DE2225857A1

DE2225857A1 - PRESSURE-RESISTANT FLOATING BODIES FOR LARGE DIVING DEPTHS

Info

Publication number: DE2225857A1
Application number: DE19722225857
Authority: DE
Inventors: Richard E Dipl Ing Lamoller
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-05-27
Filing date: 1972-05-27
Publication date: 1973-12-06
Also published as: GB1431924A; FR2189253B3; FR2189253A1

Description

LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH. 6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH. 6 Frankfurt / Main 70, Theodor-Stern-Kai 1

^{HH 7}^⁰ 25. Mai 1972 ^{HH 7} ^ ⁰ May 25, 1972

"Druckfeste Auftriebskörper für große Tauchtiefen""Pressure-resistant floats for great diving depths"

Die Erfindung betrifft druckfeste Auftriebskörper für große Tauchtiefen, die vorzugsweise Kugelform aufweisen.The invention relates to pressure-resistant floats for large Immersion depths, which are preferably spherical.

Bei Fahrzeugen, die für große Wassertiefen bestimmt sind, z.B. Sonden-Fahrzeugen, Tauchkörpern, U-Booten, Torpedos, nimmt das Gewicht der druckfesten Killen einen mit der Sollarbeitstiefe stark anwachsenden Anteil am Gesamtgewicht des Gerätes ein. Mit zunehmendem Killengewicht verringert sich aber die Zulademöglichkeit von notwendigen Geräten wie Sens.oren, Meßgeräten, Nachrichtenverbindungsmitteln und anderen entsprechend, wenn im Inneren des Druckkörpers ein niedriger Druck aufrechterhalten werden muß, um beispielsweise die Mitnahme von Lebewesen zu ermöglichen.For vehicles that are intended for great water depths, e.g. probe vehicles, diving bodies, submarines, torpedoes, the weight of the pressure-resistant kills makes up a proportion of the total weight of the device that increases sharply with the target working depth a. With increasing kill weight, however, it decreases Possibility of loading necessary devices such as sensors, measuring devices, Communication means and others accordingly when maintaining a low pressure inside the pressure hull must be, for example, to enable the transport of living beings.

Es sind Tauchkörper bekannt, deren Auftriebskörper außerhalb der Druckkammer angeordnet sind. Diese Auftriebskörper bestehen beispielsweise aus geschäumten Kunststoffen innerhalb einer leichten Verkleidung mit hydrodynamisch günstigen Eigenschaften. Zur Erhöhung der Druckfestigkeit sind in den Kunststoff des Auftriebskörpers luftgefüllte Glaskugeln eingebracht. Die mitThere are known diving bodies whose buoyancy bodies are outside the pressure chamber are arranged. These floats exist For example, made of foamed plastics within a light cladding with hydrodynamically favorable properties. To increase the compressive strength, des Air-filled glass spheres were introduced into the float. With

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solchen Auftriebsmassen erzielbare Dichte liegt bei ca. 0,5 t/m , Sie können jedoch nicht so druckfest gemacht werden, daß alle auf den Weltmeeren vorkommenden Tiefen mit derart ausgebildeten Tauchgeräten befahrbar sind. Selbst für Wassertiefen von 6000 m, 99% der Weltmeere weisen etwa diese Wassertiefe auf, gibt es bis heute außer schweren druckfesten Hüllenkonstruktionen keine geeigneten Auftriebskörper. Die bisher erhält- j liehen Schaumstoffe sind jedoch nicht druckfest genug, um auch in größeren Wassertiefen verwendet zu werden. Die Verwendung von Leichtbenzin als Auftriebsmittel hat den Nachteil, daß die Kompressibilität ca. doppelt so groß ist wie die des Wassers. Dadurch ergibt sich in großen Tiefen eine Verminderung des Auftriebs. Für ein Auftauchen ist es deshalb erforderlich, entweder zusätzliche Regelzellen vorzusehen oder Ballast, der verloren ist, abzuwerfen.The density achievable for such buoyancy masses is approx. 0.5 t / m, However, they cannot be made so pressure-resistant that all of the depths occurring on the world's oceans have such depths Diving equipment are passable. Even for water depths of 6000 m, 99% of the world's oceans have about this water depth, there are still heavy, pressure-resistant shell constructions to this day no suitable floats. The previously received- j However, borrowed foams are not pressure-resistant enough to to be used also in greater water depths. The use of light gasoline as a buoyancy device has the disadvantage that the compressibility is about twice as great as that of water. This results in a reduction at great depths of buoyancy. For surfacing it is therefore necessary either to provide additional control cells or ballast, the is lost to discard.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Auftriebskörper mit möglichst geringem Eigengewicht zu schaffen, der für die größten Wassertiefen brauchbar ist.The object on which the invention is based is to create a float with the lowest possible weight, which is useful for the greatest water depths.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Auftriebskörper und Druckkammern mit Gas unter einem Druck zu füllen, der etwa dem halben maximalen Außendruck entspricht. Die Art des zur Füllung verwendeten Gases kann aus ökonomischen Gründen für die verschiedenen Tauchtiefen gewählt werden. Für kleine Tauchtiefen genügt beispielsweise Luft oder Stickstoff, für große und größte Arbeitstiefen wird Helium oder Wasserstoff verwendet.To solve this problem, it is proposed according to the invention that the floats and pressure chambers with gas under pressure to be filled, which corresponds to about half the maximum external pressure. The type of gas used for filling can be economical Reasons for the different diving depths can be chosen. For example, air or nitrogen is sufficient for small diving depths, helium or hydrogen is used for great and great working depths.

