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Unter Druck stehendes Gehäuse An unter Druck stehenden Gehäusen kann
man bekanntlich eine Entlastungsöinung vorsehen, die bei normalem Betriebsdruck
von einer Brechscheibe verschlossen ist. Steigt der Druck dagegen auf einen vorgegebenen
Uberdruck, so wird die Brechscheibe zerrissen und gibt die Entlastungsöffnung frei.
Deshalb braucht das Gehäuse nur für den durch die Brechscheibe bestimmten ;Überdruck
bemessen zu werden: Dies ist insbesondere für elektrische Geräte mit Gasisolierung,
z.B. für eine Yollisolierte fochspaannungsschaltanlage, wertvoll, weil dort unter
Umständen ein Lichtbogen das Gas.aufheizen und zersetzen kann,
so
daß ein sehr schneller Druckanstieg verursacht wird, und weil andererseits bei solchen
Anlagen mit ihren großen, vor allem langgestreckten Gehäusen die Kosten-für eine
druckfeste Ausbildung extrem hoch sind. Die Brechscheibe, die die Entlastungsöffnung
bei Betriebsdruck verschließt und bei einem vorgegebenen Überdruckzerrissen wird,
ist für den Fall, daßhJer Ansprech- (Über-) druck nur wenig über dem Betriebsdruck
1%egen soll, schon im Normalbetrieb bis fast zur Bruchgrenze vorbelastet. Sie ist
deshalb unerwünscht empfindlich gegen Belastungsänderungen. Aus diesem Grunde bezweckt
die Erfindung, die Lebensdauer der Brechscheibe zu erhöhen. Dies geschieht erfindungsgemäß
dadurch, daß auf-der dem Gehäuse abgekehrten Seite der Brechscheibe ein Stempel
mit einer Kraft aufliegt, die in der Größe der vom Betriebsdruck auf die Brechscheibe
ausgeübten Kraft liegt und sich.in Abhängigkeit von einem Weg in die Öffnungsrichtung
der Brechscheibe weniger ändert als die Kraft; die für die Verformung der Membran
um den gleichen Weg erforderlich ist. Bei der-Erfindung werden Bewegungen der Brechscheibe,
die schließlich zum Zerreißen führen, für Druckwerte in der Nähe des :Betriebsdruckes
durch den Stempel aufgefangen. Deshalb ist die Beanspruchung der Brechscheibe beim
Betriebsdruck erheblich verringert oder sogar aufgehoben. Die Lebensdauer kann dadurch
auf
d.as Mehrzache gesteigert werden, ohne daß die Ansprechsicnerheit verringert ist:
Ganz besonders gilt das für den " all, ds.ß die auf die Brechscheibe ausgeübte Kraft
bei einer Bewegung der Brechscheibe in Öffnungsrichtung kleiner -wird. Dies kann
man z.B. mit einer Übersetzung erreichen, mit der die Kraxt@ auf den Stempel aufgebracht
wird. Zur ibersetzung der Kraft ,st ein Hebelsystem, insbesondere ein Kniehebelsystem,
geeignet. Die Verwendung von Hebeln kann aber auch deshalb zweckmäßig sein, weil
man damit Federn, die zum Aufbringen der Kraft benutzt-werden, wesentlich schwächer
bemessen kann: De vorstehend erwähnten -Federn, die :auf die Brechscheibe wirken,
sollten von Haus aus möglichst weich sein. Als-weiche Federn kann man unter Umständen
auch einen Gasdruck oder einen Flüssigkeitsdruck verwenden. Unendlich weiche "Federn"
lassen sich durch die Anwendung eines Gewichts darstellen. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung wird der Stempel über ein Kniehebelsystem beaufschlagt,
das vor dem Zerreißen der Brechscheibe die Totpunktlage überschreitet. die Kraft
wird hierbei nicht nur in Abhängigkeit vom Weg der Brechscheibe in Öffnungsrichtung
geringer, sondern sie kehrt ihre Wirkung um,. so daß der Stempel dem Zerreißen der
Brechscheibe dann überhaupt keine Kraft mehr entgegensetzt.
Die
gleiche vorteilhafte Wirkungsweise erreicht man bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit einem Kniehebelsystem, dessen Hebel drei AUlzkörper sind, die
in der B J.
