Brandfläche ausgegangen, bei der das Eigengewicht eines Brandschutzelementes zur Abdeckung ausreicht. Für den Einsatz an steilen oder überhängenden Brandflächen hat in 5a das kompaktierte Brandschutzelement 50' die Form eines zusammengefaltenen Schirms, bestehend aus den strebenförmigen Expandern 52' und der Löschdecke 54'. Ein Auslöser 51 hält die elastisch vorgespannten Expander 52' zusammen. Die Schirmspitze ist als Widerhaken 56 ausgebildet, um wie in 5b nach dem Einschuss an einer Holzwand 59 festzuhaken. Ein Haften an einer Wand lässt sich auch durch Kleben oder Kletten erreichen. Ein konventioneller Aufschlagzünder aktiviert dabei den Auslöser 51, dieser gibt die Expander 52 bis zum Anschlag frei, um eine dichtend anliegende Löschdecke 54 zum Schutz der Holzwand 59 zu gewährleisten. -Im Weiteren ist damit bei Waldbränden mit Bodenfeuer auch den Einsatz von der Luft aus möglich. Dank der Pfeilform kann das Brandschutzelement 50' den Kronenraum durchstoßen und expandiert am Boden.
In der 6a und 6b ist eine Brandschutzmatte 60' und 60 im Lager- und Expansionszustand gezeigt. Im expandierten Zustand wurden die 4 Endmassen 66, z.B. Wasser- oder Sandbeutel, durch einen Expander 62 radial nach außen beschleunigt und spannen die rechteckige Löschdecke 64 auf. Der Expander 62 selbst kann durch Federkraft, durch Druckgas oder pyrotechnisch angetrieben werden. Zur mechanischen Entlastung der Löschdecke 64 sind die Endmassen 66 untereinander durch zugfeste Drähte bzw. Schnüre 63 verbunden.
In 1 bis 6 ging es darum, mit flächenförmigen Brandschutzelementen einen Brandherd abzudecken und zu ersticken. Die expandierten Brandschutzelemente 70, 80 und 90 in den 7 bis 9 haben Volumenform. Sie bestehen wieder aus den von Expandern 72, 82 und 92 aufgespannten Löschdecken 74, 84 und 94. Im Weiteren sind Einlässe 75 (bei den 8 und 9 nicht eingezeichnet) vorgesehen, durch die nach einer manuellen oder selbsttätigen Auslösung und Expansion Luft in die Brandschutzelemente 70, 80 und 90 einströmen kann. Damit wird Luftsauerstoff aus dem Brennraum abgezogen. In gleicher Weise werden damit auch explosive Luftgemische abgesaugt und so neutralisiert. Um ein Durchzünden zu verhindern, sind die Einlässe 75 mit Drahtgitter wie bei der Davy-Grubenlampe versehen, bzw. als Rückschlagventil ausgebildet. Luftentnahme, Volumenverdrängung und Strömungswiderstand der Brandschutzkörper 70, 80 und 80 behindern die Konvektion und senken die Brandrate. Die Quaderform nach 7 ist vergleichsweise leicht herzustellen und unterstützt die Abdeckwirkung. Die Kugelform nach 9 erreicht – mit hier nicht eingezeichneten Spanndrähten – maximale Steifigkeit, um auch mehrlagige Schichtungen zu tragen. Die Linsenform nach 8 hat am Rand flächenförmige Ausläufer 85 und gewährleistet neben der Luftentnahme gleichzeitig eine Abdeckung eines Brandherdes. Für den mechanischen Zusammenhalt sind die Brandschutzelemente 70, 80 und 90 z.B. mit Haken 76, mit Klettvorrichtungen 86 und/oder mit Klebestellen 96 versehen.
