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Druckmittelbehälter mit einem Speicherraum und einem Speicherfederraum
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckmittelbehälter, insbesondere Druckspeicher,
mit einem Speicherraum und einem Speicherfederraum, die durch eine bewegliche, insbesondere
biegsame Trennwand voneinander getrennt und durch je eine Leitung mit einem
vom Druck eines der Räume beeinflußten Steuerelement verbunden sind.
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Bei derartigen Druckmittelbehältern ist es zweckmäßig, den Speicherfederraum
mit Druckgas zu füllen, doch kann die Trennwand auch unter Federdruck stehen. Im
Speicherraum wird gewöhnlich Druckflüssigkeit verwendet, und an diesen Raum wird
ein Arbeitskreis angeschlossen, der von der Druckflüssigkeit zu betreibende Verbraucher
enthält.
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Wird Druckmittel in den Speicherraum eingepreßt, so kann es vorkommen,
daß die Trennwand bis zur äußersten zulässigen Grenze zurückweicht. Bis zu diesem
Zeitpunkt hin sind die Drücke auf beiden Seiten der Trennwand gleich, so daß diese
und etwa an ihr angebrachte Dichtungen keinen Druckunterschieden ausgesetzt sind.
Wird noch weiter Druckmittel eingepreßt, so überwiegt der Druck im Speicherraum
immer mehr, und die Trennwand oder zugehörige Dichtungen können von dem Druckunterschied
beschädigt werden. Eine entsprechende Gefahr besteht, wenn der Speicherraum völlig
geleert wird und der restliche Druck des Speicherfederraums einen überdruck auf
die Trennwand und gegebenenfalls angebrachte Dichtungen ausübt.
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Es ist ein Druckspeicher bekannt, dessen beide Medien - Wasser
als Arbeitsmittel und Druckluft als Energieträger - sich unmittelbar berühren.
Luft-und Flüssigkeitsraum sind außerhalb des Gehäuses durch eine Leitung miteinander
verbunden, in die ein Ventil eingeschaltet ist, das je nach Höhe des Wasserstandes
im Akkumulator eine Schalteinrichtung betätigt. Diese schaltet bei Niedrigwasser
die Verbindung zum Verbraucher ab und diejenige zur Pumpe zu, so daß der Speicher
gefüllt wird. Hat der Wasserspiegel eine bestimmte maximale Höhe erreicht, wird
die Pumpenförderung zum Akkumulator unterbrochen.
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Diese Anordnung dient jedoch nur zum Nachfüllen auf einen bestimmten
Flüssigkeitsstand, nicht zum Sichern einer Trennwand, also zu einer anderen Aufgabe
als die der Erfindung zugrunde liegende.
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Weiterhin ist ein Druckspeicher bekannt, dessen beide Medien durch
eine sackförmige Blase voneinander getrennt sind. Vom Flüssigkeitsraum führt eine
Leitung zum Verbraucher und eine zweite zu einem Absperrventil, das die erste Leitung
vom Verbraucher trennt, wenn der im Flüssigkeitsraum herrschende und auf eine der
Stirnflächen des Ventilsteuerschiebers wirkende Druck einen bestimmten Wert unterschritten
hat. Aus dem Flüssigkeitsraum kann dann kein Druckmittel mehr entweichen, damit
kann sich auch die Blase nicht mehr weiter ausdehnen, so daß sie vor dem Zerreißen
weitgehend geschützt ist.
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Diese Anordnung hat- jedoch den Nachteil, daß der Fülldruck der Blase
sehr genau eingehalten werden muß. Ist er nämlich zu. hoch, so wird die Verbindung
zum Verbraucher durch den Steuerschieber des Absperrventils - auf den die
konstante Schließkraft einer Feder wirkt - nicht rechtzeitig unterbrochen,
die Blase dehnt sich zu weit aus, ihr unterer Teil wird in die Druckmittelein- und
Auslaßöffnung gepreßt und die Blase dabei zerstört. Ist der Fülldruck zu niedrig,
so schließt das Absperrventil zu rasch, und die Energie des Speichers wird nicht
voll ausgenutzt. -
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Trennwände von
Speichern einer bestimmten Bauart gegenüber vom Flüssigkeitsraum wirkenden Druckkräften
durch diese Anordnung nicht geschützt werden. Diese Trennwände legen sich bei gefülltem
Flüssigkeitsraum gegen ein Stützglied, das dem Gasdurchlaß dienende Öffnungen enthält.