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et,riebsstellung.näherungsweise.die Strecklage (labile Gleichgewichtslage)
einnehmen, wobei der mittlere Wälzkörper entgegen der auf die Strecklage bezogenen
Exzentrizität von einer Federkraft gehalten wird. Die Federkraft-und/oder die Exzentrizität
kann einstellbar sein. Statt der Wälzkörper kann man auch Körper verwenden, die
nur in dem für die Bewegung erforderlichen Bereich als Wälzkörper, vorzugsweise
Zylinder, ausgebildet sind, sonst aber im Hinblick auf eine Gleitführung oder dergleichen
andere formen aufweisen. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung steht
der Stempel unter der Wirkung einer Feder, und das dem Stempel. abgekehrte Widerlager
.der Feder wird bei einer Bewegung der Brechscheibe in Öffnungsrichtung gelöst.
Die gesamte Gegenkraft, die der Stempel auf die Brechscheibe ausübt, fällt denn
schlagartig weg. Auch hierbei kann man mit Vorteil ein Kniehebelsystem verwenden,
um das Widerlager festzulegen. Das Knie-Nebelsystem wird dann durch die Bewegung
der Brechscheibe zum Zusammenbrechen gebracht. Bei allen Ausführungsformen der Erfindung
kann man vorteilhaft eine gasdurchlässige Abstützung an der dem Stempel abgekehrten
Seite der Brechscheibe vorsehen. Diese begrenzt die Bewegungen
der
Brechscheibe entgegen der Öffnungsrichtung, also in das Innere des Gehäuses hinein
und hat sich besonders bei Gefäßen bewährt, bei denen mit einem Unterdruck zu rechnen
ist. Bei solchen Gefäßen, z.B. bei metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen
mit einem Isoliergas, können nämlich durch ein der Gasfüllung vorhergehendes Evakuieren
Kräfte in Richtung zum Behäuseinneren auftreten, die annähernd die gleiche Größe
vife die beim Betrieb auftretenden Kräfte erreichen können, die die Brechscheibe
nach: außen drücken. Mit Hilfe der Abstützung und der über den Stempel ausgeübten
Kraft kann man hier erreichen, daß die Brechscheibe bei@allen Beanspruchungen unterhalb
des Ansprechdruckes praktisch keine Bewegungen ausrührt. Lurch diese Beseitigung
ton Wechsel- oder Schwellbeanspruchungen läßt sich die Betriebssicherheit wesentlich
erhöhen: Man kann also mit Brechscheiben bei einer gegebenen Sicherheit des Gehäuses
wesentlich länger arbeiten oder aber umgekehrt die Sier-erlleit dadurch verbessern,
daß der Ansprechdruck der .Brec;sc@;ciben bei einer gegebenen Betriebsdauer kleiner
gewählt @a ircz . Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden eini-G@w@u
sfährungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnung besekirieben, in der jeweils
nur der Bereich einer Entlastungs-Ö .L "fnung dargestellt ist. Angenommen ist dabei,
daß die Entlastungsöffnung
dem Gehäuse einer metallgekapselten
Hochspannungsschaltanlage zugeordnet ist, deren ,Hochspannung führende Teile mit
Schvrefelhexafluorid gegenüber dem geerdeten Gehäuse isoliert sind, das einen Druck
von nur wenigen .Atmosphären aufweist. für übereinstimmende feile vierden gleiche
Bezugszeichen verwendet. In Fig. 1 ist mit 1 ein Rohrstutzen des Gehäuses mit einem
Flansch 2 bezeichnet, der eine Entlastungsöffnung 3 umgibt. Die Entlastungsöffnung
ist mit einer Brechscheibe 4 verschlossen. Die Brechscheibe besteht aus feinkörnigem
Gußeisen. Sie ist mit Hilfeeines Dichtungsringes 5, der in einer Nut 6 des Flansches
2 liegt, abgedichtet. Ein Klemmring 7, der mit Sci:irauben r3 befestigt ist, preßt
den Rand der Brechscheibe 4 gegen den Plansch 2. Auf der dem Gehäuseinneren zugekehrten
Seite der Brechscheibe A ist als gasdurchlässige Abstützung ein Stützring 10 in
eine Stufe 11 des Flansches 2 eingesetzt. Der Stützring 10 hat die aus Fig. 2 ersichtliche
.form, bei der Speichen 12 Ausnehmungen 13 mit einem großen .Dur chlaßquerschnitt
einschließen, so daß die Entlastungsöffnung 3 möglichst wenig verdämmt wird. Auf
der dem Gehäuse 1 abgekehrten Seite liegt ein Stempel. 15 auf der Brechscheibe q
auf. Der Stempel 15 sitzt in der Mitte der Brechscheibe, bei der angenommenen rotationssymmetrischen
Anordnüng
also im Zentrum. Fr steht unter der Wirkung einer Feder 16, die sich gegen
en iNiderlager 17 abstützt. ' Das Widerlager 17 ist eine Scheibe, die mit einem
an ihreift Rand vorgesehenen Gewinde - 18 in eine Bohrung 19 eingeschraubt ist.
