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Gegenstand: Druckbehälter Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckbehälter
mit einem starren Gehäuse und einer den Innenraum des Gehäuses gas- und flüssigkeitsdicht
in zwei Räume trennenden walkfähigen Trennwand, die membran- oder sackförmig ausgebildet
ist und in ihrer Randpartie mit Hilfe eines Haltegliedes befestigt ist, wobei das
Gehäuse eine im wesentlichen halbkugelförmige Bodenpartie aufweist, welche koaxial
zur unverformten Trennwand angeordnet ist und zentrisch einen Flüssigkeitsanschluß
besitzt, zu dessen Abdeckung ein mit der Trennwand verbundenes Schließglied dient.
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Bekanntlich wird die Lebensdauer einer membranförmigen Trennwand jeweils
dann verringert, wenn sich bei großen Druckverhältnissen zwischen Betriebsdruck
und Gasvorspannung große Walkbewegungen der Trennwand und dabei infolge eines undefinierten
Walkverhaltens scharfe Knicke ergeben. Es ist durch Versuche nachgewiesen worden,
daß diese Knicke im allgemeinen immer an den gleichen Stellen auftreten und der
Grund für Anrisse und nachfolgende Zerstörung der Trennwand sein können. Neben der
Verringerung der Lebensdauer tritt insbesondere bei der Verwendung des Druckbehälters
als Hydrospeicher ein weiterer Nachteil dadurch auf, daß sich bei undefiniert walkenden
Trennwänden leicht sogenannte " rfltaschen" oder " ölfester " bilden können. Jltaschen
entstehen,wenn sich die Trennwand in der Nähe des Flüssigkeitsanschlusses fr:iher
dichtend an die Innenwand des Gehäuses anlegt als an entfernteren Stellen. Ein bestimmtes
Flassigkeits-volumen wird dann eingeschlossen und steht nicht mehr für den eigentlichen
Verwendungszweck zur Verfügung. Im Falle eines Hydrospeichers,
bei
welchem die Trennwand einen Flüssigkeitsraum von einem mit einem vorgespannten Gas
gefüllten Gasraum trennt, bewirkt eine tasche eine Erhöhung der Gasvorspannung und
damit ebenfalls eine Änderung der Funktion. Als weiterer Nachteil undefiniert walkender
Trennwände ist zuweilen ein außenmittiges und manchmal auch schräges AuEs?tzen des
Schließgliedes beobachtet worden. Die Folge kann eine unvollständige Abdeckung des
Flüssigkeitsanschlusses oder ein Klemmen der Trennwand zwischen Schließglied und
Innenwand des Gehäuses sein. Man hat sich daher seit jeher bemüht,die Trennwand
so zu gestalten bzw. so mit speziellen Vorrichtungen zu versehen, daß sich ein definiertes,
scharfe Knicke vermeidendes Walkverhalten ergibt. Soistesbeispielsweise bekannt
geworden, die Trennwand mit einem am Gehäuse befestigten teleskopartigen Führungsglied
zu verbinden. Ähnliche Wirkungen erhoffte man sich von in der gleichen Weise angebrachten
Federn. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Trennwand mit einem Führungsstab
zu verbinden, welcher durch einen Anschluß im Gehäuse in ein gradlinig verlaufendes
Rohrstück entsprechender Länge eintauchte.
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Alle diese Vorschläge haben sich aber bislang in der Praxis aufgrund
der aufwendigen Anordnung und der erhöhten Kosten nicht durchsetzen können. Ohne
wesentlichen Erfolg waren bisher auch Bemühungen, ein definiertes Walkverhalten
durch eine bestimmte Formgebung der Trennwand zu erzielen. So hat man bereits vorgeschlagen,
die Wandstärke der Trennwand ausgehend von ihrem Einspannbereich in einer definierten
Weise zu verändern. Weiterhin ist Versucht worden, die gewünschte Funktion mit Hilfe
von senkrecht zur Trennwandachse liegenden Versteifungsrippen zu erzielen. Auch
diese Ausführungen haben aber bisher noch keinen Eingang in die Praxis finden können.
