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Die
Erfindung betrifft ein Membrandruckausdehnungsgefäß zum Anschließen an ein
Leitungsnetz mit zwei Gefäßhälften, die
in einem umfänglichen
Verbindungsbereich druck- und fluiddicht miteinander verbunden sind,
wobei der von den beiden Gefäßhälften gebildete
Gefäßinnenraum
von einer Membran in einen Wasserraum und einen Gasraum getrennt
ist, wobei der Wasserraum über
einen Anschlussstutzen mit dem Leitungsnetz verbindbar ist.
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Derartige
Ausdehnungsgefäße mit Membranen
dienen zur Aufnahme von Volumenänderungen, beispielsweise
durch druckabhängiges
Ein- und Ausschalten von Pumpen, durch Druckschlagdämpfer oder
auch temperaturbedingt in geschlossenen Flüssigkeitskreisläufen, die
in Wasserversorgungssystemen oder Heizungskreisläufen auftreten.
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Es
werden im Wesentlichen zwei unterschiedliche Ausdehnungsgefäßtypen unterschieden, nämlich Gefäße mit zwei
Gefäßhälften und
einer flachen bzw. halbschalenförmigen
Membran, sowie ein- oder
zweiteilige Gefäße mit einer
blasenförmigen Membran,
die mit ihrem Öffnungsrand
in den Wasseranschlussstutzen des Ausdehnungsgefäßes eingesetzt ist und den
Wasserraum bilden.
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Bei
Ausdehnungsgefäßen mit
flacher bzw. halbschalenförmiger
Membran gibt es unterschiedliche Gefäßformen, wobei in erster Linie
zwischen Flachgefäßen, die
z.B. in Wandheizthermen eingesetzt werden, und zylindrischen bzw.
kugelartigen Gefäßen unterschieden
wird. Diesen beiden Gefäßtypen ist
gemeinsam, dass der Gefäßinnenraum durch
eine flache bzw. halbschalenförmige
Membran aus einem elastomeren Material in einen Wasser- und einen Gasraum
unterteilt wird, wobei die Membran gleichzeitig als Abdichtelement
zwischen den beiden Gefäßhälften dienen
kann. Eine solche Lösung
ist z.B. in DE-A 28 14 162 gezeigt. Von wesentlichem Nachteil bei
diesen seit langem bewährten Ausdehnungsgefäßen ist
vor allem, dass sich bei Membranen aus einem elastomeren Material,
insbesondere über
eine lange Zeitdauer, ein gewisser Permeationseffekt nicht vermeiden
lässt,
so dass aus dem Gasraum Gas in den Wasserraum und damit in das Leitungsnetz
eindringen kann, was insbesondere bei Heizungskreisläufen unerwünscht ist.
Dadurch verringert sich auch das Gasvolumen im Gasraum, was eine
Wartung erforderlich macht, da eine Nachbefüllung notwendig ist. Dies ist
mit entsprechendem Aufwand verbunden. Ferner sind solche Membranen in
der Regel nur bis zu einer Temperatur in einer Größenordnung
von bis zu 70° C
geeignet, bei höheren Wassertemperaturen
gewährleisten
sie keine Trennfunktion mehr. Von weiterem Nachteil bei diesen bekannten
Ausdehnungsgefäßen ist
die relativ aufwändige
Montage, insbesondere im Verbindungsbereich zwischen den beiden
Gefäßhälften, vor
allem wenn, wie in DE-A 28 14 162 gezeigt, der Umfangsrand der Membran
gleichzeitig als Dichtelement verwandt wird. Die beiden Gefäßhälften sind
dann im Verbindungsbereich unter ausreichender, aber nicht zu starker
Einklemmung des Umfangsrandes der Membran mittels eines zusätzlichen
Dicht- bzw. Klemmringes miteinander verbunden, der das Ausdehnungsgefäß außenseitig
umgibt. Diese Art der Verbindung der Gefäßhälften unter Einbindung der
Membran ist offensichtlich relativ aufwändig.