Die Bohrung 1`3 gehört zu einem gegenüber dem Gehäuse 1 feststehenden; z.B. mit
diesem verschraubten Bauteil. Die Spannung der Feder 16 kann durch Verstellen der
Scheibe 17 variiert werden. Beim Ausführungsbeispiel ist die vom Stempel 15 auf
die Brechscheibe 4 ausgeübte Kraft ebenda groß wie oder etras größer als die Kraft,
die durch den maximalen Betriebsdruck im Inneren des Gehäuses I in Öffnungsrichtung
auf die Brechscheibe hervorgebracht wird. Mithin ist ie Brechscheibe 4 im Bereich
des Betriebsdruckes und aller kleineren Drücke zwischen Stempel 15 und Stützring
14 festgelegt, so daß keine Wechselbeanspruchungen durch Druckschwankungen auftreten
können. Sollte dagegen der Druck im Gehäuse 1 steigen, weil z.B. das Schwefelhexa'Lluorid
durch einen Lichtbogen erhitzt und zersetzt vird, so wird die Brechscheibe 4 entgegen
der über den Stempel 15 ausgeübten Kraft vom-Stützring 10 abgehoben. Die
Kraft der Feder 16 wächst dabei nur geringfügig. Deshalb muß die bei @oerdruck entstehende
Beanspruchung von der Brechscheibe 4 aufgenommen werden, so daß deren Festigkeit
für die Zerreißheeregung praktisch allein maßgebend ist. Ba diese Festigkeit,
aber
geringer als bei den bisher üblichen Brechscheiben ge-Pählt werden kann, weil bei
der Erfindung Beanspruchungen durch Druckschwankungen, die beim Betrieb auftreten,
vermieden "iierden, erhält man eine erhöhte Betriebssicherheit der Anlage. 'Damit
die vom Stempel 15 auf die Brechscheibe 4 ausgeübte Kraft möglichst unabhängig vom
Weg des Stempels in Öffnungsrichtung ist, kann man z.ß. ein Gewicht auf den Stempel
15 wirken lassen. In Ii'ig. 3 ist dargestellt, da:ß man mit Hilfe eines Hebels 20,
der bei 21 feststehend abgestützt ist, und mit dem kurzen Nebelarm 22 auf den Stempel
15 wirkt, während der länge Hebelarm 23 für den Angriff des Gewichts 24+ zur Verfügung
steht, mit eitler kleinen Masse eine dem Betriebsdruck angepaßte Kraft auf die Brechscheibe
4 ausüben kann. Die Brechscheibe wird dadurch wiederum normalerweise fest gegen
den Stützring 10 gedrückt.
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Statt mit einem Gewicht 24 kann man auch mit Hilfe einer-Flüssigkeit
oder eines Gases eine Kraft ausüben, die mit wachsendem !be-rdruck im Innern des
Gehäuses 1 schnell überwunden wird. In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung.
