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Die Erfindung betrifft einen Kraftstofftank mit einer Bodenwand, einer Abdeckwand, einer Vorderwand, einer Hinterwand und zwei Seitenwänden, die Stahlwände enthalten, welche einen Innenraum zur Aufnahme von Kraftstoff umgeben, wobei die Stahlwände mit einem Dichtmaterial bedeckt sind, das bei Auftreten eines Lecks infolge eines Einschlags eines Projektils in die Stahlwände des gefüllten Kraftstofftanks durch Kontakt mit dem aus dem Kraftstofftank austretenden Kraftstoff aufweitbar und dadurch das Leck in der betroffenen Stahlwand abdichtbar ist.
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Ein derartiger selbstversiegelnder Kraftstofftank für ein militärisches Fahrzeug ist aus der
WO 2006/076030 A2 bekannt. Die aus mehreren Lagen bestehende Beschichtung verfügt über eine Schicht mit perlenartig gestalteten Absorptionskörpern, die bei Kontakt mit Kraftstoff stark anschwellen und dabei mit einer Kompressionsschicht zusammenwirken, um ein Leck abzudichten, das durch Einschlag kleinkalibriger Geschosse verursacht wurde.
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In der
US 9 127 915 B1 ist als Alternative für teure und schwere antiballistische Materialien ein selbstheilender Verbundwerkstoff beschrieben, der mehrfachen Einschlägen ohne wesentliche Degeneration des Materials standhält. Die kinetische Energie eines Projektils wird in Wärme konvertiert, die ein Schmelzen eines Polymers verursacht, das die Projektilbahn füllt und geeignet ist, das Projektil in einer Polymermatrix einzufangen, vorausgesetzt die Geschossenergie ist begrenzt.
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In der
WO 2011/047863 A2 ist ausgeführt, wie Kraftstofftanks auf Fahrzeugen mit einem Netzwerk aus dünnen Metallfolien oder Metallfasern ausgefüllt werden können, um von dem Prinzip der Davy-Sicherheitslampe aus dem Bereich des Bergwesens Gebrauch zu machen.
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Mittel zum Schutz eines Kraftstofftanks vor fokussierter Strahlungsenergie im Militärbereich sind in der
DE 696 37 070 T2 geoffenbart. Hierbei wird eine Sperrschicht in Form einer Hülle oder Abdeckung um den zu schützenden Gegenstand gelegt. Die Sperrschicht besteht aus Lagen geschlitzter Streckfolien aus Metall, wobei zwischen Streckmetalllagen ineinander verschachtelte Ellipsoiden vorhanden sein können. Die Sperrschicht zerstreut die einfallende Energie beim Auftreffen auf die geschlitzte Streckfolie aus einem Nichteisenmetall mit geringem Absorptionsvermögen und hoher Wärmeleitfähigkeit und verzögert dadurch ein Eindringen eines Laserstahls.
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Aus der
EP 3 140 194 B1 ist ein Flugzeugtreibstofftank zur Aufnahme eines Kraftstoffes bekannt geworden, dessen Tankauskleidung kugelförmige Elemente aufweist, deren Härtewert einen höheren Härtewert aufweist als ein diese umgebendes Bindematerial. Beim Eindringen eines Projektils in die Tankauskleidung kann aufgrund der Kollision des Projektils mit den harten Elementen verhindert werden, dass das Projektil die der Einschlagsstelle gegenüberliegende Tankauskleidung ebenfalls durchdringt, wenn die Geschossenergie unterhalb vorbestimmter Grenzwerte liegt.
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Ein Verfahren zur Herstellung von Füllkörpern als Explosionsschutz bei Treibstofftanks ist aus der
DE 38 16 792 A1 bekannt. Zum Herstellen von kugelförmigen Füllkörpern wird ein Streckmetall mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet. Aus im Wesentlichen zweidimensionalen Gitterwerken werden durch Verformen Füllkörper einer bestimmten Form und Größe hergestellt. Mit derartigen Füllkörpern können Behälter, die flüssige explosionsgefährdete Stoffe enthalten, nachträglich gefüllt werden. Entzündet sich ein solcher Behälter kommt es nicht zu einer Explosion der im Behälterfreiraum angesammelten explosiven Gase, sondern zu einem normalen kontrollierten Abbrand des Behälterinhalts.