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Bei
Ausdehnungsgefäßen mit
einer blasenförmigen
Membran ist es seit langem aus DE-A 29 05 887 A1 bekannt, den Wasserraum
von einer faltenbalgartigen Membran aus einer Metallfolie zu bilden, welche über einen
Membrananschluss dicht mit der Innenwand des Ausdehnungsgefäßes verbunden
ist. Eine solche faltenbalgartige Metallmembran hat sich aber in
der Praxis nicht durchgesetzt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Membrandruckausdehnungsgefäß so weiter zu
entwickeln, dass eine Per meation von Gas aus dem Gasraum in den
Wasserraum zuverlässig
vermieden wird, ohne dass dadurch der Herstell- und Montageaufwand
nennenswert vergrößert wird.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Membrandruckausdehnungsgefäß der eingangs
bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Membran aus einem wenigstens zweischichtigen Verbundwerkstoff
mit einer ersten Schicht aus einem elastomeren Material und einer
mit der ersten Schicht verbundenen zweiten Schicht aus einer Metallfolie besteht.
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Es
steht somit ein Membrandruckausdehnungsgefäß zur Verfügung, dessen Membran aus einem
wenigstens zweischichtigen Verbundwerkstoff besteht, dabei dient
die zweite Schicht aus einer Metallfolie als Diffusionssperre, wodurch
eine Gaspermeation durch die Membran ausgeschlossen ist. Somit kann
Gas aus dem Gasraum nicht in das Leitungsnetz eindringen, eine spätere Nachbefüllung sowie
ein Gasfüllventil
sind somit entbehrlich, der entsprechende Wartungsaufwand entfällt. Ferner kann
jedes beliebige Gas oder Gasgemisch verwendet werden, insbesondere
auch Luft, so dass eine kostenintensive Stickstoffbefüllung entfällt, die
bei bisherigen Ausdehnungsgefäßen dieser
Art notwendig war. Bei der Herstellung der Membran dient die elastomere
Schicht als Trägerschicht,
auf welche, z.B. durch Bedampfung oder Coextrusion, die metallische
Schicht aufgebracht wird. Eine solche Verbundmembran arbeitet einwandfrei,
die Metallfolie kann äußerst dünn sein,
ohne dass beim Befüll-
oder Entleervorgang durch Ein- oder Ausströmen von Wasser aus dem oder
in das Leitungsnetz eine Beschädigungsgefahr
besteht, da die Metallfolie auf der elastomeren Trägerschicht
angeordnet ist.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Membran einen
dreischichtigen Aufbau aufweist, wobei die dritte Schicht aus einem
elastomeren Material besteht. Die Metallfo lie ist dann beidseitig
in eine elastomere Schicht eingebettet, so dass auch nicht korrosionsbeständige Metalle
eingesetzt werden können.
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Bevorzugt
besteht die wenigstens eine elastomere Schicht in an sich bekannter
Weise aus Kunststoff.
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Die
Metallfolie ist bevorzugt eine Aluminiumfolie.
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Das
erfindungsgemäße Membrandruckausdehnungsgefäß mit einer
Membran aus dem vorbeschriebenen Verbundwerkstoff ist für beide
eingangs beschriebenen Gefäßtypen geeignet.
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So
ist nach einer ersten Ausgestaltung bevorzugt vorgesehen, dass die
Membran blasenförmig ausgebildet
ist und mit ihrem Öffnungsrand
an den Anschlussstutzen angeschlossen ist.
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Alternativ
ist nach einer zweiten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Membran
als flache bzw. halbschalenförmige
Membran ausgebildet ist, welche mit ihrem Umfangsrand in den Verbindungsbereich zwischen
den beiden Gefäßhälften eingebunden
ist. Bei dieser Ausgestaltung ist ein zusätzliches Dichtelement zwischen
den beiden Gefäßhälften entbehrlich.
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Bevorzugt
ist dabei vorgesehen, dass die beiden Gefäßhälften im Verbindungsbereich
unter Einklemmung des Membranrandes formschlüssig miteinander verbunden
sind.
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Alternativ
ist vorgesehen, dass die beiden Gefäßhälften unter Einschluss des
Membranrandes stoffschlüssig
miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann insbesondere durch
Verkleben, ggf. auch durch Verschweißen erfolgen, z.B. so, wie
dies grundsätzlich
z.B. aus
DE 100 01
542 A1 bekannt ist.
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Um
bei Einsatz einer flachen bzw. halbschalenförmigen Membran die im Betrieb
des Ausdehnungsgefäßes notwendigen
Volumenänderungen optimal
erreichen zu können,
ist bevorzugt vorgesehen, dass die Membran eine Kontur aufweist,
die an die Kontur der den Wasserraum begrenzenden Gefäßhälfte weitestgehend
angepasst ist. Im Ruhezustand liegt dann die Membran an der Innenwandung der
den Wasserraum begrenzenden Gefäßhälfte an, das
Volumen des Wasserraumes ist somit vernachlässigbar, das volle Innenvolumen
des Ausdehnungsgefäßes ist
vom Gasraum ausgefüllt,
das mit einem unter vorgegebenem Überdruck stehende Gas, insbesondere
Luft, befüllt
ist. Tritt aus dem Leitungsnetz Wasser in das Ausdehnungsgefäß ein, stülpt sich
die Membran in den Innenraum des Ausdehnungsgefäßes um.