Die Verwendung solcher Auftriebskörper gestattet den Bau von schwimmfähigen Tauchkörpern bis zu den größten Wassertiefen.The use of such floats allows the construction of buoyant diving bodies up to the greatest water depths.

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Dabei können die erforderlichen Druckkammern und großen Auftriebskörper sowie druckausgeglichene Geräte innerhalb einer Hülle mit günstiger hydrodynamischer Form zusammengestellt werden.The required pressure chambers and large floats can be used as well as pressure-balanced devices assembled within a shell with a favorable hydrodynamic shape will.

Die Zwischenräume zwischen den.Geräten, Druckkammern und großen Auftriebskörpern und der Hülle können mit Auftriebskörpern passender Größe ausgefüllt werden, die ebenfalls unter Druck mit Gas gefüllt sind.The spaces between the devices, pressure chambers and large Buoyancy bodies and the envelope can with buoyancy bodies appropriate size, which are also filled with gas under pressure.

Anstelle einer reinen Gasfüllung kann der Innendruck auch durch Ausschäumen mit einem geeigneten Kunststoff erzielt werden. In den Kunststoff können in an sich bekannter Weise Glashohlkugeln eingebettet sein, um die Druckfestigkeit zu erhöhen.Instead of a pure gas filling, the internal pressure can also be achieved by foaming with a suitable plastic. In The plastic can be embedded in a manner known per se hollow glass spheres in order to increase the compressive strength.

Die Verwendung der Auftriebskörper mit verschiedenen Durchmessern ist nicht an bestimmte Konstruktionen gebunden. Sie gestattet es, .die Hohlräume zwischen der Außenhülle und dem Druckkörper möglichst weitgehend auszufüllen. Die Kugelform ist insbesondere bei Höchstdrücken, also großen Wassertiefen, vorteilhaft, bei niedrigen Drücken können die Zwischenräume, gegebenenfalls unter Einschluß der Außenhülle, direkt als Auftriebskörper ausgebildet werden. Der Innendruck kann dann beispielsweise auch durch das Ausschäumen einer entsprechend bemessenen Menge von schäumbaren Kunststoff erzeugt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Prinzips der Gasdruck-Auftriebskörper bei Sonden-Fahrzeugen und unbemannten Tauchgeräten, weil dort auch die verwendeten Geräte zum größten Teil in Räumen mit Gasdruck untergebracht werden können.The use of floats with different diameters is not tied to specific constructions. It allows. The cavities between the outer shell and the To fill out the pressure body as much as possible. The spherical shape is particularly important at maximum pressures, i.e. great water depths, Advantageously, at low pressures, the interspaces, optionally including the outer shell, can be used directly as a float be formed. The internal pressure can then, for example, also be appropriately dimensioned by foaming Amount of foamable plastic can be generated. It is particularly advantageous to use the principle of gas pressure floats with probe vehicles and unmanned diving equipment, because most of the equipment used is also there can be accommodated in rooms with gas pressure.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen nähere Erläuterungen gegeben werden. - ._..-..More detailed explanations are to be given on the basis of the exemplary embodiment shown in the drawing. - ._..- ..

- 4 30 9 84 9/02 76' , - 4 30 9 84 9/02 76 ' ,

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Das Tauchgerät 1 mit Gasdruck-Auftriebskörpern kann Kugel- oder Torpedoform besitzen. Letztere ist in der Zeichnung dargestellt.The diving device 1 with gas pressure floats can be spherical or torpedo shape. The latter is shown in the drawing.

