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Elastisch beweglicher Behälter.
Nach dem Stammpatent Nr. 148022 ist der Erfindungsgegenstand ein elastisch beweglicher Behälter aus zwei gleich grossen abgestumpften Pyramiden von beliebiger Seitenzahl, die an ihrem divergierenden Ende entweder unmittelbar oder mittelbar-durch ein zwischengesetztes prismatisches Mittelstück von beliebiger Höhe-zu einem Hohlkörper geschlossen und an ihren schrägen Kanten zu radial nach der Mitte verlaufenden räumlichen Gelenken ausgestaltet sind, deren dreidimensionale elastische Bewegungen diejenigen Widerstände aufheben, welche sonst die Ursache von Ringspannungen in der Behälterwandung sein würden.
Da in diesem Zusammenhange die ebene Platte als Grenzfall des Pyramidenstumpfes angesehen werden kann, so treten die gleichen Vorgänge auch bei einem prismatischen Hohlkörper von beliebiger Seitenzahl und Höhe mit zwei ebenen parallelen Grundflächen ein, der in analoger Weise von den Ecken nach der Mitte zu durch Raumgelenke von der gleichen Eigenart wie die Raumgelenke der zu einem Hohlkörper vereinigten beiden Pyramidenstumpfe in ein bewegliches System umgewandelt ist, in welchem keinerlei Ringspannungen entstehen.
In einem geschlossenen Raumsystem dieser Art sind die bewegten Fläehenteile durch Federgelenke miteinander verbunden, welche selbst einen Teil der Wandung darstellen und mit den übrigen Teilen derselben ein einheitliches Ganzes bilden. Der theoretische Bewegungsvorgang bleibt grundsätzlich unberührt von der Art der Gelenkverbindungen zwischen den bewegten Flächenteilen und es können insbesondere zur einfachen zeichnerischen Darstellung desselben die Federgelenke durch scharnierartige Verbindungen in den gemeinsamen Schnittkanten der bewegten Flächenteile ersetzt werden, um welche diese letzteren ihre gegenseitigen Drehbewegungen ausführen. Die Annahme derartiger Gelenkverbindungen ermöglicht eine beliebige Querschnittsform der Raumgelenke, welche bei geometrischer Verformung des Behälters unabhängig von seiner Öffnung sein kann.
Bei der wirklichen Ausführung des Behälters mit Federgelenken ist die Querschnittsform der Raumgelenke gegen- über der Behälteröffnung jedoch durch das notwendige Gleichmass der elastischen Verformung bedingt und die Querschnittsform der Raumgelenke somit von der gegebenen Öffnung des Behälters abhängig, wenn zur Erzielung eines grossen Hubes die federnde Behälterwandung gleichmässig in Anspruch genommen werden soll.
Zur Sicherung einer gleichmässigen Inanspruchnahme ist deshalb beim Erfindungsgegenstand, der einen elastisch beweglichen Behälter mit einer in seiner Bewegungsrichtung beliebigen veränderlichen Höhe und einer senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung beliebigen eckigen Querschnittsform darstellt, entsprechend dem Stammpatent die federnde Behälterwandung in Übereinstimmung mit der Seitenzahl dieser Querschnittsform zu radial von den Ecken nach der Mitte verlaufenden räumlichen Gelenken ausgestaltet, welche bei eintretender Belastung des Behälters mit den übrigen Teilen der Behälterwandung gemeinsam in zwei ebene, senkrecht zur Bewegungsrichtung stehende Scheiben übergeführt werden können, so dass der schädliche Raum sich auf ein Minimum beschränken lässt mit dem Grenzwerte gleich Null.
Nachdem für den Grenzfall die Raumgelenke mit den übrigen Teilen der Behälterwandung zwei ebene, senkrecht zur Bewegungsrichtung stehende Scheiben bilden, so kann bei Umkehrung des
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Bewegungsvorganges der Behälter im spannungslosen Zustande von prismatischer Gestalt und beliebiger Höhe sein mit zwei ebenen, senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung stehenden Scheiben als Grund- flächen, welche bei eintretender Belastung in die gleiche räumliche Form übergehen, wie sie ein Behälter vom selben Querschnitt und derselben Öffnung im spannungslosen Zustande vor Beginn seiner elastischen Bewegung besitzt.
