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Verfahren .zurrt Schutze von starren mit Wasser gefüllten Behältern
gegen Frostschäden durch Eisbildung und Vorrichtungen zur
Durchführung
des Verfahrens. "Die vorliegende Erfindung betrifft den Schutz von wassergefüllten
starren TIohlkörpern gegen Beschädigungen aufgrund des Gefrierens von Wasser, das
sich in diesen Hohlkörpern befindet.
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Bekanntlich dehnt sich eine gefrierende Flüssigkeit wie das Wasser
volumenmäßig aus; dieses größere Volumen kann das Aufbrechen oder zumindest eine
Verformung der die Flüssigkeit enthaltenen Hülle oder des die Flüssigkeit enthaltenen
Körpers infolge des beträchtlichen Drucks bewirken, der auf diese 'Hülle oder auf
diesen Körper ausgeübt wird.
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Dieser-Frage des Schutzes gegen Beschädigungen nach dem Gefrieren
kommt im Baugewerbe bei bewässerten Gerippen besondere Bedeutung zu.
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Der Zweck dieser Erfindung,besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu liefern, mi.t deren Hilfe diese Drücke aufgefangen werden können, um Beschädigungen
der eine gefrierbare Flüssigkeit enthaltenen Hohlkörper zu vermeiden, ohne dabei
auf die bisher üblichen Verfahren zurückgreifen zu müssen.
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Es sind dies: Maßnahmen zur Beibehaltung einer Temperatur der Flüssigkeit
über dem Gefrierpunkt durch Erwärmung bzw. Erhitzung, die Senkung des Gefrierpunktes
der Flüssigkeit durch Zusatz eines anderen Frostschutzmittels oder die Verwendung
von verformbaren Wänden. Bei diesen drei herkömmlichen Verfahren handelt es sich
um kostspielige und umständliche Verfahren. `
Ein weiteres Ziel
der Erfindung besteht darin, ein Teil eines bewässerten Gerippes zu liefern, das
den Auswirkungen des Gefrierens in .wirksamer Weise standhält. -Das Verfahren gemäß
der Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß ein lfoh-lkörper mit starren
Wänden vorhanden ist, der mit einer gefrierbaren Flüssigkeit gefüllt ist, wobei
ein komprimierbares Teil eingesetzt wird mit einem geeigneten Volumen zur Aufnahme
der Spannurigen, die durch die Dehnung der Flüssigkeit während des Gefrierens erzeugt
werden. Entsprechend einen Beispiel,.das keinerlei Begrenzung darstellt, zeichnet
sich eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in ihrer Anwendung auf eine Expansionsvase
einer Zentralheizungsanlage da-, durch aus, daß sie eine Tasche oder jegliche andere
geschlossene Hülle - vorzugsweise elastisch - umfaßt, die ein vorher bestimmtes
Volumen an Luft oder anderem Gas enthält, wobei diese Tasche innerhalb der Flüssigkeit
gehalten wird, die in der .Vase enthalten ist. Weitere Merkmale der Erfindung werden
in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
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In der beigefügten Zeichnung, die lediglich als Beispiel angeführt
wird: .
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ist»die Abb. 1 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch
die Expansionsvase einer Zentralheizung, auf die die Erfindung angewandt wird; ist
die Abb. 2 ein Längsschnitt durch einen mit Wasser gefüllter. hohlen Mast odereiu
Teil.einee bewässerten Gerippes-, das eine Abwandlung der V=orrichtung gemäß der
Erfindung enthält; ist die.Abb..3 die Darstellung dex.Schutzvorrichtung in . größerem
Naßstalig- wie sie in dem Hohl. Maa;t -der Abb. 2 enthalten
ist
die_Abb. 4 ein Schnitt durch eine Wasserleitung, die mit einer Schutzvorrichtung
gemäß der Erfindung ausgerüstet ist; ', ist die Abb. 5 ein Schnitt gemäß der Linienführung
5-5 der Abb. 4; .ist die Abb. 6 ein Schnitt durch einen Teil eines Heizkörperelements,
das eine Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält; ist die Abb. 7 ein Schnitt gemäß
der Linienführung 7-7 der Abb. 6; ist die Abb. 8 ein Schnitt mit einer Teilansicht
einer anderen Durchführungsart, die auf einen Behälter angewandt wird.