Das Gerät 1 weist eine verhältnismäßig dünne Außenhaut 2 auf, die beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, Titan, Staitl, glasfaserverstärktem Kunststoff oder Glas hergestellt sein kann. Im Inneren dieser Außenhülle 2 sind ein oder mehrere Druckkörper 3 angeordnet, die zur Aufnahme von Arbeitsgeräten wie Meßgeräten, Sensoren oder Nachrichtenmitteln bestimmt sind. In den Druckkörpern 3 herrscht erfindungsgemäß ein Innendruck P., der etwa dem halben maximalen Außendruck entspricht.The device 1 has a relatively thin outer skin 2, which is made, for example, of an aluminum alloy, titanium, Staitl, glass fiber reinforced plastic or glass can be made. Inside this outer shell 2 are one or more Pressure body 3 arranged, which are intended to accommodate work equipment such as measuring devices, sensors or communication means. According to the invention, there is an internal pressure in the pressure bodies 3 P., which corresponds to about half the maximum external pressure.

Ferner nimmt die Außenhülle 2 einen Energiespeicher 4 und ein Antriebsaggregat 5 auf, die gegebenenfalls unter Druckausgleich direkt im Wasser oder in einer geeigneten Flüssigkeit arbeiten. Das Antriebsaggregat 5 treibt einen Propeller 6. An der Außenhülle können Stabilisierungsflossen 7 und Ruderblätter vorgesehen werden.Furthermore, the outer shell 2 accommodates an energy store 4 and a drive unit 5, which may be pressurized work directly in water or in a suitable liquid. The drive unit 5 drives a propeller 6. On the outer shell Stabilizing fins 7 and rudder blades can be provided.

Schließlich ist der Zwischenraum zwischen der Außenhülle 2 und den Druckkörpern 3 bzw. der Antriebseinheit 4 und 5 erfindungsgemäß mit Auftriebskörpern 8 ausgefüllt, die unter dem gleichen Gas-Innendruck stehen wie der Druckkörper 3·Finally, the space between the outer shell 2 and the pressure bodies 3 or the drive unit 4 and 5 is according to the invention filled with floats 8, which are under the same Internal gas pressure is like the pressure body 3

Für geringe Tauchtiefen kann Luft oder Stickstoff, für große bis größte Tiefen Helium oder Wasserstoff Verwendung finden. Die das Gas enthaltenden Hohlkugeln 8. bestehen aus einem geeigneten Werkstoff, wie beispielsweise einer Titanlegierung.Air or nitrogen can be used for shallow diving depths, and helium or hydrogen for great to greatest depths. The hollow spheres 8 containing the gas are made of a suitable material, such as a titanium alloy.

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Wenn in der druckfesten Innenkammer 3 keine Lebewesen mitgeführt werden müssen, sondern dieser nur zur Aufnahme von Geräten, die meistens ausreichend druckfest sind, zu dienen hat, kann auch die Kammer mit Druckgas ausgefüllt werden. Das hat den Vorteil, daß die Wandung der Kammer nicht für den vollen Druck in der jeweiligen Arbeitstiefe bemessen zu sein braucht. Erfindungsgemäß soll der Gasdruck im Inneren der Auftriebskörper 8 und der Druckkörper 3 etwa gleich der Hälfte des Druckes in der vorgesehenen Arbeitstiefe sein, d.h. p. = l/2 ρ max., wobei p_ den Innendruck und ρ den Außendruck angeben.If no living beings are carried in the pressure-tight inner chamber 3 have to be, but only to accommodate devices that are usually sufficiently pressure-resistant the chamber can also be filled with pressurized gas. This has the advantage that the wall of the chamber is not for the full pressure needs to be measured in the respective working depth. According to the invention, the gas pressure should be inside the buoyancy body 8 and the pressure body 3 approximately equal to the Half of the pressure at the intended working depth, i.e. p. = l / 2 ρ max., where p_ is the internal pressure and ρ is the Specify external pressure.

Bei richtiger Bemessung der Wandstärken bleibt bei diesem Innendruck im Auftriebskörper die Beanspruchung des Materials in zulässigen Grenzen, auch wenn der innere Druck klein ist, z.B. an der Wasseroberfläche. Wird jetzt bei dem so gefüllten Tauchgerät der Außendruck ρ durch Absenken erhöht, so ver-If the wall thicknesses are correctly dimensioned, the stress on the material remains with this internal pressure in the buoyancy body within permissible limits, even if the internal pressure is low, e.g. on the surface of the water. Is now with the so filled Diving device the external pressure ρ increases by lowering it, so

mindern sich zunächst die Spannungen im Material bis auf null, wenn der Außendruck den Wert 1/2 ρ erreicht hat, d.h.the stresses in the material are initially reduced to zero when the external pressure has reached the value 1/2 ρ, i.e.