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Es ist bekannt, dass die meisten gepanzerten Fahrzeuge, insbesondere Kampffahrzeuge nicht durch einen Volltreffer eines Projektils, sondern durch einen Treffer eines Kraftstofftanks und die darauffolgende Explosion des Kraftstofftanks verloren gehen. Aus diesem Grund werden insbesondere auch bei militärischen Fahrzeugen Kraftstofftanks dadurch geschützt, dass deren Wände als massive Stahlwände ausgebildet werden, an denen ein auftreffendes Geschoss abprallen soll. Um zu verhindern, dass ein auftreffendes Geschoss in den Kraftstofftank eintritt und dort Sekundärexplosionen und Brände auslöst, werden für Kraftstofftanks häufig sehr dicke Stahlwände verwendet, so dass das Gewicht des zu schützenden Fahrzeuges erheblich steigt.
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Ausgehend von dem oben erörterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stahlwände aufweisenden Kraftstofftank zu schaffen, der eine hohe Gewichtseinsparung im Vergleich zu einem gepanzerten Kraftstofftank aus Stahl ermöglicht, bei dem auch Projektile mit hoher Geschossenergie an einer Zerstörung des Kraftstofftanks gehindert werden sollen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstofftank mit einer Bodenwand, einer Abdeckwand, einer Vorderwand, einer Hinterwand und zwei Seitenwänden, die Stahlwände enthalten, welche einen Innenraum zur Aufnahme von Kraftstoff umgeben, wobei die Stahlwände mit einem Dichtmaterial bedeckt sind, das bei Auftreten eines Lecks infolge eines Einschlags eines Projektils in die Stahlwände des gefüllten Kraftstofftanks durch Kontakt mit dem aus dem Kraftstofftank austretenden Kraftstoff aufweitbar und dadurch das Leck in der betroffenen Stahlwand abdichtbar ist dadurch gelöst, dass im Innenraum des Kraftstofftanks ballistische Schutzplatten vorgesehen sind, die sich in einem Abstand von den Projektileinschlägen ausgesetzten Stahlwänden parallel zu diesen erstrecken, und dass im Innenraum des Kraftstofftanks sowie in den zwischen den ballistischen Schutzplatten und den Stahlwänden gebildeten Zwischenräumen Füllkörper aus einem Streckmetall angeordnet sind.
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Beim Auftreffen eines Geschosses oder sonstigen Projektils auf den Kraftstofftank ist es vorgesehen, dass dieses in das Innere des Kraftstofftanks eindringen kann. Aus diesem Grunde sind keine mit sehr hohem Gewicht verbundene dicke Stahlwände notwendig, sondern leichte Stahlwände deren Dicke nicht ausreicht, um ein Projektil daran abprallen zu lassen.
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Beim Auftreten eines Lecks in Folge eines Durchschlags in einer Stahlwand kommt es zu einem Austritt von Kraftstoff, der mit einem auf der betroffenen Stahlwand aufgebrachten Dichtmaterial so reagiert, dass dieses das gerade entstandene Leck wieder verschließt und abdichtet. Das in den Innenraum des Kraftstofftanks vorgedrungene Projektil wird im Innenraum des Kraftstofftanks durch die aus einem Streckmaterial hergestellten Füllkörper abgebremst und trifft schließlich mit stark reduzierter Energie auf eine der im Innenraum des Kraftstofftanks vorgesehenen ballistischen Schutzplatten, die in einem Abstand parallel zu den Stahlwänden angeordnet sind. Aus diesem Grunde wird das abgebremste und verformte Projektil daran gehindert, den Kraftstofftank gegenüber der Einschussstelle eines Projektils wieder zu verlassen. Es wird im Inneren des Kraftstofftanks zurückgehalten und daran gehindert, den Kraftstofftank zu zerstören .