Im – nicht dargestellten – Lagerzustand ist eine Brandschutzmatte nach 10 zu einer Linie komprimiert. Nach der Auslösung strecken sich die unter elastischer Spannung stehenden Expander 102 und spannen eine senkrecht stehende Schutzwand 100 auf. Abspannungen 107 sorgen für einen stabilen Stand. Zur mechanischen Entlastung ist die Folie 104 mit zugfesten Drähten 105 versteift. In 11a tragen Expander 112 eine senkrechte Schutzwand 110, bestehend aus einer Folie 114 und Verstärkerdrähten 115. Um für sehr große Höhen eine ausreichende Knicksteifigkeit zu gewährleisten und die Schutzwand 110 trotzdem auf minimales Lagervolumen komprimieren zu können, erhalten die Expander 112 einen Querschnitt mit veränderlichem Flächenträgheitsmoment: In 11b und 11c sind dies zwei am Rand zusammengeschweißte, gewölbte Stahlbänder 117. Im Ruhezustand sind die Stahlbänder 117' plan und lassen sich so zusätzlich aufrollen. In der Ausführung von 11d sind 4 Stahlstäbe 117' zusammengedrückt und durch einen Zylindermantel 113' miteinander verbunden und bilden einen zur Lagerung weiter zusammenrollbaren Expander 112'. Durch Aufblasen des Zylinderhohlraumes des elastischen Zylindermantels 113 mit Pressluft bildet sich der Betriebszustand eines Expanders 112 mit maximaler Biege- und Knicksteifigkeit nach 11e.
In 12 spannen Expander 122 eine Haube 120 auf. Diese kann mittels eines Halteseils 127 von einem Hubschrauber aus über einem punktuellen Brandherd abgesetzt werden. Die Ausführungsbeispiele nach den 13 und 14 betreffen den Schutz vor einer Brandstelle. Das Brandschutzelement 130 ist durch die Expander 132 halbkreisförmig gebogen und bildet Brandschutzelement 130 ist durch die Expander 132 halbkreisförmig gebogen und bildet einen Fluchtkanal 139, z.B. für eine Leiter oder einen Gang. In 14 bildet ein Brandschutzelement 140 eine Röhre 149, z.B. zum Abseilen von Eingeschlossenen.
Die 15 bis 20 zeigen verschiedene Ausführungen von Auslösern und Expandern. Für die in 15 und 16 symbolisch dargestellten Auslöser 151 und 161 gibt es einen vielseitigen Stand der Technik, abhängig von der Aufgabenstellung. Für eine große Wurfweite und – genauigkeit ist eine Auslösung erst nach dem Aufschlag am Brandherd vorteilhaft. Hierfür eignen sich Aufschlagzünder, Zündschnüre, brenn- oder schmelzbare Auslöser 11 und 21 wie in den 1c und 2d oder durch Hitze, Strahlung oder Rauch der Brandstelle aktivierte Auslöser. Da in der Wurfphase geringere Expansionskräfte ausreichen, kann mit zeitverzögerten Zündern oder Distanzzündern die Expansion erst unmittelbar vor dem Aufschlag ausgelöst werden. Dies ist bei den schweren, mit Wasser gefüllten Expandern nach 16 und 17 vorteilhaft. Schließlich ist bei vorbeugendem Auslegen – und zum Auffinden und Einsammeln von nichtgebrauchten Brandschutzelementen – Funkauslösung vorteilhaft.
In 15 bis 17 sind die Expander 152, 162 und 172 als flexible Rohre dargestellt. In 15 wird ein Gasgenerator 158 (oder eine Patrone mit Druckgas) durch den Auslöser 151 aktiviert, so dass sich der Expander 152 mit Druckgas füllt, versteift und somit eine Löschdecke entfaltet. 16 ist mit Auslöser 161, Gasgenerator 168 und Expander 162 zu 15 nahezu identisch. Zusätzlich ist hier der schlauchförmige Expander 162 mit Wasser 166 gefüllt. Im drucklosen Zustand ist der Expander 162 biegeweich und lässt sich Platz sparend zusammenlegen. Vom aktivierten Gasgenerator 167 unter Druck gesetzt, streckt sich der Expander 162 und öffnet damit das Brandschutzelement. Die Füllung des Expanders 162 mit Wasser 166 benötigt weniger Druckgas, dient als Auflagegewicht und zur Befeuchtung der Löschdecke. Vergleichbar wie beim Airbag sorgt eine kleine Öffnung dafür, dass sich nach der Expansion der Druck wieder selbsttätig abbaut, der Expander 162 wieder biegeweich wird und sich dadurch effektiver anschmiegt. In 17 wird eine Patrone 171 mit einer leicht siedenden Flüssigkeit durch den Brandherd erhitzt und bringt diese bei einem einstellbaren Dampfdruck zum Platzen und setzt damit den wieder mit Wasser 176 gefüllten Expander 172 unter Druck und bringt das Brandschutzelement vom Lager- in den Betriebszustand. Eine Temperaturerhöhung direkt zur Entfaltung der Brandschutzmatte zu nutzen, zeigt 18. Dazu ist der Expander 182 aus den Bimetallstreifen 183 und 187 aufgebaut. Diese sind so eingestellt, dass sie bei Umgebungstemperatur Platz sparend eingerollt sind und erst bei Hitzeeinwirkung ein Biegemoment zum Expandieren freigesetzt wird. Vergleichbar dazu ist, den Expander 182 aus einer Memory-Legierung herzustellen, der bei einer bestimmten Temperatur von der Lager- in die Einsatzform übergeht. Da beide Expansionseffekte reversibel sind, eignen sich diese Ausführungen zusätzlich zum Schutz bei temporären Überhitzungen.