Infolge der durch die Raumgelenke bedingten Formgebung des Behälters führen bei eintretender Belastung die einzelnen Flächenteile der Wandung gegenseitige Drehbewegungen senkrecht zu ihrer Oberfläche aus, welche-unbehindert von Ringspannungen innerhalb der Wandung-eine volle Ausnutzung der zulässigen Biegungsbeanspruchung ermöglichen.
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bei elastischer Verformung-mit diesen übereinstimmend die gleichen Bewegungen ausführen, so dass infolgedessen die Widerstände der Bewegung nur von der Wandstärke des Behälters abhängig sind.
Dabei ist jedoch auf die innere Gliederung des räumlichen Gebildes die notwendige Rücksicht genommen, damit alle bewegten Flächenteile unter gleichmässiger Inanspruchnahme ihrer elastischen Federung denjenigen Anteil an der elastischen Bewegung des gesamten Systems übernehmen können, der ihnen bei geometrischer Veränderung desselben zukommen würde.
Zum Unterschiede von den Figuren des Stammpatentes, in welchen die Raumgelenke in einfachster Gliederung und mit beliebiger Querschnittsform gegenüber der Behälteröffnung lediglieh zur Erläuterung des theoretischen Bewegungsvorganges dargestellt sind, ist den vorliegenden Abbildungen die innere Gliederung des Systems unter Rücksichtnahme auf die elastische Verformung erfolgt, so dass die notwendige Bewegungsmöglichkeit der Raumgelenke im gleichen Ausmasse gesichert ist, wie beim übrigen Teil der federnden Behälterwandung.
In den vorliegenden Figuren ist also der Erfindungsgegenstand durch Ausführungsbeispiele veranschaulicht, u. zw. zeigt Fig. 1 a eine Variante des Behälters gemäss Fig. 2 a und 2 b des Stamm-
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des Behälters gemäss Fig. 2 a und 2 b des Stammpatentes unter Rücksichtnahme auf die elastische Verformung, Fig. 4 a eine dritte Variante des Behälters gemäss Fig. 2 a und 2 b des Stammpatentes für elektromagnetischen Antrieb, Fig. 4 b einen Querschnitt zur Fig. 4 a, Fig. 5 eine vierte Variante des Behälters gemäss Fig. 2 a und 2 b des Stammpatentes bzw. Fig. 4 a der anliegenden Zeichnung, ohne Antriebsvorriehtung und Fig. 6 ein Schaubild zur Darstellung des Zusammenhanges der Raumgelenke beim Behälter gemäss Fig. 5 mit den übrigen Flächenteilen der Behälterwandung.
In Fig. 1 a und den zugehörigen Schnitten 1 b, 2 a und 2 b ist unter Rücksichtnahme auf die elastische Verformung und die daraus zwangläufig sich ergebende besondere Gestaltung der Raum-
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beispielsweise ein Raumgelenk G von der Breite 2 c gehört und im übrigen gegenüber dem System nach Fig. 2 b des Stammpatentes die Systemlinien J-J als räumliche Drehkanten verschwinden, wenn die beiden Hälften des Behälters im geschlossenen Zustande in zwei ebene Scheiben senkrecht zur Bewegungsrichtung übergehen sollen. Gegenüber der in voll ausgezogenen Linien dargestellten Form mit den ausspringenden Ecken K kann der Behälter alternativ auch die punktierte Form mit den einspringenden Ecken (It) erhalten.
Die räumliche Gestaltung im einzelnen erfolgt entsprechend den Schnitten Fig. 1 b, 2 a und 2 b unter dem Gesichtspunkt, dass infolge der elastischen Bewegung beide Hälften der Wandung sich zu ebenen Scheiben strecken können, die ungeachtet ihrer Elastizität und Wandstärke in der Endstellung ohne Spielraum aufeinander schliessen. In Wirklichkeit braucht das Ausmass der Bewegung aber beispielsweise nur so gross zu sein, dass die ursprüngliche Öffnung H sich unter Ausnutzung der Elastizität auf eine Öffnung H'vermindert, welche grösser ist als Null.
