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Schwimmer mit veränderlicher Schwimmfähigkeit Die Erfindung bezieht
sich auf .einen Schwimmer mit veränderlicher Schwimmfähigkeit, der eine starre Umhüllung
aufweist, deren Innenraum ein auftriebsverleihendes, unter einem vorbestimmten Druck
gehaltenes Gas enthält Und so eingerichtet ist, daß er mit dem Meer über eine Öffnung
in Verbindung steht, die sich an dem tiefsten Punkt des Innenraums befindet und
die durch ein in Wasser schwimmendes Ventil gesteuert wird.
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Bei derartigen Schwimmern geschieht das Eindringen des Meerwassers
in den Innenraum der Umhüllung auf Kosten des Füllmediums, dessen Druck sich unter
dem Zwang der Verminderung seines Volumens vergrößert, wobei das Eindringen sein
Ende findet, sobald der innere Druck gleich dem äußeren Druck wird. Eine derartige
Druckverteilung muß jedoch erreicht werden, wenn man die Boje leicht bauen will.
Umgekehrt wird beim Auftauchen des Schwimmers und der damit verbundenen Abnahme
des äußeren Druckes das eingedrungene Meerwasser unter der Wirkung des inneren Druckes
aus der Umhüllung verdrängt. Dis Schwimmfähigkeit dieser Art von Schwimmern ändert
sich also mit dem durch das Medium eingenommenen Volumen entsprechend einem umkehrbaren
Vorgang als Funktion der Tiefe.
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Es sind Schwimmer bekannt, bei denen der Innenraum der Umhüllung mit
einem Gas ausgefüllt ist. Dabei ist es wichtig, daß die Gasfüllung in der Umhülluug
verbleibt, wenn der äußere Druck infolge des Auftauchens des Schwimmers abnimmt.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, im Innenraum der Umhüllung eine Membran anzuordnen,
die verhindert, daß das Meerwasser mit dem Füllmedium in Berührung kommt oder das
Füllmedium entweichen kann.
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Es sind außerdem Schwimmer mit veränderlicher Schwimmfähigkeit beschrieben
worden, die keine Membranen aufweisen und bei denen der Innenraum der Umhüllung
mit denn Meer über eine Öffnung in Verbindung steht, die sich an dem tiefsten Punkt
des Innenraumes befindet und die durch ein in Wasser schwimmendes Ventil gesteuert
wird. Bei den vorhandenen Ausführungsformen des letztgenannten Schwimmertyps erfolgt
das vorherige Füllen allein mit komprimiertem Gas, wobei gewisse Nachteile anfire=
ten. Vor allem kann in größeren Tiefen der von dem Gas eingenommene Raum so weit
vermindert werden, daß die Schwimmfähigkeit auf Null zurückgeht oder sogar einen
negativen Wert annimmt, so daß die Gefahr des Auslaufens und des Verlustes des Schwimmers
besteht. Weiterhin hat das Gas die Tendenz, sich insbesondere bei großen Drücken
bei Berührung mit dem Wasser aufzulösen und allmählich zu entweichen. Außerdem ist
die Dichtigkeit des Ventils schwierig zu verwirklichen, wenn der Innenraum vollständig
mit Gas gefüllt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese verschiedenen Nachteile
zu beseitigen.
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Sie besteht darin, daß zwischen dem Gas und der Öffnung eine Flüssigkeit
geringerer Wichte als Wasser eingefüllt ist, in welcher das Ventil einen Abtrieb
aufweist.
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Es ist zwar bekannt, einen Bojenkörper mit einer Flüssigkeit geringerer
Wichte als Wasser als einzigem Auftriebsmedium zu füllen und auf diese Flüssigkeit
über Ventile den Außendruck wirken zu lassen, jedoch dient diese Vorrichtung dem
gleichen Zweck wie die lediglich mit Gas gefüllte Boje nur für sehr große Meerestiefen.
Auch bei dieser Boje soll durch Kompression, diesmal der Flüssigkeit, der Druckausgleich
zum umgebenden Wasser hergestellt werden. Gemäß der Erfindung wird jedoch die Flüssigkeit
nicht derart, sondern als Trennschicht zwischen Gas und Wasser benutzt, was eine
Lösung des Gases in Seewasser verhindert. Außerdem wird für die Schwimmerventile
in vorteilhafter Weise von der Dichtedifferent zwischen Gas und Wasser Gebrauch
gemacht, indem die Ventile nur in Wasser Auftrieb haben, so daß eine klare Verschlußstellung
mit Flüssigkeitsabdichtung definiert ist. Gleichzeitig kann die auch bei der bekannten
Einrichtung immer vorhandene
Auftriebswirkung der Flüssigkeitsfüllung
vorteilhaft benutzt werden, wenn das Gas soweit komprimiert ist, daß es keinen Auftrieb
mehr erzeugt.
