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Druckbehälter mit einer Blase Die Erfindung betrifft Druckbehälter,
insbesondere Druckspeicher, mit einem starren Gehäuse und einer am Gehäuse befestigten,
zwei Räume abteilenden Blase aus biegsamem und dehnbarem Werkstoff unterschiedlicher
Wandstärke, die in gefülltem, aber nicht gedehntem Zustand das Gehäuse lediglich
an der Befestigungsstelle berührt, deren Abstand vom Gehäuse in diesem Zustand von
der Befestigungsstelle ausgehend zunimmt und die sich bei Vergrößerung des von ihr
abgeteilten Raumes von ihrer Befestigungsstelle ausgehend fortschreitend an die
Behälterwand anlegt, ohne an dieser mit wesentlicher Reibung zu gleiten.
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Es ist bekannt, solche Behälter außer als Druckspeicher auch beispielsweise
als Druckübertrager zwischen den getrennt zu haltenden Druckmitteln zweier Kreise
zu verwenden, das Gehäuse z. B. zylindrisch mit halbkugelig auswärts gewölbten Böden
und die Blase in Form eines Kegelstumpfes auszubilden, ferner die Wandstärke der
Blase überall gleich groß zu machen oder von der Befestigungsstelle zum freien Ende
hin zunehmen zu lassen.
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Die Blase trennt zwei Druckmittel, zum Beispiel ein Gas und eine Flüssigkeit,
unter Druck voneinander. Durch die kegelige Form der Blase wird vermieden, daß beim
Entleeren des Speichers die Flüssigkeit zurückhaltende Taschen gebildet werden.
Wenn sich die Blase ausdehnt, so legen sich die Teile mit größerem Durchmesser zuerst
an die Wand des Speichers an, von dort fortschreitend die Teile mit kleinerem Durchmesser.
Diese Teile dehnen sich zunächst der Länge nach nur wenig aus. Das führt dazu, daß
schließlich die zunächst noch nicht anliegenden Abschnitte sehr stark in die Länge
gedehnt werden, bis der Speicher ganz entleert ist, und daß sie deshalb besonders
stark beansprucht sind. Auch können dabei die schon anliegenden Blasenteile in Mitleidenschaft
gezogen werden und unter Druck an den Wänden des Speichers entlang gleiten. Bei
diesen Blasenformen werden also die verhältnismäßig dünnen Teile in der Nähe des
größten Blasendurchmessers stark auf Abrieb beansprucht, während der Boden einer
großen Dehnung ausgesetzt ist, der er mit Rücksicht auf seine verhältnismäßig große
Dicke nur schlecht folgen kann. An beiden Stellen können daher Brüche der Blase
auftreten.
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Es ist auch bekannt, in einem kugeligen Behälter eine im wesentlichen
kugelige Blase zwischen einer Befestigungsstelle und dem größten Durchmesser des
Behälters ständig anliegen zu lassen, dort mit einem ; Ring zu verstärken und den
freien Teil der Blase von dem Ring aus bis zu ihrer beiderseitig mit Metallplatten
bedeckten Mitte mit abnehmender Wandstärke auszuführen. Die Blase kann dabei nicht
als Ganzes elastisch größer und kleiner werden, sondern ihre freie Hälfte wird um
den Verstärkungsring als Gelenkstelle ein- und auswärts gestülpt. Sie nimmt dabei
in Zwischenstellungen unkontrollierbare Lagen ein, so daß sich Falten und Stellen
stärkerer Reibung und Knickung bilden können.
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Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die
Wandstärke der Blase von der Befestigungsstelle ausgehend gegen das freie Blasenende
hin abnimmt.
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Diese Ausbildung der Wandstärke bewirkt, daß die Ausdehnung der Blase
anfänglich vorwiegend dort stattfindet, wo der größte Weg zurückzulegen ist, und
daß die Ausdehnung in radialer und axialer Richtuüg an anderen Stellen zunächst
klein bleibt. Dadurch wird verhindert, daß sich Abschnitte der Trennwand zu rasch
an die Behälterwand anlegen. Sie tun das erst, nachdem sich die Trennwand insgesamt
elastisch bis nahezu auf ihre größte Länge gedehnt hat, so daß die nach Anlegen
eines Teils der Blase an die Behälterwand noch frei gespannten Abschnitte nur noch
einen sehr kleinen Weg zurückzulegen haben.