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Bei Bezugnahme auf die Abb. 1 erkennt man eine Expansionsvase 1, der
eine Zuführungsleitung 2 und eine Überlaufvorrichtung 3 zugeordnet sind , In der
Vase, vorzugsweise in der Mitte d3 Wasservolumens, das sie enthält, ist eine Tasche
4 aus einem weichen, gasundurchlässigen und vorzugsweise elastischen Material angeordnet.
Sie ist geschlossen und enthält ein bestimmtes Luftvolumen bei atmosphärischem Druck.
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Die Tasche 4 wird mit Hilfe einer kleinen Kette 5 oder Fadens z.B.
im unteren Teil der Vase gehalten, um zu vermeiden, daß sie oben schwimmt. Es ist
nämlich besser, wenn die Tasche 4 sieh im gleichen Abstand vom Boden und vom Deckel
und den i Seitenwänden befindet, um auf diese Weise die Spannungen - unabhängig
von ihrer Richtung - auffangen zu-können.
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lfenn das in der Vase 1.enthaltene Wasser gefriert, erfolgt die sich
daraus ergebende Volumenerhöhung auf Kosten des Volumens der Luft oder jäglichen
anderen in der verformbaren Tasche 4 eingeschlossenen Gases. ;
| ts ist einleuchtend, daß, wenn das Volumen der Luft oder einas |
| anderen in der Tasche 4 eingeschlossenen Gasas über. der Diffe- |
| renx "zwischen denn Volumen 1 fegt, das das Wagsvr vor und
nach |
| dem Gefrieren eingenommen hat, die Volumenerhöhung infolge
des |
| Gefrierens dnruh eine entsprechende Verringerung des Volumens |
| der. Luft in der T..-s,seLe ausgeglichen wird, die komprimiert
wird. |
| Wenn jedoch der, Druck, der bei einem Gefrieren des Wassers
auf . |
| die Wände einer nicht geschützten Vase ausgeübt wird,
durch die |
| Vorrichtung gemäß der Erfindung aufgefangen wird, übte diese |
| Vorrichtung aufgrund der Komprimierbarkeit der Luft ihrerseits |
| einen Druck auf das Eis und infolgedessen auf die Wände
der |
| Vase aus. Das Volumen des komprimierbaren Körpers,,,das
inner- |
| halb der gefrierbaren Flüssigkeit angeordnet ist, maß natUr- |
| lich so groß sein, daß der Innendruck nach Gefrieren mit
der |
| mechanischen Festigkeit der starren Wände der Vase (oder
eines |
| jeglichen Baderen Hohlkörpers) vereinbar ist. " |
| Die Bedingungen, die hergestellt werden müssen, können durch
" |
| eine einfach* Berechnung ermittelt werden: ,- |
| Wenn man be»iohnet mitt " |
| 11 # das Innenvolumen des Hohlkörpers (unveränderlich)
" |
| u - das Volm»n der das Gas enthaltenen Tasche |
| V - das Volnsen des Wassere, das der Hohlkörper einschließt. |
| (Dichtet i) |
| Vt- das Vorn des Eises nach dem Gefrieren (Dichtet 0,92)
" |
| sv - das Anfangsvolumen das Gases in der Tasche |
| p - der Druck dieses Gases bei seinem Anfangsvolumen |
| vt- das Volmen dieses Gases nach dem Gefrieren |
| pt- der Druck dieses Gases nach dem Gefrieren |
| cärüokon die-tolgenden Gleichungen aast |
U - u = V + v = V' + v' 0,92. V' = i . V pv = p' v' die Unveränderlichkeit
der Volumen U und u bzw.
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die Konstanthelt des Gewichts der in Fis umgeformten Flüssigkeit bzw.
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das Nariott'scüe Gesetz. ' Daraus läßt sieh ohne weiteres ableiten:
| Daraus leitet man ab, daß v > U-u . 0,8 und, |
| falls v = Ugu , würde man nach dem Gefrieren den Druck
p' = 3230 |
| erreichen. |
Unter diesen Bedingungen ist man weit entfernt von den beträchtlichen Drücken, die
die Wände des Hohlkörpers ohne das Vorhandensein des komprimierbaren Gases innerhalb
der Flüssigkeit ertragen würden.