Durch Umkehrung des Bewegungsvorganges kann die Anordnung aber auch so getroffen sein, dass die Behälterwandung im spannungslosen Zustande aus zwei ebenen Scheiben senkrecht zur Bewegungsrichtung besteht, welche bei eintretender Zugbelastung in die gleiche räumliche Form gemäss Fig. 1 b, 2 a und 2 b übergehen, wie sie ein Behälter vom selben Querschnitt und derselben Öffnung im spannungslosen Zustande vor Beginn seiner elastischen Bewegung besitzt.
Für den besonderen Fall, dass die Bewegung des Behälters sich innerhalb zweier Öffnungen vollzieht, welche grösser sind als Null, ist das angestrebte Gleichmass der elastischen Verformung stets vorhanden, wenn unter Annahme einer unbeschränkten Elastizität und bei Vergrösserung der Bewegung in der einen oder andern Richtung sieh die Wandung in zwei ebene Scheiben senkrecht zur Bewegungsriehtung überführen lässt.
In Fig. 3 ist eine verbesserte Form der Ausführung nach Fig. 1 a dargestellt, welche sich von dieser durch die radialen Flächenstreifen 1 von der Breite b unterscheidet und insbesondere dann in Frage kommt, wenn neben einem inneren Überdruck, der eine Verstärkung der Flächenteile D durch aufgelegte Platten erforderlich macht, auch ein äusserer Überdruck vorhanden ist und die Raumgelenke G alsdann in den Flächen 1 durch aufgelegte Platten gegen Einknicken gesichert werden müssen.
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Analog wie bei Fig. 1 ergibt sieh nach dem Bewegungsgesetz die punktiert eingezeichnete Alternative mit den einspringenden Ecken (K). Die Fläehenstreifen I können ebenso wie die Flächen- teile D zwischen den Raumgelenken G je nach Bedarf rechteckig oder trapezförmig sein.
Fig. 4 zeigt die Fläehenaufteilung eines Raumgelenkes G, die aus Fig. 3 durch Einschnürung des Flächenstreifens 1 auf den Knotenpunkt X hervorgegangen ist und in dieser Gliederung insbesondere der angestrebten Verformung des Querschnittes J-J gemäss Fig. 2 b entspricht, wenn sich die Punkte J desselben um die Strecke A nach J'verschieben. In der hier beschriebenen Weise wäre eine beliebig weitgehende theoretische Unterteilung der Behälterwand möglich, jedoch kann wegen der ohnehin erforderlichen Ausrundungen zu einer stetig gekrümmten Fläche in der Regel davon abgesehen werden.
Die schrägen Seitenflächen D dienen der Behälterwandung als Stützpunkte gegen den inneren Überdruck. Sie sind ebenso wie die Mittelstücke innerhalb der Punkte L durch aufgelegte Platten verstärkt oder gleichbedeutend damit durch eingepresste Rippen auf die Länge f hinreichend biegungs- fest ausgebildet. Ihr Antrieb erfolgt entweder auf mechanischem Wege durch ein starr mit ihnen verbundenes Tragsystem biegungsfester Gelenkstäbe, wie es in Fig. 2 a und 2 b der Stammanmeldung dargestellt ist, oder auf elektromagnetischem Wege, wie an dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 a und 4 b gezeigt, so dass in diesem Falle die verstärkten Flächenteile D zwischen den Raumgelenken G durch unmittelbare Einwirkung der bewegenden Kräfte ihren Antrieb erhalten.
Der die Behälterwandung entlastende elektromagnetische Antrieb lässt sich in anschaulicher Form mit dem Antrieb eines Behälters durch einen allseitig wirkenden äusseren Flüssigkeitsdruck vergleichen, bei welchem dem gleichmässig verteilten inneren Flüssigkeitsdruck ein gleichmässig verteilter äusserer Flüssigkeitsdruck entgegenwirkt, der sich vom inneren Flüssigkeitsdruck nur durch den Widerstand der elastischen Bewegung unterscheidet, so dass die Wandung vom Flüssigkeitsdruck überhaupt entlastet ist.