In 19 und 20 geht es um die Verringerung der Steifigkeit des Expanders 192 und 202 nach dem Entfaltungsvorgang. Bei einem plastischen Verhalten des Expanders kann sich dieser besser an die Kontur eines Brandherdes anschmiegen und effektiver abdichten. Dazu sind im Ausgangszustand nach 19a an dem Expander 192' Streben 193' angeklebt, dadurch ist das Flächenträgheitsmoment und die Biegesteifigkeit vergrößert. Bei Hitzeeinwirkung löst sich die Klebung und wie in 19b dargestellt stellen sich die Streben 193 ab und der Expander 192 ist sehr viel biegeweicher und anschmiegsamer. Die Streben 193 dienen zusätzlich als Haken zur Fixierung auf der Unterlage und zur gegenseitigen Verhakung der Brandschutzelemente untereinander. In 20a und 20b erfolgt die Erweichung eines Expanders 202 durch Auflösung in mehrere Sub-Expander 203, wieder ausgelöst durch Wärme- oder auch Löschwassereinwirkung. Beide Maßnahmen beschleunigen auch die spätere Verrottung.
21 bis 28 zeigen im Querschnitt zusätzliche Eigenschaften von Löschdecken X4. In 21 ist die Löschdecke 214 durch ein Tragegitter 215 verstärkt. Über die Oberfläche 216 der Löschdecke 214 kann die thermische Absorption und Emission eingestellt werden. Zur Strahlungskühlung eignet sich eine schwarze und zur Strahlungsabwehr eine reflektierende Oberfläche. In 22 soll eine geschlossene Folie 224 lageunabhängig sein. Dazu ist eines Wasseraufnehmendes Substrat 225, z.B. ein Polyacrylat-Geflecht beidseitig angebracht und durch eine Öffnung 227 miteinander verbunden. Beim nachträglichen Aufspritzen von Löschwasser kann das Substrat 225 von beiden Seiten Wasser aufnehmen. Neben der Abkühlung sorgt das Wassergewicht auch für eine effektive Anschmiegung und Fixierung an den Brandherd. In 23 ist eine Löschdecke 234 mit einer Doppelschicht 235 dargestellt. Der Zwischenraum wird von einer elastischen Isolierschicht 236, z.B. Mineralwolle aufrechterhalten. Dies ist dann angebracht, wenn ein Objekt vor einer ankommenden Flammenfront geschützt werden soll. In 24 sind punktuelle Kleber 245 an einer Löschdecke 244 angebracht. Der Kleber 245 besteht aus mehreren Schichten, mit der äußersten Klebeschicht ausgelegt auf Normaltemperatur und der inneren als Schmelzkleber wirksam für höhere Temperaturen. Bei weichen Unterlagen und dünnen Löschdecken 244 ist ein vollflächiger Selbstkleber am zweckmäßigsten. In 25 sind in eine Löschdecke 254 Subdecken 255 eingefügt, die nicht durch eigene Expander, sondern durch die lokale Zugspannung geöffnet werden. Dies dient wieder zur effektiveren Anschmiegung und als Rissschutz. In 26 ist eine Löschdecke 264 nicht plan, sondern erhält Vertiefungen 265. Dadurch kann sich die Löschdecke 264 besser an die Kontur eines Brandherdes anschmiegen und zum andern helfen die Vertiefungen 265 Löschwasser und Sand als