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Bei einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel des Kraftstofftanks ist auf der von der Stahlwand weg weisenden Seite des Dichtmaterials eine Polycarbonatschicht angeordnet, die ihrerseits auf der vom Dichtmaterial weg weisenden Seite durch eine Schutzschicht aus Polyurethan abgedeckt ist.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Dichtmaterial und der Polycarbonatschicht ein Luftspalt vorgesehen, der eine Breite zwischen 0,5 und 2 Millimeter, vorzugsweise 1 Millimeter aufweist. Auf diese Weise wird eine gute Abdichtung eines Lecks in einer von einem Projektil getroffenen Stahlwand erreicht.
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Die Polycarbonatschicht weist vorzugsweise eine Stärke zwischen 8 und 16 Millimeter auf. Dabei ist es zweckmäßig, wenn auf der Polycarbonatschicht eine Schutzschicht aus Polyurethan vorgesehen ist, die eine Dicke zwischen 1 Millimeter und 5 Millimeter, vorzugsweise 3 Millimeter aufweist.
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Der Kraftstofftank kann die Gestalt eines Polyeders haben, wobei die ballistischen Schutzplatten sich jeweils entlang von Ebenen erstrecken, die einen Abstand von 6 bis 12 Zentimeter von den seitlichen Stahlwänden aufweisen.
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Um einen guten Schutz gegen schräg eintreffende Projektile im Bereich der Ecken des Kraftstofftanks zu erzielen, ist vorgesehen, dass die ballistischen Schutzplatten sich entlang von Linien kreuzen, die parallel zu den sich zwischen der bodenseitigen Stahlwand und der den Kraftstofftank überdeckenden Stahlwand des Kraftstofftanks erstreckenden Kanten eines die Gestalt eines Polyeders aufweisenden Kraftstofftanks verlaufen.
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Für einen effektiven Schutz ist es zweckmäßig, wenn die ballistischen Schutzplatten aus einem Stahl bestehen, der sich durch eine hohe Streckgrenze und hohe Härte auszeichnet. Die ballistischen Schutzplatten verfügen über eine Wandstärke zwischen 3 Millimeter und 6 Millimeter, vorzugsweise 4,5 Millimeter, um bei einer erheblichen Gewichtseinsparung dennoch hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen zu können.
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Die Stahlwände des Kraftstofftanks der Schutzeinrichtung haben eine Stärke von 3 Millimeter bis 6 Millimeter, vorzugsweise 4,5 Millimeter.
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Das zur Abdichtung der Stahlwände vorgesehene Dichtmaterial ist vorzugsweise mit den Stahlwänden verklebt und erzeugt bei einem Kontakt mit austretendem Kraftstoff einen selbstheilenden Schaum, so dass im Falle eines Einschusses nur relativ wenig Kraftstoff austreten wird.
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Die den hauptsächlich für Kraftstoff vorgesehenen Raum im Inneren des Kraftstofftanks ausfüllenden Füllkörper bestehen vorzugsweise aus einem Streckmetall aus Aluminiumfolie. Sie können aus Bändern bestehen, die zu Wickeln aufgerollt sind. Alternativ können die Füllkörper die Gestalt von Bändern oder Kugeln aufweisen. Vorzugsweise sind die Füllkörper jeweils von einem Edelstahlgestrick umgeben, um eine leichtere Handhabbarkeit zu ermöglichen.
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Das Streckmetall zur Herstellung der Füllkörper ist vorzugsweise ein Rippenstreckmetall aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, deren Stärke im Bereich von 0,05 bis 0,3 Millimeter liegt.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Füllkörper die Gestalt eines Zylinders oder einer Matte haben und in einem als Netz dienenden Edelstahlgestrick eingeschrumpft sind.