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Um
eine möglichst
gleichmäßige Belastung der
Membran zu erreichen, ist dabei vorgesehen, das die Eintrittsöffnung in
den Wasserraum etwa zentral gegenüberliegend zur Membran angeordnet
ist.
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Dies
kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Eintrittsöffnung integraler
Bestandteil des der Membran gegenüberliegend angeordneten Wasseranschlussstutzens
ist, d.h. die Eintrittsöffnung
ist gleichzeitig das offene Ende des Anschlussstutzens.
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Ist
eine zentrale Anordnung des Wasseranschlussstutzens konstruktiv
bedingt nicht möglich, sondern
nur eine seitliche Anordnung des Anschlussstutzens realisierbar,
kann alternativ die Eintrittsöffnung
integraler Bestandteil eines im Wasserraum angeordneten Zuführungsrohres
sein, welches in den Wasseranschlussstutzen mündet.
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Alternativ
kann auch vorgesehen sein, dass die Eintrittsöffnung integraler Bestandteil
eines außerhalb
angeordneten Zuführungsrohres
ist, welches an die den Wasserraum begrenzende Gefäßhälfte angeschlossen
ist.
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Dieses
Zuführungsrohr
kann starr ausgebildet sein oder flexibel. In letzterem Falle kann
es von einem Schlauch gebildet sein.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese
zeigt jeweils im Schnitt in:
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1 ein
Membrandruckausdehnungsgefäß mit einer
blasenförmigen
Membran ohne Wasserbeaufschlagung,
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2 in
vergrößerter Darstellung
einen Querschnitt des Aufbaus der Membran,
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3 ein
Membrandruckausdehnungsgefäß mit einer
flachen bzw. halbschalenförmigen
Membran ohne Wasserbeaufschlagung,
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4 das
Ausdehnungsgefäß nach 3 mit
Wasserbeaufschlagung,
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5 in
teilweise vergrößerter Darstellung eine
Ausführungsform
des Verbindungsbereiches der beiden Gefäßhälften des Ausdehnungsgefäßes,
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6 ebenfalls
in teilweiser Darstellung eine gegenüber der 5 abgewandelte
Ausführungsform
des Verbindungsbereiches,
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7 ebenfalls
in teilweiser Darstellung eine weitere Ausführungsform des Verbindungsbereiches,
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8 noch
eine weitere Ausführungsform des
Verbindungsbereiches,
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9 eine
gegenüber
der 3 abgewandelte Ausführungsform mit Wasserbeaufschlagung und
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10 ein
weitere alternative Ausgestaltung.
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Ein
Membrandruckausdehnungsgefäß ist in 1 allgemein
mit 1 bezeichnet. Dieses Membrandruckausdehnungsgefäß 1 ist
bei den Ausführungsbeispielen
als Flachgefäß ausgebildet
und z.B. zum Einsetzen in eine Wandtherme geeignet. Es kann aber
auch eine andere geometrische Gestaltung aufweisen, wenn es z.B.
in Verbindung mit einem Heizkessel eingesetzt wird.
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Das
Membrandruckausdehnungsgefäß 1 weist
zwei halbschalenförmige
Gefäßhälften 2, 3 aus Metall
auf. Die beiden Gefäßhälften 2, 3 können grundsätzlich jede
beliebige geometrische Form aufweisen, z.B. auch oval oder eckig.
Die Gefäßhälften 2, 3 sind
in einem allgemein mit 4 bezeichneten umfänglichen
Verbindungsbereich druck- und fluiddicht miteinander verbunden,
beispielsweise entsprechend den in den 5 und 6 dargestellten
Ausgestaltungen, auf die nachfolgend noch näher eingegangen wird.