Stabilisierungsgewicht 267 festzuhalten. Das Ausführungsbeispiel nach 27 betrifft eine Löschdecke 274 die Auftriebshilfen 275, z.B. luftgefüllte Glaskügelchen oder geschlossene Metallröhrchen enthält. Damit wird bei Ölbränden das Aufschwimmen der Löschdecke 274 gewährleistet. Schließlich wird in 28 eine Löschdecke 284 durch ein Gitter 285 gebildet. Das Gitter 285 trägt einen Faserstoff 287 mit einem vergrößerten Strömungswiderstand, um die Luftdurchtritt zu erschweren. Der Faserstoff 287 dient zur Absorption von giftigen Verbrennungsgasen. Im Besonderen können damit Chlor- und Fluorgase aus Teppichen und Kunststoffen unschädlich gemacht werden. Das Gitter 285 bietet sich ebenfalls als Träger für einen Katalysator zur Steuerung der Verbrennung an.
In den Ausführungen nach den 29 bis 32 sind Mittel zur Ausbringung der Brandschutzelemente an den Einsatzort dargestellt, speziell die 29 für die manuelle Ausbringung mit einem als Wurfscheibe ausgebildetem Brandschutzelement 290'. Ein Randwulst 298 hilft dabei das Brandschutzelement 290' gleichzeitig in Rotation zu versetzen. Mit der Rotationsachse ist eine Orientierung vorgegeben, so dass damit auch Löschdecken mit unterschiedlich präparierten Seiten verwendet werden können. Zusätzlich kann die Zentrifugalkraft der Rotation auch zum Öffnen des Brandschutzelementes 290' genutzt werden. Im Weiteren ist es möglich die Brandschutzelemente für das manuelle Auswerfen in Speer-, Diskus-, Stab-, Pfeil- oder Hammerwurf-Form auszubilden. In 30 werden Brandschutzelemente 300' vom Hubschrauber aus abgeworfen und mittels eines steuerbaren Bremsfallschirm 308 auf einen Brandherd gelenkt. Wegen der thermischen Aufwindströmung ist es zweckmäßig die Brandschutzelemente 300' durch einen (Ultraschall- bzw. Laser-) Abstandsmesser 301 erst unmittelbar vor dem Aufschlag zu expandieren. In 31 ist ein komprimiertes Brandschutzelement 310' wie bei einem Geschoß mit einem Treibsatz 318 versehen und wird aus einem Rohr 317 abgeschossen. In 32 erhält das Brandschutzelement 320' einen Raketentrieb 328 und wird durch eine Lafette 327 geführt auf den Brandherd abgeschossen. Wegen der vergleichsweise geringen Reichweiten genügt ein mit Pressgas angetriebene Wasser-Rakete. Um billige und weniger hitzebeständige Löschdecken einsetzen zu können ist bei dem Brandschutzelement 310' in 31 zusätzlich ein Behälter 315 vorgesehen, der sich beim Aufschlag öffnet und schwarzen Staub freisetzt. Gerade bei hohen Brandtemperaturen lässt sich damit eine überproportionale Strahlungskühlung erreichen. Dieselbe Wirkung gibt in 32 ein Wasserbehälter 325, der ebenfalls vor der Expansion des Brandschutzelementes 320' versprüht wird. Unabhängig davon mindert auch die Tränkung der Löschdecken vor dem Einsatz mit Wasser oder Wasserglas die thermische Belastung.