Bei steigendem Druckunterschied zwischen Flüssigkeits- und Gasraum wird die Trennwand
zwischen diese Öffnungen gepreßt und beschädigt oder zerstört.
Ferner
ist ein als Stoßdämpfer geeigneter Druckmittelbehälter bekannt mit einem zwischen
dem Gas-und Flüssigkeitsraum angeordneten verschiebbaren Kolben. Von jedem dieser
Räume führt eine Druckleitung zu einem Druckregler, dessen Steuerschieber einerseits
dem Flüssigkeitsdruck, andererseits dem Gasdruck unterworfen ist. Steigt durch einen
Druckstoß im System der Flüssigkeitsdruck über denjenigen des Gasdrucks, so wird
der Steuerschieber derart verschoben, daß Gas so lange aus einem zusätzlichen Druckbehälter
zum Gasraum des Stoßdämpfers geleitet wird, bis Gas- und Flüssigkeitsdruck wieder
ausgeglichen sind. Im umgekehrten Fall, wenn also der Gasdruck über den Flüssigkeitsdruck
steigt, wird Gas aus dem Gasraum des Stoßdämpfers über den Druckregler in die Atmosphäre
abgelassen. Der Gas-und der Flüssigkeitsraum werden dabei nie unterein--ander verbunden,;
der Kolben des Stoßdämpfers bewegt sich nur kurzzeitig aus einer Mittenlage.
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Ein derartiger Stoßdämpfer hat den Nachteil, daß er beispielsweise
nicht als Druckspeicher geeignet ist, da stets nach vergleichsweise geringen Druckunterschieden,
d. h. nach geringer Flüssigkeitszu- oder -entnahme, ein Druckausgleich erfolgt.
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Die gesamte Anlage ist zudem sehr aufwendig durch einen zusätzlichen
Gasbehälter. Im Betrieb wird dauernd Gas in die Atmosphäre abgeführt, so daß sich
ein bedeutender Gasverbrauch ergibt.
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Der Druckregler erfüllt bei dieser Anordnung einen anderen Zweck als
die Entlastungsvorrichtung des Erfindungsgegenstandes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmittelbehälter
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der einfach im Aufbau ist, dessen biegsame
Trennwand weitgehend vor Zerstörung geschützt ist und der somit eine lange Lebensdauer
verspricht.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Steuerelement
eine an sich bekannte Entlastungsvorrichtung ist, die den Druck des Speicherraums
auf einen Wert begrenzt, der den Druck des Speicherfederraums nur um einen bestimmten,
die Haltbarkeit der Trennwand noch nicht gefährdenden Betrag überschreitet.
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,Besonders zweckmäßig ist es, daß in die Verbindung zwischen dem Speicherraum
und dem Speicherraum parallel zu der sich in Durchflußrichtung zu dem Speicherfederraum
hin öffnenden Entlastungsvorrichtung eine zweite Entlastungsvorrichtung geschaltet
ist, die sich nur für einen Durchfluß in Richtung zu dem Speicherraum hin und nur
bei überschreiten eines bestimmten überdrucks des Speicherfederraums gegenüber dem
Speicherraum öffnet.
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Dadurch wird vermieden, daß beim Ansprechen der Entlastungsvorrichtung
Gas in die Druckflüssigkeitsanlage gelangen kann.
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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung
wiedergegeben. Es zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform im Schnitt, F
i g. 2 eine zweite Ausführungsform im Längsschnitt, F i a. 3
einen Querschnitt nach III-III der F i g. 2 in größerer Darstellung, F
1 g. 4 eine Abwandlung der Ausführungsform nach F i g. 2.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besteht der Druckmittelbehälter
aus zwei mit ihren Hohlraumen einander zugekehrten und an ihren Rändern dicht miteinander
verbundenen Schalen 61, 62. In der Schale 61 ist ein halbkugeliges
Stützglied 60 angeordnet, das Durchlässe 63 enthält; es hat einen
geringen Abstand von der Innenwand dieser Schale. Bei dem gezeigten Beispiel ist
der Rand 64 des Stützgliedes umgebogen, so daß er zwischen dielneinandergesteckten
Ränder der Schalen 61 und 62 greift. Zwischen den Rändern der Schalen
61 und 62 ist auch der Um-# fang einer biegsamen Trennwand
66 eingespannt, die bei wenigstens annähernd entleertem Speicherraum etwa
dieselbe Größe hat wie das Stützglied 60.