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In
der Gefäßhälfte 2 ist
ein Anschlussstutzen 5 zum Anschließen des Membrandruckausdehnungsgefäßes 1 an
ein nicht dargestelltes Leitungsnetz angeordnet. An diesen Anschlussstutzen 5 ist druck-
und gasdicht der Öffnungsrand
einer blasenförmigen
Membran 6 angeschlossen. Diese Membran 6 besteht
aus einem wenigstens zweischichtigen Verbundwerkstoff, in 2 ist
ein dreischichtiger Aufbau dargestellt, nämlich mit einer ersten Schicht 6a aus
elastomerem Material, einer zweiten Schicht 6b aus einer
Metallfolie und einer dritten Schicht 6c, wiederum aus
einem elastomeren Material. Das elastomere Material ist bevorzugt
ein geeigneter Kunststoff, die Metallfolie besteht bevorzugt aus
Aluminium.
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Eine
solche Membran 6 aus einem zwei- oder dreischichtigen Verbundwerkstoff
kann vorzugsweise durch Bedampfung der ersten Schicht 6a mit Metall
oder Coextrusion hergestellt werden.
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Aufgrund
der eingebetteten oder einseitigen Schicht 6b aus Metallfolie
weist die Membran eine Diffusionssperrschicht auf, d.h. Gas kann
nicht durch die Schicht 6b aus Metallfolie hindurchdiffundieren.
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Das
Innere der Membran 6 bildet, wie bei derartigen Membrandruckausdehnungsgefäßen üblich, den
Wasserraum 7 und steht über
den Wasseranschlussstutzen 5 mit dem Leitungsnetz in Verbindung.
Der restliche Innenraum des Membrandruckausdehnungsgefäßes 1 bildet
den Gasraum 8. Dieser Gasraum 8 ist mit einem
unter einem vorgegebenen Überdruck
stehenden Gas, z.B. Luft, gefüllt. Dazu
ist eine Gasbefüllöffnung 9 vorgesehen,
die z.B. mittels eines einfachen Stopfens oder eines Gasfüllventils 10 verschlossen
ist.
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Wenn
sich das Volumen des Wassers im Leitungsnetz vergrößert, dringt
Wasser durch den Anschlussstutzen 5 in den Wasserraum 7,
d.h. in das Innere der Membran 6 ein, wodurch sich das
Volumen der Membran 6 verändert.
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In
den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform
eines Membrandruckausdehnungsgefäßes dargestellt,
die sich im Wesentlichen durch die geometrische Ausbildung der Membran
unterscheidet. Für
gleiche oder ähnliche
Teile sind dieselben Bezugszeichen wie in den 1 und 2 verwandt.
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Die
hier mit 6' bezeichnete
Membran ist als flache bzw. halbschalenförmige Membran 6' ausgebildet
und mit Ihrem Umfangsrand 13 umfänglich zwischen den beiden
Gefäßhälften 2, 3 gas- und druckdicht befestigt.
Die Membran 6' ist,
wie die Membran 6 beim Ausführungsbeispiel nach 1,
aus einem wenigstens zweischichtigen Verbundwerkstoff gebildet,
d.h. der Aufbau entspricht demjenigen nach 2.
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Bevorzugt
weist die Membran 6' eine
Kontur auf, welche an die halbschalenförmige Kontur der Gefäßhälfte 2 weitestgehend
angepasst ist. Ferner ist sie im Bereich gegenüberliegend zum Anschlussstutzen 5 bzw.
zur Wassereintrittsöffnung 11 in
das Membrandruckausdehnungsgefäß 1 mit
einer zentralen Ausbuchtung 12 versehen, welche beim Wassereintritt
ein möglichst
symmetrisches Ausstülpen der
Membran 6' in
den Gasraum 8 begünstigt.
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In 5 ist
eine Ausführungsform
des Verbindungsbereiches 4 des Membrandruckausdehnungsgefäßes 1 nach
den 3 und 4 dargestellt. In diesem Verbindungsbereich 4 sind
die beiden Gefäßhälften 2, 3 und
die Membran 6' formschlüssig miteinander
verbunden. Dazu ist beispielsweise der stegartige Umfangsrand 2a der
Gefäßhälfte 2 gegenüber dem
stegartigen Umfangsrand 3a verlängert und der stegartige Umfangsrand 2a umgreift
formschlüssig,
z.B. durch Falzen oder dgl., den stegartigen Umfangsrand 3a unter
Einklemmung des stegartigen Umfangsrandes 13 der Membran 6.