Die folgenden Beispiele 33 bis 45 beziehen sich auf typische Einsätze. Im Standardfall nach 33 wird ein glatter Brandherd 339 durch flächige Brandschutzmatten 330 abgedeckt. Bei einem zerklüftetem Brandherd 349 in 34 passen sich die volumenförmigen Brandschutzkörper 340 besser der Geometrie an. Bei ausgedehnten Brandherden, z.B. Busch- und Waldbränden ist es vorteilhaft, die Brandschutzkörper 340 ungleichmäßig zu verteilen, um mit einer inhomogenen und richtungsabhängigen Brandgeschwindigkeit eine geschlossene Flammenfront zu verhindern. Bei einer streifenförmigen Verteilung hilft wieder ein Gradient der Brandgeschwindigkeit eine Flammenfront abzulenken. Bei 35 handelt es sich um einen Brand in einem geschlossenen Raum 359. Um hier dem Brandherd den Luftsauerstoff zu entziehen, wird der Raum 359 voll mit volumenförmigen Brandschutzkörper 350 ausgefüllt. Die Brandschutzkörper 350 können dazu im Brandfall von außen eingebracht werden, sind in gefährdeten Räumen fest installiert und werden durch Infrarot- oder Rauchmelder oder Funk ausgelöst. Bei Montage und Halterung an der Decke lassen auch Fluchtwege offen halten. Für eine Raumfüllung mit möglichst geringen freien Strömungsquerschnitten sind Brandschutzkörper 350 unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher Steifigkeit vorteilhaft. 36 und 37 betreffen den Emissions- und Immissionsschutz bei Explosionen. In 36 wird der Explosivkörpers 369 und in 37 ein zu schützendes Gebäude 379 mit volumenförmigen Brandschutzkörpern 360 bzw. 370 eingehüllt. In 38a ist eine brennbare Wand 389 durch eine Brandschutzmatte 380' abgedeckt. In Brandfall nach 38b expandiert die Brandschutzmatte 380 und bildet eine wärme- und sauerstoffisolierende Schutzschicht 383, z.B. Mineralwolle. Nach demselben Prinzip ist im Querschnitt nach 39a eine tragende Struktur 399 mit einer Brandschutzmatte 390' umgeben, die wieder im Brandfall der 39b expandiert und den Träger 399 durch die Isolierschicht 393 schützt. Für die beiden Fälle eignen sich die auf Wärme ansprechenden Bimetall- oder Memory-Expander nach 18.
In 40 wird ein punktueller Brandherd 409 von einer zylinderförmigen Brandschutzhose 400 umgeben. Im – hier nicht dargestellten – Ruhezustand bildet die Brandschutzhose 400 einen Ring um den Brandherd 409, der sich nach der Auslösung durch Expander 402 zu einem Zylindermantel formt. Bei einem strömungsdichten Abschluss der expandierten Brandschutzhose 400 gegenüber dem Untergrund wird die Luftzufuhr erschwert und der Brand erstickt. Bei dieser Anordnung hat die Brandschutzhose 400 einen Schutzabstand und ist auch bei intensiven Brandherden 409 mit starken Aufwindkräften einsetzbar.
In der 41 ist ein Brandschutzelement 410 für ein Schutzobjekt 419, z.B. ein Haus, mit großen senkrechten Seitenflächen gezeigt. Bei der Ausbringung von einer großen Höhe aus nach 41a wird das noch nicht expandierte Brandschutzelement 410' durch aerodynamische Drillflächen in Rotation versetzt und auf das Schutzobjekt 419 gesteuert. An den Enden der Löschdecke 414 befinden sich Massen 416, z.B. Wasser- oder Sandbeutel. Bei einer Auslösung unmittelbar vor dem Aufschlag in 41b, hilft die Rotationsenergie der Massen 416 die Löschdecke 414 aufzuspannen. Beim Aufsetzen in 41c wickeln die rotierenden Massen 416 die Löschdecke 414 um das Schutzobjekt 419, sorgen so für ein enges Anschmiegen.
In den 42 und 43 sind im Querschnitt linienförmige, sich nicht selbsttragende Brandschutzelemente 420 und 430 zur Eindämmung von Waldbränden demonstriert. In 42 deckt das Brandschutzelement 420 einen Waldrand ab und in 43 dient das Brandschutzelement 420 dazu den Wald entlang einer Strasse zu trennen und eine Barriere zu schaffen.