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Dabei empfiehlt die Erfindung; die Flüssigkeitsmenge der Flüssigkeit
geringerer Wichte als Wasser derartig zu bemessen, daß der durch die Flüssigkeit
erzeugte Auftrieb auch bei vollständiger Kompression des Gases die Schwimmfähigkeit
des Schwimmers sicherstellt.
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Nach bevorzugter Ausführungsform weist dabei die Umhüllung die Form
eines Drehkörpers auf, mit einer bezüglich der Horizontalen senkrechten Achse, wobei
sich die Öffnung mit dem Ventil auf dieser Achse befindet.
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Zweckmäßig besteht das Ventil aus einem Kolben, der in einem bezüglich
der Horizontalen senkrechten Führungskäfig geführt ist, der an seinem oberen Teil
durch einen Deckel abgeschlossen ist, der die Aufwärtsbewegung des Kolbens begrenzt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen darstellender
Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g.1 einen teilweise aufgeschnittenenAufriß
eines erfindungsgemäßen Schwimmers, F i g. 2 und 3 teilweise aufgeschnittene Aufrisse,
welche diesen Schwimmer in zwei verschiedenen Zuständen zeigen.
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In F i g. 1 ist ein Schwimmer oder eine Boje mit veränderbarer Schwimmfähigkeit
dargestellt, der oder die im wesentlichen- aus einer starren Umhüllung nach Art
eines Druckbehälters besteht. Diese metallische Umhüllung ist aus einer zylindrischen
Röhre 1 und zwei angesetzten und festgeschweißten Deckeln 2 und 3 zusammengesetzt.
Der Deckel 2 enthält auf einer zentralen Öffnung 4 ein röhrenförmiges Teil 5 mit
einem Flansch 6, der so eingerichtet ist, daß er eine Verschlußplatte 7 aufnehmen
kann, die eine Befestigungseinrichtung 8 für ein Seil 9 trägt. In der Mitte der
Verschlußplatte 7 ist ein Ventilsitz 10 mit einer Dichtung 11 ausgebildet. Die Platte
7 trägt auf ihrer Innenfläche um den Sitz 10 herum ein röhrenförmiges Teil 12 mit
einem Flansch 13; das an seinem unteren Teil bei 14 durchbohrt ist.Auf dem Flansch
13 ist ein Kragen 15 angeordnet und befestigt, der an einem Käfig 16 angebracht
ist, welcher aus einer Röhre mit den Löchern 18 und 19 besteht, und welcher an seinem
oberen Teil durch einen Deckel 17
verschlossen ist. Ein Kolben oder Ventil
20, dessen spezifisches Gewicht geringer als dasjenige von Wasser ist, und dessen
eines Ende ein Profil aufweist, das demjenigen des Sitzes 10 entspricht,
kann frei im Käfig 16 verschoben werden.
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Außerhalb der Röhre 12 ist die Platte 7 mit einem Sicherheitsventil
22 mit einer entsprechenden Öffnung 21 versehen.
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In der Mitte des Deckels 3 ist ein Endteil 24 befestigt, das an einem
röhrenförmigen Teil 23 angebracht ist, und das ein Ventil 25 enthält, welches
durch einen aufgesehraubten Deckel 26 mechanisch geschützt ist.
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Zur Handhabung-- ist ein mit Hilfe einer Verstärkung 28 auf
den zylindrischen Teil 1 aufgeschraubter Ring 27 vorgesehen.
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Die auf diese Weise entstandene Boje ist teilweise mit einer Flüssigkeit
gefüllt, die leichter als Wasser ist, z. B. -mit einem durch 29 angedeuteten Leichtbenzin,
dann ist sie durch das Ventil 25 unter einem vorbestimmten Druck mit Luft oder Stickstoff
aufgeladen:' Das 'spezifische Gewicht des Kölberis 20 ist größer als dasjenige der
Flüssigkeit 29, so daß der Kolben auf seinem Sitz verbleibt, wenn kein Wasser im
Inneren des Behälters vorhanden ist. Beim fortschreitenden Eintäücheri behält die
3oje ihie Schwimmfähigkeit .bis zu derjenigen Tiefe bei, bei der der hydrostatische
Druck der Umgebung im Gleichgewicht mit dem Gasdruck steht. Wenn das Absenken fortgesetzt
wird; hebt das Wasser das schwimmende Ventil 20 an und gelangt in die Boje. Der
Druck der im oberen Teil des Behälters 1 eingeschlossenen Luft 30 bleibt im Gleichgewicht
mit dem hydrostatischen Druck, der entsprechend dem Absenken ansteigt. Das Gasvolumen
geht- entsprechend dem Gesetz von-Boyle-Mariotte zurück, wobei die Schwimmfähigkeit
der Boje bis zu einem Grenzwert abnimmt, bei dem das vom Gas eingenommene Volumen
praktisch auf . Null abfällt. Das Ventil, dessen spezifisches Gewicht kleiner als
dasjenige des Wassers ist, schwimmt oben in seiner Führungsröhre.