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Um bei einem Einschlag eines Projektils die im Tank entstehende Druckwelle zu schwächen, ist es zweckmäßig, wenn der Kraftstofftank ein Überdruckventil aufweist, durch das Kraftstoff entweichen kann, wenn der Kraftstofftank von einem Projektil getroffen wird, das eine Schockwelle im Kraftstofftank verursacht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Alternativen sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 ein Kampffahrzeug mit an seinem Heck angeordneten Kraftstofftank in einer schematischen Darstellung,
- 2 eine schematische Ansicht eines Kraftstofftanks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 eine der 2 entsprechende schematische Darstellung des Kraftstofftanks mit gestrichelt dargestellten Rändern von im Inneren des Kraftstofftanks angeordneten ballistischen Schutzplatten,
- 4 eine schematische Darstellung des Kraftstofftanks in einer perspektivischen Ansicht nach Abnahme einer Seitenwand für einen Blick in das Innere des Kraftstofftanks vor dem Befüllen des Kraftstofftanks mit Füllkörpern,
- 5 einen Querschnitt durch die Wandung des Kraftstofftanks zur Veranschaulichung der Schichtenfolge der Wandung und
- 6 eine schematische Darstellung des Kraftstofftanks im Querschnitt parallel zu den Seitenwänden des Kraftstofftanks zur schematischen Veranschaulichung des Innenraums des Kraftstofftanks nach dessen Befüllung mit Füllkörpern.
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Ein in 1 schematisch dargestelltes, gepanzertes mehrachsiges Kampffahrzeug 10 verfügt an seinem Heck über einen Kraftstofftank 12 mit beispielsweise einem Fassungsvermögen von 250 Liter zum Antrieb von Motoren, Generatoren und Heizsystemen des Kampffahrzeuges 10. Der Kraftstofftank 12 verfügt über eine Bodenwand 14 und einer dieser gegenüberliegenden Abdeckwand 16. Weiter erkennt man in schematischer Darstellung in 1 die Vorderwand 18. Außerdem verfügt der Kraftstofftank 12 über eine Hinterwand 20 sowie zwei Seitenwände, von denen die linke Seitenwand 22 in 1 veranschaulicht ist.
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Beim Einsatz von in 1 schematisch dargestellten Kampffahrzeugen 10 gehen die meisten Kampffahrzeuge 10 nicht durch einen Volltreffer, sondern durch einen Treffer des Kraftstofftanks 12 mit der darauffolgenden Explosion des Kraftstofftanks 12 sowie nachfolgenden Sekundärexplosionen und Brände verloren. Um dieses Risiko zu reduzieren, verfügt der Kraftstofftank 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung über eine Schutzeinrichtung, die anhand der 2 bis 6 nachfolgend näher beschrieben ist.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schematisch den Kraftstofftank 12 zur Vereinfachung ohne Füllstutzen, Anschlüsse für die Zirkulation des Treibstoffs zum Aufwärmen sowie ohne ein vorgesehenes Überdruckventil sowie Wärmestrahlungen zurückhaltende Anordnungen, um eine Ortung durch Infrarotstrahlen zu vermeiden.
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In 2 zeigt die schematische Ansicht den Kraftstofftank 12 in Gestalt eines Polyeders. Statt der in 2 veranschaulichten Geometrie des Kraftstofftanks 12 kann dieser auch über andere Geometrien verfügen. Besonders einfach ist die Gestalt des Kraftstofftanks 12, wenn entsprechend dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Abdeckwand 16 sich parallel zur Bodenwand 14 erstreckt. Der in 2 dargestellten linken Seitenwand 22 ist entsprechend eine rechte Seitenwand 24 zugeordnet. Zwischen der linken Seitenwand 22 und der rechten Seitenwand 24 erstreckt sich in 2 die Hinterwand 20. Während die linke Seitenwand 22 und die rechte Seitenwand 24 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, sind die Vorderwand 18 und die Hinterwand 20 gegeneinander geneigt. Die linke Seitenwand 22 und die Hinterwand 20 bilden in Fahrtrichtung des Kampffahrzeugs 10 gesehen, eine hintere linke Kante 26.
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Die schematische Darstellung in 3 zeigt den Kraftstofftank 12 zur Veranschaulichung der Anordnung, die ein in den Innenraum vorgedrungenes Projektil daran hindern soll, den Kraftstofftank 12 zu verlassen, wodurch eine Gefahrensituation verursacht würde.