dargestellt, bei der an dem der Brechscheibe q abgekehrten Ende 25 des Stempels
15 ein symmetrisches Kniegelenk 26 mit den Hebeln 27
und 28 befestigt
ist, Die freien Enden der fiebel 27 und 28 sind mit Hilfe von Federn 30 und 31 abgestützt,
die die Kraft des Stempels 15 auf die Brechscheibe 4 bestimmen. Eine weitere Feder
33 kann zur Stabilisierung des Kniegelenks 26 und zur Feineinstellung der Federkraft
auf das Ende 25 wirken, wobei ihr ';iderläger 34 zweckmäßig verstellbar ausgebildet
ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ändert sich die Kraft des Stempels 15 in
Abhängigkeit vom Weg des Stempels in Öffilungs-.richtung. stach einem kurzen fIub
35, bei dem das Kniegelenk 26 die Totpunktlage erreicht, kehrt sich die Richtung
der Kraft um, so daß die Brechscheibe 4 vollständig freigegeben wird. Jeder Überdruck
im Gehäuse 1, der den der Strecklage des Knie-Gelenks entsprechenden Grenzdruck
überschreitet, wird deshalb praktisch schlagartig durch Öffnen der Brechscheibe
entlastet. Der Stempel 15 der Ausführungsform nach Fig. 5 steht wiederum unmittelbar
unter der Wirkung einer Feder 16. Diese ist jedoch im-Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
nach fig. 1 an einem 'Yicäcrlager 38 abgestützt, das mit Hilfe eines Keiles 39 fest-,sci'Legt
ist. üer Keil 39 wird in der dargestellten Lage von einem Kniegelenk 40 gehalten,
dessen Ifebel 41 und 42 über Federn 43 und 44 auf den Keil 39 und eine Abstützung
45 einwirken. Legt der .Stempel 15 des Ausführungsbeispiels nach Fg. 5 mit wachsendem
Uberdruck in Öffnungsrichtung einen bestimmten Weg
zurück, der
dem Winkelweg des Kniegelenkes 40 bis zur Streckzage entspricht, so bricht das Kniegelenk
40 mit dem Überschreiten der Totpunktlage zusammen. Es knickt in die gestrichelt
gezeichnete Zage, wodurch der Keil 39 gelöst wird. Mithi.nwird das dem Stempel 15
abgekehrte Widerlager der Feder 16 schlagartig freigegeben, wenn die Brechscheibe
einen bestimmten Hub in Öffnungsrichtung zurückgelegt hat. -In Fig. 6 ist der Stempel
15 über ein Kniegelenk 50 abgestützt, das aus drei Wälzkörpern 51, 52 und 53 besteht.
Die Wälzkörper sind beim Ausührungsbeispiel gleiche Zylinder. Dies ist zwar iür
die- Fertigung und Mentage günstig, für die Wirkungsweise aber nicht unbedingt erforderlich.
Wesentlich ist vor allem, daß die durch die Kraft für den Stempel 15 vorgegebene
Flächenpressung von deti Wälzkörpern aufgenommen werden kann. Wie man sieht, liegen
die Wälzkörper. 51, 52, 53 in einer T-förmigen Ausnehmung 54 eines Führungskörpers
55, der mit einem Schraubenbolzen 56 gut justierbar an einem in bezug auf das Gehäuse
1 ortsfesten ßahmen5T befestigt ist. Durch die T-förmige Ausnehmung für die Wälzkörper
ist eine .Lage in der Nähe der Strecklage vorgegeben. Die Walze 52 ist aus der Strecklage
versetzt. Die Auslenkung wird von einer Druckplatte 58 bestimmt; die unter
der Wirkung einer Feder 59 steht. Mit Hilfe einer als Anschlag dienenden Mutter
60'sind Größe-der Federkraft und
Exzentrizität der salze 52 einstellbar.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist durch das Kniegelenk 50 dafür gesorgt,_daß
die Kraft, die von der Feder 59 auf den Stempel 15 ausgeübt wird, um so kleiner
ist, je mehr sich der Stempel ass der dargestellten Zage in Öffnungsrichtung der
Brechscheibe 4 entfernt. Auf diese Weise wird trotz einer die Betriebssicherheit
fördernden Festlegung der Brechscheibe in der normalen Stellung ein praktisch unverfälschtes
Ansprechen bei einem geringen Uberdruck ermöglicht. Der Aufwand für die mit der
Erfindung erreichbaren Verbesserungen ist außerordentlich gering, wie.die Ausführungsbeispiele
erkennen lassen. Ferner können Stempel, nach der Erfindung unter Umständen auch
nachträglich angebracht werden, um die Betrebssicherheit der Brechscheiben zu verbessern.
Auf das Material der Brechscheiben kommt es dabei im Prinzip an. Die Erfiudüng ist
also nicht nur für Metallbrechscheiben, sondern auch für Brechscheiben aus anderen
Stoffen, wie Graphit oder dergleichen, geeignet. Allerdings ist die Erfindung um
so einfacher zu verwirklichen, je größer die Verformung der Brechscheite vor dem
Zerreißen ist. Bei den Ausführungsbeispielen wurde immer angenommen, daß es sich
um: eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage handelt,
bei
der ein Gas mit wenigen Atmosphären Überdruck in dem mit der Brechscheibe verschlossenen
Gehäuse 1 enthalten ist. Die -.rfindung kommt aber darüber hinaus auch für andere
Anwendungsfälle in Betracht, in denen der Druck wesentlich höher ist.
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Der Druck kann auch von Flüssigkeiten herrühren. Solche Anwendungsfälle
können z.B. in der chemischen Industrie vorkommen.