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Die Schale 61 hat eine Öffnung 67, durch welche Druckmittel
auf einer Seite der Trennwand 66 in den Behälter eingeführt werden kann;
in der Schale 62
befindet sich ein Ein- und Auslaß 68 mit einem federbelasteten
Ventilschließglied 69, durch den Druckflüssigkeit auf die andere Seite der
Trennwand geleitet werden kann.
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Wenn Druckspeicher in einem hydraulischen Sy-
stem verwendet
werden, sind die Drücke des Gases und der Flüssigkeit im wesentlichen gleich groß,
und es gibt kein Mittel, um die Menge der noch in dem Speicher befindlichen Luft
anzuzeigen. Das ist dann wichtig, wenn der Luftvorrat klein geworden ist. Die Trennwand
kanft dann durch den Gaseinlaß hinausgedrückt werden und brechen, so daß Gas in
das hydraulische System eindringt und dessen Tätigkeit gestört wird.
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In F i g. 1 sind Einrichtungen gezeigt, die ein solches Brechen
der Trennwand verhindern und auch den Vorrat von Luft und Flüssigkeit in dem Behälter
anzeigen.
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Diese Einrichtungen bestehen aus einem mit der Öffnung 67 verbundenen
Leitungsabschnitt 71, der zu einer Entlastungsvorrichtung 72 führt.
Die andere Seite dieser Entlastungsvorrichtung ist durch einen Leitungsabschnitt
73 mit dem Ein- und Auslaß 68
verbunden. An jeden der beiden Leitungsabschnitte
ist je ein Druckanzeiger 74, 75 angeschlossen.
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Setzt man die Einrichtung in Betrieb, so wird der oberhalb der Trennwand
66 liegende Speicherfederraum 76 mit Druckgas gefüllt; dann wird in
den untenliegenden Speicherraum 77 Druckflüssigkeit wie z. B. Öl,
eingepreßt. Solange ein an der Öffnung 67
angeordnetes Ventil 79 und
ein nicht dargestelltes Ventil am Ein- und Auslaß 68 geschlossen sind, ist
der Druck, der von den Druckanzeigern 74 und 75
angezeigt wird, gleich. Wenn
noch mehr Druckflüssigkeit durch den Ein- und Auslaß 68 unter höherem Druck
in den Behälter eingepreßt wird, legt sich schließlich die Trennwand an das Stützglied
60 an. Dieses verhindert, daß das zwischen dem Stützglied und der danebenliegenden
Wand der Schale 61 befindliche Gas weiter zusammengedrückt wird. Wird noch
weiter Druckflüssigkeit eingepreßt, so steigt der Druck auf der Speicherseite der
Trennwand 66 höher an, als er auf der Gasseite ist. Dieser an den Druckanzeigern
74 und 75 ablesbare Druckunterschied zeigt an, daß der Raum in dem Behälter
zwischen dem Stützglied und der Schale 62 mit Flüssigkeit gefüllt ist und
daß der Raum zwischen dem Stützglied 60
und der Schale 61 voll Gas
ist. Da die Rauminhalte bekannt sind, wird dadurch angezeigt, daß die Trennwand
noch unbeschädigt ist, daß aber kein weiteres Öl in den Behälter gepreßt
werden sollte, da es die Trennwand durch die Durchlässe 63 des Stützgliedes
60 drücken könnte.
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Wenn noch mehr Öl in den Behälter gedrückt wird, so steigt
der Druck in dem Leitungsabschnitt 73 an
und überwindet die
Spannung einer Feder 80, die in der Ruhelage die Entlastungsvorrichtung
72 geschlossen hält. Es fließt deshalb Flüssigkeit durch die Entlastungsvorrichtung
72 und die Leitung 71 in den Speicherfederraum 76 des Druckspeichers.