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Parallel zur linken Seitenwand 22 erstreckt sich eine gestrichelt veranschaulichte linke ballistische Schutzplatte 28. In ähnlicher Weise erstreckt sich parallel zur rechten Seitenwand 24 eine rechte ballistische Schutzplatte 30. Um den Austritt eines Projektils in Richtung der Vorderwand 18 zu unterdrücken, ist eine vordere ballistische Schutzplatte 32 vorgesehen. Parallel zur Hinterwand 20 ist eine hintere ballistische Schutzplatte 34 angeordnet.
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Die ballistischen Schutzplatten 28, 30, 32 und 34 bestehen aus einem Sicherheitsstahl mit einer Streckgrenze von 1400 N/mm2. Härtewerte zwischen 470 und 540 HB sind zweckmäßig. Die Zugfestigkeit des vorzugsweise verwendeten Sicherheitsstahls beträgt 1750 N/mm2. Die Bruchdehnung des verwendeten Materials beträgt 7 Prozent.
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Da sich die ballistischen Schutzplatten 28, 30, 32, 34 mit ihrer gesamten Länge parallel zu den Längen der Seitenwände 22, 24 sowie der Vorderwand 18 und der Hinterwand 20 erstrecken, kreuzen sich die ballistischen Schutzplatten 28, 30, 32 und 34 entlang von in 3 nicht dargestellten Linien, die parallel zu den Kanten 36, 38 und 40 verlaufen. Die Abstände der ballistischen Schutzplatten 28, 30, 32 und 34 von der jeweils zugeordneten Seitenwand 22, Seitenwand 24, Vorderwand 18 oder Hinterwand 20 beträgt 6 bis 12 Zentimeter. Auf diese Weise entsteht ein Zwischenraum von etwa 6 bis 12 Zentimeter zwischen den jeweiligen Stahlwänden 48, 50, 52 in der Vorderwand 18, der Hinterwand 20, der linken Seitenwand 22 sowie der rechten Seitenwand 24 und den zugeordneten ballistischen Schutzplatten 28, 30, 32, 34.
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Die Anordnung der vorderen ballistischen Schutzplatte 32 und der hinteren ballistischen Schutzplatte 34 ist in 4 verdeutlicht. Insbesondere erkennt man in der Schnittansicht der 4 den vorderen Zwischenraum 42 zwischen der Vorderwand 18 und der vorderen ballistischen Schutzplatte 32. Ebenfalls ist in 4 zu erkennen, dass zwischen der hinteren ballistischen Schutzplatte 34 und der Hinterwand 20 ein Zwischenraum 44 vorgesehen ist. Entsprechende in 4 nicht dargestellte Zwischenräume befinden sich zwischen der linken Seitenwand 22 und der linken ballistischen Schutzplatte 28 sowie der rechten ballistischen Schutzplatte 30 und der rechten Seitenwand 24. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind parallel zur Bodenwand 14 und parallel zur Abdeckwand 16 keine ballistischen Schutzplatten vorgesehen.
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Die 5 zeigt nicht maßstabsgerecht im Querschnitt entlang der Linie V-V der 4 die Schichtenfolge der Hülle des Kraftstofftanks 10 am Beispiel der Vorderwand 18. Die Vorderwand 18 verfügt über eine vordere Stahlwand 48, die Teil der Grundkonstruktion des Kraftstofftanks ist. Die Bodenwand 14 verfügt über eine untere Stahlwand 50 und die Hinterwand 20 verfügt über eine hintere Stahlwand 52.
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Die Stahlwände 48, 50, 52 haben eine Wandstärke von 3 Millimeter bis 6 Millimeter, vorzugsweise 4,5 Millimeter. Sie haben eine hohe Streckgrenze und Härte. Vorzugsweise liegt die Streckgrenze bei 1200 N/mm2 und die Härte bei etwa 450 HB.