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Die Blase läßt sich dann auch so ausbilden, daß ihr Ende, das der
Druckflüssigkeitsleitung zugekehrt ist, nach Art einer Membran die ankommenden Schwingungen
auffängt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Druckspeicher,
Fig. 2, 3 und 4 schematische Darstellungen der Wirkungsweise der Blase.
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Der Druckspeicher nach Fig. 1 weist ein Gehäuse 11 auf, das aus druck-
und biegefestem Werkstoff, wie zum Beispiel Stahl, Gußaluminium oder ähnlichem besteht
und hohen Druck aushalten kann. Das Gehäuse 11 hat eine Gasöffnung 12 und eine Flüssigkeitsöffnung
13. Beide Öffnungen liegen einander gegenüber. Das Gehäuse 11 ist zylindrisch geformt
mit halbkugeligen Enden und enthält eine zusammendrückbare und dehnbare Blase 14.
Diese Blase besteht- aus elastischem Werkstoff, wie zum Beispiel Gummi oder einem
Kunststoff mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften, und ist in nicht zusammengedrücktem,
aber auch nicht wesentlich gedehntem Zustand kleiner als die Höhlung des Gehäuses
11. Ihre Längsachse fluchtet mit der Achse der Öffnungen 12 und 13.
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Die Blase ist ihrer Länge nach im wesentlichen kegelig; die Dicke
der Blasenwand nimmt gleichmäßig von der Befestigungsstelle der Blase, die in der
Zeichnung oben liegt, zum entgegengesetzten Ende hin ab. Dieses Ende 16 ist flach
ausgebildet und in der Mitte wieder etwas dicker als die angrenzenden Wandteile
der Blase.
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Die Blase 14 ist in dem Gehäuse befestigt mit Hilfe eines Klemmstückes
21, das einen zylindrischen Schaft 22 aufweist und eine Platte mit einem seitlich
herausragenden Flansch an dessen einem Ende. Der Flansch ist als Ringnut 24 auf
seiner Oberseite 25 ausgebildet; diese greift über einen an der Öffnung der Blase
14 ausgebildeten Verstärkungsring 26. Die Blase wird bei dieser Ausführungsform
sicher an ihrer Stelle gehalten mit Hilfe einer Mutter 28, die auf das herausragende
und mit einem Gewinde versehene Ende des Klemmstäckes 21 aufgeschraubt ist. Eine
Ringschulter 29; die an dem Schaft 22 angebracht ist und sich gegen den Rand der
Öffnung 12 des Gehäuses 11 legt, verhindert, daß der Verstärkungsring 26 durch zu
starkes Anziehender Mutter 28 abgequetscht wird.
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An der Flüssigkeitsöffnung 13 des Druckspeichers können verschiedenartige
Absperrglieder angeordnet werden. Das Ausführungsbeispiel weist einen Verschluß
31 auf, der ohne Beschädigung der Teile herausgenommen und wieder eingesetzt werden
kann. Dieser Verschluß besteht aus einem Gehäuse 32, das die Form eines Rohres und
am oberen Ende eine nach außen überragende Ringschulter 33 hat. Der Durchmesser
dieser Ringschulter ist kleiner als der Durchmesser der Flüssigkeitsöffnung
13. Ein Schließring 34, dessen äußerer Durchmesser größer als die Flüssigkeitsöffnung
13-ist und der zum Einführen in diese Öffnung verformt werden kann, umgibt das Gehäuse
32 und legt sich gegen den Rand 35 der öffnung 13: Der innere Durchmesser des Schließringes
34 ist kleiner als der äußere Durchmesser der Ringschulter 33, so daß sich
diese Ringschulter auf dem Schließring abstützt.
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Um das Gehäuse 32 herum liegt, zugleich den noch freien Außenraum
der Öffnung 13 ausfüllend, eine Gummidichtung 36. Sie verhindert wirksam jede Undichtigkeit
zwischen dem Rand der Öffnung 13 und der Außenfläche des Gehäuses 32, wenn eine
Mutter 37 auf den äußeren mit einem Gewinde versehenen Teil 38 des Gehäuses 32 aufgeschraubt
und angezogen wird.
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In dem Gehäuse 32 befindet sich ein Ventil mit einem Ventilkopf 41,
dem die abgeschrägte innere Mündung 42 des Gehäuses 32 als Sitz zugeordnet ist.