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Obwohl daraufhin im allgemeinen der Druckbehälter nicht mehr weiter
benutzt werden kann und gereinigt werden muß, ist auf diese Weise doch eine Beschädigung
der Trennwand vermieden worden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 2 und
3 sind die Einzelteile in einem zylindrischen, als Druckspeicher wirkenden
Behälter untergebracht; auf diese Weise kann der Rauminhalt gut ausgenutzt .werden.
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Der Druckspeicher 100 nach F i g. 2 besteht aus einem
Rohrabschnitt 101, der an einem Ende durch eine Scheibe 102 verschlossen
ist, die einen Durchlaß 103 hat. In dem Rohrabschnitt 101 liegt außerdem
nahe der Scheibe 102, aber in einem gewissen Ab-
stand von ihr, eine Stützscheibe
104 mit einer Ringnut 105. In das untere Ende 106 des Rohrabschnitts
101 ist eine Endscheibe 108 eingesetzt, die eine verhältnismäßig große,
als Ein- und Auslaß dienende axiale Öffnung 109 hat.
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In dem Rohrabschnitt 101 liegt der Länge nach ein durchlöchertes
Rohr 111 aus festem Werkstoff, das ein Stützglied darstellt. Die Enden 112
des Rohres 111 sind zylindrisch; ein Ende ist in der Ringnut 105
untergebracht,
das andere umgibt ein zylindrisches Anschlußstück 113, das gleichachsig in
die Öffnung 109 ragt. Das Rohr 111 ist zwischen seinen Enden 112 abgeflacht,
so daß es im wesentlichen im Querschnitt oval ist. Um das feste Rohr 101
herum liegt über seine ganze Länge eine Trennwand 115, die vorzugsweise aus
elastischem Werkstoff, z. B. Gummi, besteht. Die Trennwand 115 ist so bemessen,
daß sie bei leerem Speicherraum auf der Oberfläche des Rohres 111 liegt.
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Das Rohr 111 und die Trennwand 115 sind von einem aus
festem Werkstoff bestehenden zweiten Stützglied 116 umgeben, dessen Enden
117 zusammen mit je einem Ende der Trennwand 115 zwischen der
Endscheibe 108 und dem Anschlußstück 113 und dem anderen Ende in der
Ringnut 105 festgeklemmt sind.
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Wenn die Teile auf diese Weise zusammengesetzt sind, hat das Stützglied
116 einen kleinen Abstand von der Wand des Rohrabschnitts 101; durch
die Stützscheibe 104 führen Bohrungen 118 und lassen Luft in den Zwischenraum
zwischen dem Stützglied 116 und der Wand des Rohrabschnitts 101 treten.
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An dem Anschlußstück 113 ist ein zweites Anschlußstück 121
befestigt; es führt zu einer Öffnung 112 eines Ventils 123. Dieses Ventil
hat ein zylindrisches Gehäuse 124, das an beiden Enden 125 und
126 geschlossen ist. Das Ende 125 ist durch ein Loch 127 mit
der Außenluft verbunden; das Ende 126 hat eine Öffnung 128.
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In dem Gehäuse 124 gleitet ein kolbenförmiges Schließglied
131, das eine Ringnut 132 zwischen seinen Stirnseiten 133 und
134 hat. Die Stirnseite 134 des Schließgliedes wird in der Ruhelage an dem Ende
126 des Gehäuses 124 gehalten mit Hilfe einer Druckfeder, die in dem Gehäuse
124 zwischen seinem Ende 125 und der Stirnseite 133 des Schließgliedes
untergebracht ist. In dieser Lage liegt die Ringnut 132 seitlich von der
Öffnung 122 und von einem Auslaß 136 des Gehäuses, an den über ein Zwischenstück
137 ein Absperrventil 138 und ein nicht dargestellter Druckmittelverbraucherkreis
angeschlossen sind.