Die Dichtfunktion wird dabei bevorzugt durch die wenigstens eine
elastomere Schicht 6a der Membran 6 gewährleistet,
ohne dass es eines zusätzlichen
Dichtelementes bedarf. Zur Ermöglichung
der Verbindung der Umfangsränder 2a, 3a ist
innenseitig ein Stützring 14 eingesetzt,
der als Anlage zur Abstützung dient.
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In 6 ist
eine gegenüber
der 5 leicht abgewandelte Ausführungsform des Verbindungsbereiches
des Membrandruckausdehnungsgefäßes dargestellt,
der in 6 mit 4' bezeichnet
ist. In diesem Verbindungsbereich 4' sind die beiden Gefäßhälften 2, 3 sowie
die Membran 6 am Rand ebenfalls formschlüssig verbunden,
gegenüber
der Ausführungsform
nach 5 sind jedoch die stegartigen Umfangsränder 2a' und 3a' der beiden
Gefäßhälften 2, 3 um
90° abgewinkelt,
so dass der Verbindungsbereich 4' schmaler als bei der Auführungsform
nach 5 ausgestaltet ist.
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In 7 ist
eine weitere Ausführungsform des
Verbindungsbereiches des Membrandruckausdehnungsgefäßes dargestellt,
der mit 4'' bezeichnet ist.
Bei dieser Ausführungsform
sind die hier mit 2a'' und 3a'' bezeichneten stegartigen Umfangsränder der
Gefäßhälften 2, 3 unter
Einbindung des stegartigen Umfangsrandes 13 der Membran 6 derart
ausgebildet bzw. angeordnet, dass sie ohne einen Stützring 14 formschlüssig durch
Falzen oder dgl. verbunden sind.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform, hier
ist der Verbindungsbereich mit 4''' bezeichnet, diese
Ausführungsform ähnelt derjenigen
nach 6, allerdings ist die Ausbildung der Umfangsränder 2a''' und 3a''' der
Gefäßhälften 2 und 3 derart, dass
eine formschlüssige
Verbindung durch Falzen oder dgl. ebenfalls ohne einen zusätzlichen
Stützring möglich ist.
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In 9 ist
eine abgewandelte Ausführungsform
dargestellt, die sich nur geringfügig von der Ausführungsform
nach 3 und 4 unterscheidet, deswegen sind
dieselben Bezugszeichen wie in den 3 und 4 verwandt,
sofern gleiche Teile betroffen sind.
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Im
Unterschied zur Ausführungsform
nach 3 und 4 ist die Eintrittsöffnung 11 nicht
integraler Bestandteil des hier seitlich angeordneten Anschlussstutzens 5', sondern integraler
Bestandteil eines im Wasserraum 7 angeordneten zusätzlichen Zuführungsrohres 15,
welches in den seitlich angeordneten Anschlussstutzen 5' mündet, wobei,
wie dargestellt, das Zuführungsrohr 15 und
der Anschlussstutzen 5' auch
einstückig
ausgebildet sein können.
Das Membrandruckausdehnungsgefäß gemäß 9 ist
im Übrigen
in der wasserbeaufschlagten Situation in Analogie zur 4 dargestellt.
Die Ausführungsform
nach 9 ist insbesondere dann zu verwenden, wenn aufgrund
der Einbausituation des Membrandruckausdehnungsgefäßes eine
zentrale Anordnung des Anschlussstutzens 5 gemäß 3 nicht möglich ist.
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In 10 ist
eine abgewandelte Ausführungsform
der 9 dargestellt. Im Unterschied zur Ausführungsform
nach 9 ist das hier mit 15' bezeichnete Zuführungsrohr
nicht im Wasserraum 7 angeordnet, sondern außerhalb
der den Wasserraum 7 begrenzenden Gefäßhälfte 2. Es ist endseitig
an die in der Gefäßhälfte 2 ausgesparte
Eintrittsöffnung 11 druckdicht
angeschlossen. Dieses Zuführungsrohr 15' kann starr
ausgebildet sein. Es kann aber auch flexibel sein und dann z.B.
von einem Schlauch gebildet sein.
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Natürlich ist
die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen
sind möglich,
ohne den Grundgedanken zu verlassen. So können die beiden Gefäßhälften 2, 3,
wie bereits erwähnt,
auch eine halbkugelartige Form oder eine ähnliche Form aufweisen. Die
Membran 6 weist dann eine entsprechende Form auf.