Ein an den Ventilkopf anschließender Schaft 43 gleitet in eine Lagerbohrung 44,
die in einer Scheibe 46 angebracht ist. Diese Scheibe sitzt in der Bohrung des Gehäuses
32 und hat eine Anzahl von öffnungen 48, welche die Flüssigkeit durchtreten lassen:
Der Ventilkopf 41 wird gewöhnlich in seiner öffnungsstellung gehalten mit Hilfe
einer Schraubenfeder 49; die den Schaft 43 zwischen dem Ventilkopf 41 und der Scheibe
46 umgibt. Aufbau und Wirkungsweise dieses Verschlusses ist kein Teil dieser Erfindung
und wird deshalb nicht weiter beschrieben.
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Bei der dargestellten Ausführungsform der Blase und des Behälters
nimmt die Entfernung der wie in Fig. 1 teilweise ausgedehnten Blase von der Innenfläche
des Gehäuses 11 gleichmäßig vom befestigten Ende der Blase zu ihrem freien Ende
hin zu. Größe, Form und elastische Eigenschaften der Blase sind so gewählt, daß
sich die Blase beim weiteren Ausdehnen aus dem gezeigten Zustand, in dem sie gefüllt,
aber noch nicht gestreckt ist, in Richtung auf ihr freies Ende hin fortschreitend
gegen die Innenfläche des Gehäuses 11 legt.
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Wenn der Druckspeicher mit Gas und Flüssigkeit unter Druck gefüllt
ist und durch ein (nicht dargestelltes) Ventil der Auslaß für die Flüssigkeit geöffnet
wird, so dehnt sich die Blase 14 aus und drückt Flüssigkeit aus der Öffnung 13.
Dabei werden keine Flüssigkeitstaschen zwischen der Blase und der festen Wand des
Gehäuses gebildet, da sich die Blase 14 gleichmäßig fortschreitend gegen
die Wand legt. Infolgedessen wird so gut wie alle Flüssigkeit aus dem Behälter 11
durch die Öffnung 13 hinausgedrückt.
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Ist die Blase 14 gefüllt, aber noch nicht ausgedehnt, so wirkt der
flache Boden 16 wie eine Meinbran und fängt aus der Flüssigkeitsleitung kommende
Schwingungen auf, so daß jede Beanspruchung der Seitenwände verhindert wird.
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Hat sich die Blase 14 genügend ausgedehnt, um den Ventilkopf 41 zu
berühren, so legt sie sich dank der flachen Ausbildung ihres Bodens mit einer verhältnismäßig
großen Fläche auf diesen Ventilkopf. Dadurch werden örtliche Spannungen vermieden;
die Verstärkung des Blasenbodens erlaubt es, eine Abnützung während dieser Berührung
in zulässigen Grenzen zu halten.
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Wenn sich die Blase 14 ausdehnt, um Flüssigkeit aus dem Gehäuse herauszudrücken,
nehmen ihre Länge und ihr Durchmesser zu. Da die Dicke ihrer Wand gleichmäßig vom
oberen Ende zum unteren Ende hin abnimmt, nimmt jeder der aufeinanderfolgenden Teile
der Seitenwände der Blase mehr an Länge zu als der darüberhegende Teil. Dieser Zustand
ist in Fig. 2 dargestellt.
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Wenn die Blase 14 nahezu völlig ausgedehnt ist, nimmt sie eine Form
nach Fig. 3 an. Der Teil d der Blase berührt dabei den Behälter an einer Stelle
d
nahe seinem unteren Ende.
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Wird die Blase 14 noch weiter, aber noch nicht aufs äußerste ausgeweitet,
so braucht sich der Teil e nur noch um eine verhältnismäßig kurze Strecke auszudehnen,
um
das untere Ende des Behälters zu erreichen (vgl. Fig. 4). Dabei legt sich der mittlere
oder flache Teil der Blase 14 gegen den Ventilkopf 41. Nun ist nur noch eine kleine
zusätzliche Ausdehnung der Blase 14 nötig, um den Ventilkopf auf seinen Sitz zu
drücken und die Öffnung 13 zu schließen.
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Mit der beschriebenen Form der Blase 14, bei der die Dicke der Wand
gleichmäßig abnimmt, kommt keine besondere Beanspruchung auf den Teil e der Blase;
das ist aber im Gegensatz dazu dort der Fall, wo die Wand überall gleich dick oder
gleichmäßig zum Ende hin zunehmend ausgebildet ist. Dort würde sich die Blase zunächst
ohne wesentliche Längsdehnung nur etwa bis zu dem Punkt d an dem Gehäuse
anlegen und dann noch beträchtlich ausgespannt werden, bis sie den Punkt e' erreicht.
Der zuletzt beanspruchte Teil der Blase käme dabei in Gefahr zu zerreißen.