Zur Fixierung dienen Verhakungen 427 und 437, Belastung mit Gewichten 426 und 436; z.B. Sand, Erde oder auch durch Wasser speichernde Superabsorber.
In der 44 ist ein Brandschutzelement 440 zu einem unten offenen Heißluftballon ausgebildet und ist durch Halteseile 447 gefesselt. Der Auftrieb durch die Generatoren 448 kann einmal durch eine kurzzeitige Heizung oder auch über Eindüsen von Helium erreicht werden. Im Schwebezustand wird das Brandschutzelement 440 über ein Schutzobjekt 449, z.B. ein einzelstehendes Haus geführt und dort abgesetzt. Nach 45 sind die Brandschutzelemente 450 mit einer ringförmigen Leine 457' untereinander verbunden. Die Leine, welche auch nach der Ausbringung der Brandschutzelemente geschlossen werden kann, wird manuell oder automatisch durch Kontraktoren 458 zusammengezogen und bewirkt eine gleichmäßige Anschmiegung von allen Seiten an den Brandherd. Eine solche Anordnung ist sinnvoll, wenn die Brandstelle hoch oder aus anderen Gründen für die Leinen nicht passierbar ist.

Claims

Brandschutzelement zur Erstickung von Bränden, als Schutz gegen Entflammen und zur Dämmung bei Explosionsgefahr gekennzeichnet dadurch, dass es aus a) einer kompaktierbaren Löschdecke und b) einem mit der Löschdecke verbundenen, kompaktierbaren Expander und c) einem Auslöser zur Einleitung der Ausdehnung des Expanders besteht.
Brandschutzelement nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass im Ausgangszustand a) die Löschdecke gerollt und/oder gefaltet ist und b) der Expander kompaktiert ist und c) der Auslöser nicht aktiviert ist.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2 gekennzeichnet dadurch, dass die Aktivierung des Auslösers die Expansion des Expanders einleitet.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, dass die Expansion des Expanders die Entfaltung und/oder das Ausrollen der Löschdecke bewirkt.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet dadurch, dass die Aktivierung des Auslösers a) manuell oder b) automatisch nach eingestellter Verzögerungszeit oder c) nach oder während eines Fluges durch die Luft oder d) durch einen Laser- oder Ultraschall-Distanzmesser oder e) nach einem Flug durch einen Aufschlag oder f) durch einen Infrarot- und/oder Rauchsensor oder g) durch Hitzeeinwirkung oder h) durch die Einwirkung von Wasser oder i) Kombinationen von a) bis h) erfolgt.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gekennzeichnet dadurch, dass die Ausdehnung des kompaktierten Expanders bevorzugt durch seine elastische Verformungsenergie oder durch a) Druckgase oder b) Gasgeneratoren oder c) Druckwasser oder d) den Dampfdruck einer Siedepatrone oder e) durch Schwerkraft oder f) durch Fliehkräfte oder g) durch mechanische Federspannungen oder h) durch aerodynamische oder archimedische Kräfte i) durch Kombinationen von a) bis h) erfolgt.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet dadurch, dass der Expander nach der Expansion zur Anschmiegung an die Kontur eines Brandherdes seine Eigensteifigkeit reduziert a) indem eine Unterteilung in mehrere Teil-Expander erfolgt oder b) indem durch Hitzeeinwirkung eine Erweichung oder Auflösung von Verbindungen erfolgt oder c) indem der Expansionsdruckes über Düsenöffnungen abgebaut wird oder d) durch Kombinationen von a) bis c).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet dadurch, dass der Expander zur Bildung von selbstragenden Schutzwänden wie Hauben, Zylinder oder Röhren während oder nach der Expansion sein Flächenträgheitsmoment vergrößert.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gekennzeichnet dadurch, dass die Löschdecke zur Fixierung gegenüber dem Brandherd und/oder dem Schutzobjekt und/oder zum Zusammenhalt untereinander mit a) Ankern oder b) Haken oder c) Klettverschlüssen oder d) bei niedrigen Temperaturen arbeitenden Nasskleber oder e) auf höhere Temperaturen eingestellte Schmelzkleber oder f) Kombinationen von a) bis e) versehen sind.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gekennzeichnet dadurch, dass die Löschdecke mit a) schwarzen und/oder reflektierenden Oberflächen, b) Zugentlastungen, c) Wasser aufsaugendem Gewebe, d) Wasser speichernden Superabsorbern, e) Auftriebskörpern zum Aufschwimmen auf Flüssigstoffen, f) Absorptionsstoffen für giftige Verbrennungsgase, g) Katalysatoren für eine Verbrennungssteuerung versehen ist.