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Natürlich könnte das komprimierbare Volumen, das aus einer weichen
mit Luft oder anderem Gas gefüllten Tasche besteht (s. Beispiel in der Abb. 1),
durch ein Volumen einer beliebigen innerhalb der Flüssigkeit angeordneten Materie
aus einem einzigen Teil oder aus mehreren getrennten oder verteilten 'feilen ersetzt
werden, wenn die Kennwerte der Materie mit den vorgenannten Gegebenheiten vereinbar
Bind.
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Das unter Bezugnahme auf eine Expansionsvase beschriebene Beispiel
(Abb. 1) ist nritürlich keineswegs als Begrenzung der Anwendungsmöglichkeiten gedacht
und wurde aufgrund seiner. Einfachheit gewählt,- um die Erfindung in klarer Form
erläutern zu können.
Das Verfahren iitid cl ie Vorrichtung gemäß
(.er Erfindung finden zahlreiche Anwendungen und .ermöglichen die Lösung zahlreicher
Probleme, von denen eins der wichtigsten das Baugewerbe ist. Es-ist durchaus bekannt,
daß die Metallgerippe beim Bau von Gebäuden strengen Normen, insbesondere in bezug
auf 1,'euerfestigkeit entsprechen müssen. Es wurden bereits Pfähle, Masten, Schenkel
oder sonstige Hohlbauteile - aus Metall oder anderem Werkstoff - verwendet, die
mit Wasser gefüllt sind. Derartig.e Teile sind den Technikern unter dem Namen des
"bewässerten Gerippes" bekannt.
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Diese Hohlteile weisen eine zufriedenstellende Feiicrfesti g:ce lt
auf, haben'jedoch den Nachteil, daß sie sehr schwer gegen Be-. schädigungen zu schützen
sind, die auf Frost zurückgehen.
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Dieses Problem wird mit der vorliegenden. Erfindung gelöst, denn sie
.ermöglicht es, vollständige Gerippe, z.B. von Gebäuden herzustellen, die auf diese
Weise vollständig geschützt werden, ohne daß dabei die Abmessungen vergrößert werten
müssen. Dies betrifft sowohl senkrecht stehende Teile, z.B. >lasten, Pfeiler, .Schenkel
oder ändere, als auch horizontal angeordnete Teile wie Balken, Dachstühle,. Unterzüge
oder andere. Der Schutz erfolgt in der nachstehend beschriebenen Art-und Weise.
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Auf den Abb. 2 und 3 ist ein Hohlmasten 10 - z:B. aus Metall -dargestellt,
der in der Nähe seines unteren Endes mit'einer Abdichtung - nicht dargestellt -
irgendeines bekannten geeigneten Typs verschlossen ist., Indem Mast 10 sind im Innern
gemäß der Erfindung mehrere Teile, z.B. Teile 11 (Abb. 3) vorhanden.
Das
`feil 11 he51,otit aus einem Rohr 1.2 aus einem undurchlässigen und ellstisehcen
jierkstoff, i.13. aus Gumrni. Ihirch das. Rohr läuft in ,lchsrichtun g eine rlotallstange
13, die an ,jedem ihrer beiden L'nden in einem lIalten 14 ausläuft. Die Stange 13
verl"iiift auch - abgedichtet - durch zwei Stopfen 15, die die Enden des liohres
12 hermetisch verschließen. Die Stopfen werden z.B. mit Hilfe eines Klemmbandes
16 gehalten oder sind mit der Wand des Rohrs durch Kleben oder in anderer Form verbunden.
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Falls erwünscht, kann eine Öffnung 1'7 vorgesehen werden, die mit
Hilfe eines Stopfens 18 hermetisch verschlossen wird. Diese Öffnung kann dazu. dienen,
eventuell entweder das Teil 11 in dem lall, in dem Flüssigkeit in das Teil eingedrungen
ist-, von dieser Flüssigkeit zu befreien oder das Teil mit-Luft oder sonstigem Gasunter
Druck zu füllen.
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Eine Reihe von `feilen, wie die Teile 11, wird in dein Mast 10 eingeführt,
wobei das untere Ende 1i mit seinem Haken ilt an eir,-@r Aufhängvorrichtung befestigt
wird, die am Versehluß - nicht dargestellt - des unteren Endes des Mastes 10 vorgesehen
ist.