Schließlich ist es bekannt, eine Trennwand in wesentlichen als Mantel eines Kegelstumpfes
auszubilden. Diese an sich einfache und erfolgversprechende Methode ist bisher aber
nur für Gehäuse mit ebenfalls kegelstumpfförmigen Partien vorgeschlagen worden
Eine
Anwendung derart geformter Trennwände auf festigkeitsmäßig vorzuziehende kugelförmige
Gehause oder solche mit wenigstens halbkugeligen Partien ist mit Nachteilen verbunden.
enn der erzeugende Kegelwinkel, also der Winkel zwischen der Trennwandachse und
der erzeugenden Geraden zu groß wird, besteht die Gefahr, daß die Trennwand zu großen
Dehnungen und Kontraktionen unterliegt,und sich dadurch ihre Lehensdauer verringert.
Wird der erzeugende Kegelwinkel hingegen zu klein gewählt, besteht neben der Gefahr
durch Dehnungen auch noch die Gefahr von öltaschenbildung.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und
eine Trennwand zu schaffen, welche ein definiertes Walkverhalten besitzt, d.h.,
welche ohne Bildung scharfer Knicke und Falten walkt und welche eine vollkommene
Entleerung des Druckbehälters von Flüssigkeit ohne Bildung von öltaschen sowie ein
zentrisches Aufsetzen des Schließgliedes gestattet.
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Die Trennwand soll zudem ebenso einfach und billig herzustellen sein,
wie übliche Trennwände auch. Sie soll ihre Funktion ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen
erfüllen können und außerdem eine lange Lebensdauer auch bei dynamischem Betrieb
gewährleisten.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin-daß die Trennwand
von einer den äußeren Randbereich des Schließgliedes etwas überragenden Zone ausgehend
mindestens zwei verschieden geformte, im ungespannten Zustand in einer senkrecht
zur Achse der Trennwand gedachten Ebene aneinander anschließende Partien besitzt,
von welchen die dem Schlieglied zugewandte Partie in Form eines Kegelstumpfmantels
ausgebildet ist, dessen Durchmesser sich ausgehend von der Randzone des Schließgliedes
zum Einspannbereich der Trennwand hin vergrößert. Die an die Partien
in
Form eines Kegelstumpfmantels anschließende Partie kann eine sphärisch geformte
sein oder aber die Form eines Kegelstumpfmantels mit gegenüber dem ersten Kegelstumpfmantel
verkleinertem Kegelwinkel haben. Wie Versuche gezeigt haben, bleiben die Vorteile
einer rein kegelstumpfförmigen Trennwand erhalten. Beim übergang während des Walkens
von einer kegelstumpfförmigen Partie auf die nächste kegelstumpfförmige tritt zwar
zuweilen ein gewisses Schrägstellen ein, welches aber nach Durchfahren des Übergangsbereiches
wieder verschwindet.
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Beim Übergang von einer kegelstumpfförmigen auf eine sphärische Partie
tritt das Schrägstellen nicht auf. Es hat sich weiterhin durch Versuche gezeigt,
daß die Neigung zur bltaschenbildung geringer wird, wenn die dem Flüssigkeitsanschluß
zugewandte und die eigentliche Abdeckung bewirkende Begrenzungsfläche des Schließgliedes
etwas aus dem das Schließglied umgebenden Trennwandmaterial hervorragt. Damit ist
sichergestellt, daß das Schließglied eher seinen Sitz erreicht als irgendwelche
Teile der Trennwand. Unter der Voraussetzung, daß das Schließglied nicht hermetisch
abdichtet, können kleine Restmengen von Flassigkeit noch ausgestoßen werden. Ein
günstiges Walkverhalten wird weiterhin dadurch gefördert, daß die Trennwand im unverformten
Zustand eine vom Flüssigkeitsanschluß hergesehen konkav geformte Partie aufweist,
in welcher das Schließglied befestigt ist.