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gekennzeichnet dadurch, dass die Brandlöschdecke zur Fixierung von Löschwasser und Beschwerungen eine Noppung mit Vertiefungen und Erhöhungen besitzt.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 gekennzeichnet dadurch, dass die Brandlöschdecke sich teilweise überlappt und eine Nachexpansion durch Zugkräfte ermöglicht (25).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12 gekennzeichnet dadurch, dass bei der manuellen Ausbringung die komprimierten Brandschutzelemente in Form a) einer Wurfscheibe oder b) eines Speeres oder c) eines Wurfstabes oder d) eines Wurfhammers ausgebildet sind.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gekennzeichnet dadurch, dass es aus großer Höhe abgeworfen a) auf die Brandstelle fällt oder b) mit einem Steuerfallschirm ins Ziel gelenkt wird.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gekennzeichnet dadurch, dass es aus einem Röhrenbehälter nach Art eines Geschosses, einer Rakete oder einer Stalin-Orgel abgeschossen wird.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15 gekennzeichnet dadurch, dass mehrere Brandschutzelemente durch Seilverbindungen gekoppelt sind
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gekennzeichnet dadurch, dass mehrere Brandschutzelemente zeitlich versetzt expandieren.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17 gekennzeichnet dadurch, dass die Größen der Brandschutzelemente gestuft sind.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18 gekennzeichnet dadurch, dass von unterschiedlich großen Brandschutzelementen die kleineren Brandschutzelemente zuerst expandieren.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19 gekennzeichnet dadurch, dass das Brandschutzelement zur Stabilisierung, Orientierung und/oder Expansion in Rotation versetzt wird.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20 gekennzeichnet dadurch, dass das Brandschutzelement vor oder während der Expansion schwarze Staubpartikel oder Wasser freisetzt.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 21 gekennzeichnet dadurch, dass das Brandschutzelement vor dem Ausbringen mit externem Wasser oder mittels integrierter Wasserbehälter getränkt wird.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass brennbare Flächen und Träger mit einer Brandschutzmatte umgeben werden, die bei Hitzeeinwirkung expandiert und eine Erhöhung des Wärmewiderstandes bewirkt (38, 39).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass das Brandschutzelement einen volumenförmigen, hohlen Körper bildet.
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass bei Bränden oder Brandgefahr Räume mit volumenförmigen Brandschutzkörpern aufgefüllt werden (35).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass bei explosiven Gasgemischen volumenförmige Brandschutzkörper eingesetzt werden und deren Öffnungen mit einem Davy-Drahtgitter und/oder einem Rückschlagventil versehen sind (35).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass bei Gefahr von Explosionen die Sprengkörper und/oder zugewandte Schutzobjekte mit volumenförmigen Brandschutzkörper abgeschirmt werden (36, 37).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass eine Brandstelle mit hoher Brennrate und hohen Auftriebskräfte mit einer oben offenen zylinderförmigen Brandschutzhose versehen wird (40).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass a) es aus großer Höhe abgeworfenen wird und b) durch aerodynamische Drallflächen in Rotation versetzt wird und c) auf ein Schutzobjekt/Brandherd fällt oder gelenkt wird und d) durch einen Auslöser aktiviert wird und e) durch rotierende Endmassen entfaltet wird (41).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass ein Waldrand mit extrem leichten Brandschutzelementen belegt wird, welche durch Haken, Klebungen und Gewichte fixiert und gesichert werden (42, 43).
Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22 gekennzeichnet dadurch, dass a) ein Brandschutzelement als Haube ausgeführt ist und b) als Heißluftballon betrieben wird und c) mittels Halteleinen über den Brandherd bzw. über ein zu schützendes Objekt gezogen und dort abgesetzt wird (44).