Der elektromagnetische Antrieb stellt eine weitgehende Annäherung an diese Lösung dar, indem durch Verteilung der Elektromagneten bzw. der bewegenden Kräfte über die ganze Behälterwandung eine Entlastung derselben, insbesondere in den Flächenteilen D erzielt wird, wo die aus dem inneren Überdruck sich ergebende Belastung unmittelbar durch die Elektromagneten aufgenommen wird.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 a und 4 b zeigt einen Behälter mit fünf Elektromagneten auf der einen Hälfte der Behälterwandung in Gestalt der an sich bekannten Glockenmagnete, welche zwischen den ungleichnamigen Polen der Glocken g die Stromspulen i tragen und zweckdienlich so in den Stromkreis eingeschaltet werden, dass alle zentralen Pole innerhalb der Spulen i bzw. alle ringförmigen Pole ausserhalb der Spulen i gleichnamig sind und infolgedessen die von den ringförmigen Polen ausgehenden Kraftlinien für die magnetische Kraftwirkung soweit wie möglich nutzbar gemacht werden.
Gemäss der Darstellung in Fig. 4 a und 4 b wird nun der Behälter gegen den inneren Überdruck in der Weise entlastet und sein Antrieb auf elektromagnetischem Wege dadurch bewirkt, dass die eine Hälfte der Behälterwandung durch Glocken < /und Stromspulen t in fester Verbindung mit den aufgelegten Verstärkungen in der Mitte der Wandung und zwischen den Raumgelenken C. als Elektromagnet, die andere Hälfte der Wandung durch entsprechende Verstärkungen als zugehöriger Anker ausgebildet ist.
In Fig. 5 ist ein elastisch beweglicher Behälter dargestellt, der sich von dem Behälter gemäss Fig. 4 a nur durch den Fortfall der Flächenteile D unterscheidet, so dass die Raumgelenke S in den Kanten J-L zusammenstossen. Zwischen den Behältern gemäss Fig. 4 a und 5 besteht jedoch kein grundsätzlicher Unterschied, denn es ist für die Wirkungsweise derselben ohne Belang, ob die Verbindungen J-L gemäss Fig. 4 a aus konstruktiven Gründen als bewegte Flächenteile ausgestaltet sind oder gemäss Fig. 5 als Systemkanten ihre Funktion erfüllen.
Dies zeigt am besten die perspektivische Darstellung der Fig. 6, in welcher die Raumgelenke nach Lösung aller sonstigen Verbindungen lediglich noch in den Punkten J mit dem übrigen System des Behälters zusammenhängen und bei jeder Veränderung des letzteren eine zwangläufige Bewegung erfahren, die unabhängig ist von der Form, in welcher die Punkte J und L miteinander verbunden sind.
Im übrigen besteht aber auch ein grundsätzlicher Zusammenhang zwischen dem System der Fig. 1 bzw. 3 und dem System der Fig. 4 bzw. 5, u. zw. dergestalt, dass mit dem Abstand der Punkte K von der Schnittlinie J-J die Dreiecksform der äusseren Raumgelenkshälften J-K-J in Fig. 1, bzw. J-K-K-J in Fig. 3, sich in die Trapezform J-K-K-J der Fig. 4 bzw. 5 verändert, wobei die Punkte K-K in der Trapezform um so näher zusammenliegen, je grösser der Abstand der Punkte K von der Schnittlinie J-J ist, so dass für einen bestimmten Grenzwert dieses Abstandes die beiden Punkte K-K in eine Spitze gemäss Fig. 1 zusammenfallen.
Eine willkürlich Formgebung der äusseren Raumgelenkshälften, beispielsweise durch den Linienzug J-y-y-J in Fig. 5, ist infolgedessen nicht möglich, da zum Abstande der Punkte y von der Schnittlinie J-J eine ganz bestimmte Länge y-y gehört, welche gemäss der Darstellung in Fig. 5 grösser sein muss als die Länge der Kanten Das System nach Fig. 4 bzw. 5 hat bei gleichem Hub 2 H gegenüber dem System nach Fig. 1 bzw. 3 einen erheblich kleineren Durchmesser, so dass infolgedessen seine Anwendung hauptsächlich in Frage kommt, bis auf die besonderen Fälle mit abwechselnd gleich grossen inneren und äusseren Überdrucken, gegen welche das System nach Fig. 3 beiderseits gegen Knicken gesichert ist.