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Beim Aufsteigen entsteht der umgekehrte Vorgang, wobei das Gas 30,
wie auch die Flüssigkeit 29, ihren Raum wieder einnehmen und dabei das Wasser austreiben.
Wenn das Wasser aus dem Behälter entfernt ist, legt sich das Ventil, das nicht auf
der Flüssigkeit 29 schwimmen kann, wieder auf seinen Sitz. In diesemAugenblick hat
die Boje ihre maximale Schwimmfähigkeit wieder erreicht, wobei das Ventil durch
den Druck des eingeschlossenen Gases auf seinem .Sitz bleibt.
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Die F i g. 2 und 3 stellen zwei Zustände eines Schwimmers oder einer
Boje ähnlich derjenigen der F i g. 1 dar, wobei die Bezugszahlen der F i g. 1 mit
Indexstrichen wiederverwendet werden, um die analogen Elemente zu bezeichnen.
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Der Schwimmer enthält eine gewisse Flüssigkeitsmenge 29', deren spezifisches
Gewicht so gering wie möglich .ist (z. B. Leichtbenzin). Er wird dann durch das
Ventil 25' mit einem inerten Gas, z. B. mit Stickstoff, unter einem Druck gefüllt,
welcher der Tiefe entspricht, . bei der` die Schwimmfähigkeit abnehmen darf. Die
Flüssigkeitsmenge 29' wird so bestimmt, daß die Summe der Gewichte der leeren Boje
der obenerwähnten Flüssigkeitsmenge und der Wassermenge, welche den verbleibenden
Raum einnehmen kann, geringer als die Gewichte des verdrängten Wasservolumens beim
Eintauchen der Boje ist. Wie angegeben, sollen die Materialien, aus denen das schwimmende
Ventil 20' besteht, ein spezifisches Gewicht aufweisen, das zwischen demjenigen
des Wassers und demjenigen der leichten Flüssigkeit 29' liegt.
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Beim -fortschreitenden Eintauchen einer derartig hergestellten Boje,
wenn der hydrostatische Druck größer als der Gasdruck wird, dringt das Wasser ins
Innere der Boje (s. F i g. 3) entsprechend dem Eintauchen ein, wobei die Flüssigkeit
29' nach oben gedrückt wird und damit das Volumen des Gases 30' komprimiert. Da
die leichte Flüssigkeit 29' sehr wenig kompressibel ist, behält die Boje in jeder
Tiefe eine positive-Schwimmfähigkeit bei, obwohl das Gasvolumen entsprechend dem
Eintauchen abnimmt. Wenn die Boje wieder aufsteigt, nimmt das Gas seinen Raum entsprechend
der Entleerung des Wassers wieder ein. Das auf dem Wasser schwimmende Ventil 20'
gelangt wieder auf seinen Sitz, wenn das Wasser die Boje verlassen hat und hält
sowohl die Flüssigkeit 29' als auch das Gasvolumen 30' fest, das auf diese Weise
seinen Anfangsgasdruck beibehält.
Die auf diese Weise hergestellten
Bojen können vielfadhen aufeinanderfolgenden Eintauchungen (theoretisch eine unbegrenzte
Anzahl) unterworfen werden, wobei das Ventil die anfänglichen flüssigen oder gasförmigen
Mengen der auftriebserteilenden Stoffe vollständig festhält.
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Aus den F i g. 2 und 3 ergibt sich, daß die Gasmenge 30', von der
die Schwimmfähigkeit der Boje oder des Schwimmers abhängt, niemals in Berührung
mit dem Meerwasser kommt, und daß sie stets von diesem durch ein und dieselbe Flüssigkeitsmenge
29' getrennt ist, so daß Gasverluste durch Auflösen verhindert werden.
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Die Aufgabe des Ventils 20' besteht darin, Verluste der Flüssigkeit
29' zu verhindern, wobei es, da diese Flüssigkeit eine viel größere Viskosität als
das Gas 30' besitzt, leichter wird, die Dichtigkeit des Ventils zu gewährleisten
als bei einem Schwimmer in einem ausschließlich gasförmigen auftriebsverleihenden
Medium.