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Um ein Leckwerden des Ventils zu verhindern, sind an dem Schließglied
131 Dichtringe 139 angebracht.
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Die Öffnung 128 des Gehäuses 124 ist durch eine Leitung 142
mit einer Abzweigung 143 verbunden; von einer Bohrung 144 in dem Anschlußstück 121
führt eine Leitung 145 zu derselben Abzweigung. Diese ist über ein Rückschlagventil
146 und eine Leitung 147 mit einer Druckmittelpumpe 148 verbunden, die von einem
nicht dargestellten Motor angetrieben wird und aus einem Behälter 149 ansaugt.
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Die Abzweigung 143 ist über eine Leitung 151 und Zweigleitungen
152 und 153 mit einer Seite je einer Entlastungsvorrichtung
154, 155 verbunden. Die anderen Seiten dieser Entlastungsvorrichtung
sind durch Zweigleitungen 156 und 157 und eine Leitung 158
an den Durchlaß 103 angeschlossen. Zu diesem führt auch eine Leitung
159, über die Druckgas in den Druckspeicher gepreßt werden kann.
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Die Entlastungsvorrichtungen 154 und 155 öffnen sich in entgegengesetzten
Richtungen, so daß jeweils nur eine von ihnen anspricht.
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Wenn in der Hydraulikanlage nach F i g. 2 die Druckmittelpumpe
148 arbeitet, so drückt sie in den Druckspeicher Öl mit beispielsweise
30 at Druck. Dann wird über den Durchlaß 103 und die Leitung
159 Druckluft von beispielsweise 140 at eingepreßt und die Leitung
159 mit einem nicht dargestellten Ventil verschlossen. Man pumpt nun weiteres
Öl in den Druckspeicher bis zu etwa 320 at Druck. Das Schließglied
131 wird von der Druckfeder 135 an dem Ende 126 des Gehäuses
124 festgehalten mit einer Kraft, die einem Druck von 140 at entspricht. Wenn der
öldruck höher steigt, wird das Schließglied nach links bewegt und verbindet die
Öffnung 122 mit dem Auslaß 136.
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Öffnet man das Ventil 138, so strömt eine große Flüssigkeitsmenge
aus dem Druckspeicher; wenn ihr Druck 140 at unterschreitet, verschließt das Schließglied
wieder die Öffnung 122 und den Auslaß 136.
Das System liefert also Drucköl
in dem Druckbereich zwischen 140 und 320 at in den Verbraucherkreis.
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Wenn Öl durch das Absperrventil 138 leckt und die Druckmittelpumpe
148 nicht arbeitet, legt sich die Trennwand 105 mit der Zeit an das Rohr
111 an. Der öldruck fällt dann rasch, und die elastische Trennwand könnte
durch die Löcher des Rohres 111
durchgedrückt werden. Das wird dadurch verhindert,
daß das Schließglied der Entlastungsvorrichtung 154
mit einer Feder belastet
ist, die einem Druckunterschied von etwa 40 at entspricht. Wenn also der
Öl-
druck 40 at unter den Gasdruck sinkt, öffnet sich diese Entlastungsvorrichtung,
und Luft strömt in den flüssigkeitsgefüllten Speicherraum des Speichers über, so
daß sich der Druck nicht weiter senkt und eine Zerstörung der Trennwand
115 vermieden wird. Wenn umgekehrt der Luftdruck fällt und die Druckmittelpumpe
arbeitet, legt sich die Trennwand 115
gegen das Stützglied 116, und
es könnte sein, daß der Öldruck die Trennwand 115 durch die Löcher des Stützgliedes
116 drückt. Das wird dadurch vermieden, daß das Schließglied der Entlastungsvorrichtung
155 von einer einem Druckunterschied von etwa 40 at entsprechenden Feder
belastet ist, also das
Ventil öffnet, wenn der Druck des Öls den
Luftdruck um mehr als diesen Betrag überschreitet. Dann fließt Öl in den
luftgefüllten Speicherfederraum des Druckspeichers und verhindert so eine Vergrößerung
des Druckunterschieds und die Zerstörung der Trennwand 115.
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Wenn eine der Entlastungsvorrichtungen 154 oder 155 anspricht,
ist zwar das hydraulische System nicht mehr arbeitsfähig; die Zerstörung der Trennwand
ist aber auf jeden Fall vermieden, und das System kann
ohne besondere. Schwierigkeiten
gereinigt und wieder verwendet werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist dem nach den F i
g. 2 und 3 in vielem ähnlich; entsprechende Teile haben dieselben
Bezugszeichen mit einem Strich.