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Die Teile 11 stellen aufgrund ihrer Schwimmfähigkeit eine senkrecht
angeordnete Kette dar, wobei jedes Teil 11 mit dem benachbarten Teil mit Hilfe ihrer
Haken 14 verbunden ist.
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Bei Frost stellen die Teile 11 das komprimierbare Volumen dar, das
zur Aufnahme des erhöhten Volumens der in dem Mast enthaltenen Flüssigkeit bestimmt
ist. Das erhöhte Volumen geht auf das Gefrieren des Wassers zurück.
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Auf den Abb. 4 und 5 sieht man.einen waagerecht verlaufenden Hohlkörper
20, der entweder ein Balken, ein Unterzug oder eine Leitung sein kann.
*In
diesem Köri)er nhrcl in Achsrichtung c; in komi)ri mier I):1res `feil :?1 angeordnet,
(las ein einfaches Rohlrohr atis Gummi. sein kann und dessen elastische. Eigenschaften
eine Aufnahme der Volumenerhöhung nach einem Gefrieren ermöglichen.
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Das komprimrrbare Teil 21 kann in dem.Hohlkörper 20 mit Hilfe von
einfachen kreuzförmig angeordneten Speichen 22, z.B. aus verzinktem Draht, gehalten
werden, wobei diese Kreuzspeichen au-i' die Länge des komprimierbaren Teiles 21
verteilt werden.
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Man wird bemerken, daB das komprimierba-re elastische Teil 21, anstatt
aus einem Gummirohr zu bestehen, auch aus einem Strang aus Kunststoff mit geschlossenen
Alveolen bestehen kann, der ausreichende Eigenschaften hinsichtlich der Elastizität
besitzt. Eine derartige-Anodnung ist auf den Abb. 6 und 7 dargestellt. Sie zeigen
eine Anwendung der Erfindung auf einer Heizrippe 30 einer Zentralheizungsanlage,
wobei in der Wasserkammer 31 in Achsrichtung ein komprimierbarer Körper angeordnet
ist, der aus einem elastischen Kunststoffstrang mit geschlossenen Alveolen 22 besteht.
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Der komprimierbare Körper kann auch in eine bestimmte, Zahl von Teilen
unterteilt werden, deren Volumensumme das entsprechend dem zu schützenden Volumen
des Hohlkörpers erforderliche Ge-* samtvolumen darstellt.
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In der Abb. 8 wird ein Anwendungsbeispiel der.Lrfindung, in diesem
Fall ein Behälter 40, dargestellt..
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Die Wände des Behälters 40 sind auf der Innenfläche mit Platten 41
aus einem Kunststoff mit geschlossenen Alveolen ausgekleidet. Diese Platten lii
können mit Hilfe eines geeigneten Haftmittels an den i-Jänden befestigt werden.
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O@T-Le:icli di.e in etwa symmetrische Aufteilung der Platten
41 ein Auffangen vier Kräfte ermöglicht, die während des Gefrierens erzeugt werden
und in allen Richtungen wirken,'wird angenommen,-daß diese-Platten nur an bestimmten
Wänden des Behälters 40 vorgesehen werden können. Wichtig dabei ist, daß das komprimier--bare
Gesamtvolumen der Platten 41 entsprechend den vorgenannten Daten berechnet wird.
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Die Erfindung kann ebenfalls auf den Schutz von Kühlern und Motorblöcken
von Fahrzeugen angewandt werden. Es sei jedoch beinerht, daß die verschiedenen komprimierbaren
Massen in der Weise verteilt sein müssen, daß sich keine Eisstopfen bilden können,
die ein Flüssigkeitsvolumen in einem nicht geschützten Teil des Hohlkörpers begrenzen.
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Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung
einen wirksamen Schutz gegn Beschädigungen aufgrund des Gefrierens einer in diesem
Körper eingeschlossenen Flüssigkeit liefert. Selbstverständlich ist die Erfindung
nicht auf die beschriebenen und dargestellten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.
Diese wurden lediglich als Beispiel gewählt. Zahl--reiche Änderungen können an diesem
Beispiel vorgenommen werden, ohne daß man sich dabei vom Rahmen und dem Geist der
Erfindung 'löst.