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Die Erfindung wird anhand von in Abbildungen dargestellten Aus führungsbeispielen
näher erläutert.
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Figur 1 zeigt einen als Hydrospeicher dienenden Druckbehälter, dessen
Trennwand zwei Partien in Form von Kegelstumpfmänteln aufweist.
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Figur 2 zeigt eine Trennwand, bei welcher die in Form eines Kegelstumpfmantels
ausgebildete Partie in eine sphärische Partie übergeht.
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Figur 3 zeigt eine Trennwand, welche vom Flüssigkeitsanschluß her
gesehen eine konkav geformte Partie aufweist, in welcher das Schließglied befestigt
ist.
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Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch einen Druckspeicher gemäß
der Erfindung längs seiner Achse. Ein Druckbehälter besteht aus zwei Gehäuseteilen
1 und 2, welche durch Elektronenstrahlschweißen oder ein ähnliches Verfahren miteinander
verbunden sind. Vor dem Verschweißen wird in das Gehäuseteil 1 eine walkfähige Trennwand
3 zusammen mit einem Ilalteglied 4 eingeführt.
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Die Trennwand 3 besitzt in ihrer Randzone einen nach innen gerichteten
umlaufenden Wulst 5, welcher in eine entsprechend geformte, nach außen gerichtete
Nut 6 innerhalb des Haltegliedes 4 eingreift. Der Außendurchmesser des Haltegliedes
4 ist geringfügig dicker als der Innendurchmesser des Gehäuseteils 1, so daß sich
beim Zusammenbau eine kraftschlüssige Verbindung ergibt. Das Innere des Druckbehälters
wird durch die Trennwand 3 in einen Gasraum 7 und einen Flüssigkeitsraum 8 gas-
und flüssigkeitsdicht unterteilt. Der Gasraum 7 kann über eine Gaseinfüllöffnung
9 mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt werden, worauf die Gaseinfüllöffnung
9 durch eine Gasfüllschraube 10 gasdicht verschließbar ist. Der Gaseinfüllöffnung
9 gegenüberliegend mündet ein Flüssigkeitsanschluß 11 im Gehäuseteil 1 in den Flüssigkeitsraum
8. Die Trennwand 3 besitzt zwei Partien 12 und 13 jeweils in Form eines Kegelstumpfmantels.
Die dem Halteglied 4 benachbarte Partie 12 besitzt einen Kegelwinkel oC , welcher
kleiner ist als der Kegelwinkel / der sich anschließenden Partie 13. Der Übergang
zwischen den Partien 12 und 13 erfolgt mit Hilfe eines Teiles einer Kreisringfläche,
so daß eine scharfe Kante vermieden wird. An die Partie 13 schließt sich eine im
wesentlichen senkrecht zur Achse des Druckbehälters verlaufende Partie 14 an, in
welcher ein Schließglied 15 befestigt ist, welches ein Herausquetschen des Trennwandmaterials
durch den Flüssigkeitsanschluß 11 bei entleertem Druckbehälter vermeiden soll.
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Unter der Voraussetzung, daß sich keine Flüssigkeit im Druckbehälter
befindet und der Gasraum 7 mit einem unter Druck stenenden Gas geladen sei, wird
sich die Trennwand 3 unter einer gewissen geringen Verformung an die Innenwand des
Gehäuseteils 1 anlegen. Wenn nunmehr durch den Flussigkeitsanschluß 11 Flüssigkeit
nöneren Druckes zugeführt wird, wird das Schließglied 15 vom Flüssigkeitsanschluß
11 abgehoben und Flüssigkeit kann unter Bildung eines Flüssigkeitsraumes 8 in den
Druckbehälter einströmen. Wie sich in Versuchen mit Plexiglas-Modellen gezeigt hat,
findet bei diesem Vorgang eine Parallelverschiebung des Schließgliedes 15 zusammen
mit der Partie 14 statt. Nach dem Einfüllen einer gewissen Flüssigkeitsmenge wird
die gesamte Partie 13 von der Innenwand des Gehäuseteils 1 abgehoben worden sein.