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' Bei dieser Ausführungsform ist in dem Gehäuse 124' der als
Kolbenventil dienenden Entlastungsvorrichtung 123' an seinem Ende
125' eine öffnung 151',
die durch eine Leitung 152' mit dem
Durchlaß 103'
verbunden ist.
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In dem Gehäuse 124' liegt zwischen Druckfedern 135' und
135" ein kolbenförmiges Schließglied 131'.
Die Federn halten das Schließglied.
in einer solchen Ruhelage, daß die Ringnut 132'. des Schließgliedes .131'
die öffnung 122' mit dem Auslaß 136' und einem Einlaß 136" des Gehäuses
124' verbindet. Der Auslaß 136' ist mit dem Absperrventil 138' verbunden,
der Einlaß 136" mit einer Druckmittelquelle, wie etwa der Druckmittelpumpe
148 und dem Behälter 149 nach F i g. 2.
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Die Bewegung des Schließgliedes 131 nach beiden Seiten ist
durch nicht dargestellte Anschläge begrenzt. In seiner rechten Endstellung wird
der Auslaß 136'
verschlossen, und die öffnung 122 bleibt mit dem Einlaß
136" verbunden; in der linken Endlage ist der Einlaß 136" geschlossen
und die öffnung 122' mit dem Auslaß 136' verbunden.
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Wenn der Druckspeicher 100' mit Druckgas und Drucköl gefüllt
ist, das Ventil 138' geschlossen bleibt und die Druckmittelpumpe nicht arbeitet,
ist der Druck an den Öffnungen 151' und 128' gleich, die Druckfedern
135' und 135" halten daher die Ringmit 132' des Schließgliedes
131' so, daß die Öffnung 122' sowohl mit dem Auslaß 136' als mit dem
Einlaß 136" verbunden ist.
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öffnet man das Absperrventil 138', so strömt durch den Auslaß
136' eine große Menge Druckflüssigkeit aus dem Druckspeicher 100'.
Wenn beinahe alles Öl hinausgedrückt ist und die Trennwand 115' das
feste innere Stützrohr 111' berührt, fällt der Druck des öls. Wird der Druckunterschied
zwischen öl- und Luftdruck groß genug, um die Kraft der Druckfeder135' zu
überwinden, so bewegt der Druck der Luft an der Öffnung 151' das Schließglied
131' entgegen der Kraft der Druckfeder 135' nach rechts und schließt
den Auslaß 136'.
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Dadurch strömt kein weiteres Drucköl aus dem Druckspeicher ab, und
die Trennwand 115' kann nicht weiter belastet werden. Es wird also verhindert,
daß Teile der Trennwand 115' durch die Löcher des Rohres 111 gedrückt
werden.
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Da der Einlaß 136" immer noch mit der öffnung 122' verbunden
ist, kann der Druckspeicher noch mit Drucköl geladen werden, um für das nächste
Arbeitsspiel des Verbraucherkreises bereit zu sein. Wenn die Trennwand
115' durch überwiegen des öldruckes oder Mangel an Druckluft gegen das Stützglied
116' gedrückt wird, steigt der Öldruck rasch an. Sobald er den Luftdruck
so viel übersteigt, daß der Unterschied der Kraft der Druckfeder 135" entspricht,
wird der Druck des öls an der öffnung 128' das Schließglied 131' nach links
schieben, so daß entgegen der Kraft der Druckfeder 135" der Einlaß
136" verschlossen wird. Es kommt also kein Drucköl mehr in den Druckspeicher,
und die Trennwand 115'
wird nicht mehr ausgedehnt, so daß ein Hinausdrücken
durch die Löcher des Stützgliedes 116' aus-,geschlossen ist.
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Mit der in F i g. 4 gezeigten Anordnung. wird einmal jede Beschädigung
der Trennwand 115 vermieden, außerdem-bleiben öl und Luft voneinander
getrennt. Letzteres war bei den Entlastungsvorrichtungen 154 und 155, die
eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung darstellen, nicht der Fall.