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Wie aus den 4 und 5 ersichtlich befindet sich auf den Stahlwänden 48, 50 und 52 ein Dichtmaterial 54. Das Dichtmaterial 54 ist auf die jeweilige Stahlwand 48, 50 und 52 aufgeklebt. Es besteht aus einer Zusammensetzung, die mit Kraftstoff reagiert und dabei einen selbstheilenden Schaum zum Verschließen von Löchern im Kraftstofftank 12 bildet. Die Dicke des Dichtmaterials 54 beträgt vorzugsweise 22 Millimeter und ist damit um ein mehrfaches dicker als die Dicke der jeweils zugeordneten Stahlwand 48, 50, 52.
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5 zeigt, dass das Dichtmaterial 54 seinerseits durch eine Polycarbonatschicht 56 nach außen hin abgedeckt ist. Zwischen der Polycarbonatschicht 56 und dem Dichtmaterial 54 befindet sich ein Luftspalt 58 mit einer Stärke von etwa 1 Millimeter. Die Polycarbonatschicht 56 hat eine Stärke von etwa 12 Millimeter und ist ihrerseits durch eine Schutzschicht 60 abgedeckt.
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Die Schutzschicht 60 besteht aus Polyurethan und weist eine Stärke von circa 3 Millimeter auf.
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Die vorbeschriebene Schichtenfolge ist identisch für die Vorderwand 18, die Bodenwand 14, die Hinterwand 20 sowie die linke Seitenwand 22 und die rechte Seitenwand 24.
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5 veranschaulicht weiterhin zusätzlich zur vorbeschriebenen Schichtenfolge die im Abstand von der vorderen Stahlwand 48 angeordnete vordere ballistische Schutzplatte 32. Der Zwischenraum zwischen der vorderen Stahlplatte 48 und der vorderen ballistischen Schutzplatte 32 ist, wie in den 5 und 6 dargestellt, durch Füllkörper 62 ausgefüllt. Entsprechend befinden sich Füllkörper 62 zwischen den ballistischen Schutzplatten 28, 30, 32 und 34 sowie den zugeordneten Stahlwänden 48, 50, 52.
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Zusätzlich zu den Füllkörpern 62 befinden sich im Inneren des Kraftstofftanks eine Vielzahl von Füllkörpern 64. Die Füllkörper 62 und 64 sind vorzugsweise aus Rippenstreckmetall mit einer Stärke von 0,7 Millimeter hergestellt. Besonders zweckmäßig ist die Anordnung, wenn die Füllkörper 62, 64 aus Wickeln bestehen, die in unterschiedlichen Größen vorgesehen sind und in einem Edelstahlgestrick beziehungsweise Netz eingeschrumpft sind. Die Füllkörper 62, 64 füllen für die angestrebte Unterdrückung einer Explosion das gesamte Volumen des Kraftstofftanks 12 aus. Dabei ergibt sich ein Volumenverlust des Inhalts des Kraftstofftanks 12 von etwa 2 bis 3 Prozent. Neben der Unterdrückung der Explosion erfüllen die Füllkörper 62, 64 einen zusätzlichen Effekt bezüglich der Minimierung der Schwallwirkung bei Fahrzeugbewegungen.
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Die Füllkörper 62, 64 können insbesondere als Zylinder oder Matte ausgestaltet sein. Dadurch, dass die Füllkörper 62, 64 vorgesehen sind, erfolgt nach einer Penetration der Außenschicht durch ein Projektil eine besonders wirksame Entschleunigung de Projektils. Die durch die kinetische Energie erzeugte hydrodynamische Welles des Kraftstoffs wird dabei durch die Füllkörper 62, 64 unabhängig davon, ob diese als Wickel oder Matte ausgebildet sind, erheblich reduziert.
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In dem in 6 gezeigten Querschnitt parallel zu den Seitenwänden des Kraftstofftanks 12 erkennt man die im Innenraum des Kraftstofftanks 12 verteilten Füllkörper 62, 64. Nach dem Befüllen des Kraftstofftanks 12 sind diese ganz von Kraftstoff umgeben und reduzieren das Volumen des Innenraums des Kraftstofftanks 12 nur um wenige Prozent.