Es hat sich gezeigt, daß beim Ubergang der Walkbewegung von der Partie 13 auf die
Partie 12 zwar ein gewisses Schrägstellen des Schließgliedes 15 stattfinden kann,
dieses Schrägstellen jedoch sofort dann wieder aufhört, wenn die Walkbewegung vollständig
auf die Partie 12 übergegangen ist. In diesem Fall nimmt das Schließglied 14 wieder
eine zu seiner Ursprungslage parallele Lage ein. Es ergibt sich daher eine Funktion,
wie sie beispielsweise von Rollbälgen bekannt ist, d. h. die sich bildenden Falten
sind nicht scharf und haben die Tendenz, ihre Lage durch Abrollen zu verändern.
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Die Figur 2 zeigt eine Trennwand 3' mit einer leicht veränderten Formgebung.
Ausgehend von einen in der Randzone umlaufenden Wulst 5' erstreckt sich eine sphärisch
geformte Partie 16, welche in eine in Form eines Kegelstumpfmantels ausgebildete
Partie 17 übergent. An die Partie 17 schließt sich eine im wesentlichen senkrecht
zur Achse der Trennwand 3' verlaufende Partie 14', an welcher das Schließglied 15'
befestigt ist. Die äußere, senkrecht zur Achse der Trennwand 3' verlaufende Fläche
18 des Schließgliedes 15' ragt um ein gewisses Maß s aus dem Material der Partie
14' heraus.
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In Figur 3 besitzt eine Trennwand 3'' einen in der Randpartie umlaufenden
Wulst 14'', an den sich eine sphärisch geformte Partie 16' anschließt, welche in
eine in Form eines Kegelstumpfmantels ausgebildete Partie 17' übergeht. An die Partie
17' anschließend ist die Trennwand 3'' so ausgebildet, daß in der Ausgangsform eine
zum Innern der Trennwand 3'' hin gerichtete Einbuchtung 19 entsteht, welche von
einer senkrecht zur Achse der Trennwand 3' verlaufende Partie 14'' begrenzt wird.
In dieser Partie 14" ist ein Schließglied 15'' befestigt, dessen äußere Fläche 18'
aus dem umgebenen Material der Partie 14" herausragt. Der Vorteil dieser Ausführung
liegt darin, daß beim Füllen eines Druckbehälters mit Flüssigkeit das Schließglied
15'' von seinem Sitz abgehoben wird und bei einer weiteren Einwärtsbewegung sich
ausgehend von der mit 20 bezeichneten gekrümmten Fläche zwischen den Partien 14''
und 17' eine gleichmäßig abrollende Falte ergibt.
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Bei einer Entleerung des Druckbehälters werden sich die Partien 16'
und 17' sukzessive an die Innenwand des Druckbehälters anlegen. Erst bei nahezu
vollständig entleertem Druckbehälter wird die sich in der Einbuchtung 19 befindende
Flüssigkeit ausgestoßen, wodurch das Schließglied 15'' in Kontakt mit seinem Sitz
gelangt und unter Vermeidung von bltaschenbildung dennoch ein Herausquetschen des
Trennwandmaterials durch den Flüssigkeitsanschluß 11 vermeidet.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Es ist ohne weiteres möglich, auch mehr als zwei Partien in Form eines Kegelstumpfmantels
vorzusehen. Die dargestellte Form des Druckbehältergehäuses spielt in diesem Zusammenhang
keine Rolle und kann durch beliebige andere Formen ersetzt werden. Das gleiche gilt
für die Art der Befestigung
der Gehäusehälften. Neben Schweißverfahren
können selbstverständlich auch lösbare Befestigungsverfahren wie Verschraubungen
usw. benutzt werden. Schließlich können auch die Halteglieder durchaus anders gestaltet
sein, wobei insbesondere auch einstückig mit dem Gehäuseteil 2 ausgeführte Halteglieder
vorgesehen sein können. Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch auf blasen-
oder sackförmige Trennwände anwenden.