^amax '^ amax '

ρ = p. ist. Bei einer weiteren Erhöhung des Außendruckes a χρ = p. is. With a further increase in the external pressure a χ

steigt die Materialbeanspruchung widder an bei gleichzeitiger Umkehr der Richtung der Spannungen» Erreicht der Außendruck denthe material stress rises at the same time Reversal of the direction of the tensions »If the external pressure reaches the

Wert ρ ,d.h. ist der Tauchkörper dem Druck in der vorgea maxValue ρ, i.e. is the immersion body to the pressure in the vorgea Max

sehenen Wassertiefe ausgesetzt, so ist der Betrag der Materialspannungen in erster Näherung ebenso groß wie an der Wasseroberfläche. Die bei ρ =s 0 resultierende Materialbelastungexposed water depth, then the amount of material stresses in a first approximation as large as on the surface of the water. The material load resulting at ρ = s 0

wird dem Betrag nach wieder erreicht, wenn ρ = ρ- = 2 p. ^ö * *a *a max *xis reached again according to the amount if ρ = ρ- = 2 p. ^ö * * a * a max * x

ist. Der Außendruck darf also zwischen null und 2 p. schwanken, ohne daß die zulässigen Materialbeanspruchungen überschritten werden.is. The external pressure may therefore be between zero and 2 p. fluctuate without exceeding the permissible material stresses will.

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Der wesentliche mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht darin, daß das Hüllengewicht nur halb so groß ist, wie wenn der Tauchkörper normal (d.h. ohne Innendruck) für die volle Wassertiefe ausgelegt wird. Die Differenz wird um das Gewicht des komprimierten Gases geringer. Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Lösung dadurch, daß durch die bei gleicher maximaler Tauchtiefe leichtere Hülle eine größere Zuladung möglich wird, während demgegenüber bei den bisherigen Ausführungen der Druckkörper häufig so schwer wird, daß er nur noch eine geringe Zuladung verträgt, bzw. gar nicht mehr schwimmfähig ist.The main advantage that can be achieved with the invention is that the shell weight is only half as large as when the immersion body normal (i.e. without internal pressure) is designed for the full water depth. The difference will be the weight of the compressed gas less. The solution according to the invention is particularly advantageous in that it is lighter with the same maximum immersion depth Envelope a larger payload is possible, while in contrast to the previous designs, the pressure hull is often so heavy, that it can only tolerate a small load, or that it can no longer swim at all.

Anhand einer Rechnung kann dieser Zusammenhang verdeutlicht werden.This relationship can be clarified with the help of an invoice.

Hohlkugel, Belastung bei Außen- und Innendruck:Hollow sphere, load with external and internal pressure:

= 3 (P_a - P* >= 3 (P _a - P *>

2 (12 (1

daraus:from it:

=1 -= 1 -

V-a V-a

IIII

3.3.

V-V. a χV-V. a χ

: .Sl: .Sl

G + G. m χG + G. m χ

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/l·* = Spannung / l * = voltage

= Außen-Durchmesser = Innen-Durchmesser= Outside diameter = inside diameter

= Außendruck= External pressure

= Innendruck = Normaldruck = Außen-Volumen == Innen-Volumen= Internal pressure = normal pressure = external volume == inside volume

- Mantel-Volumen - Sheath volume

= Dichte di Mantelmateriai= Density of the jacket material

= Gasdichte bei ρ= Gas density at ρ

*o*O

= Result. Dichte des Druckkörpers= Result Density of the pressure hull

= Wasserdichte= Watertightness

= Nutzlast (dichte) Faktor= Payload (density) factor

- Wandstärke - wall thickness

Beispiel (la); (ohne Innendruck) Example (la); (without internal pressure)

Hochfester Stahl 4lCr4; /T_{n o} = ; P = 7,84 *High strength steel 4lCr4; / T _no =; P = 7.84 *

mm ^m3 mm ^m3

D
aD.
a 6 kp6 kp = 1500= 1500 ,88750 J, 88750 J. D.D. V
aV.
a It · QIt Q ^pa
D ^p a
D. ^Di ^D i mm
i .3mm
i .3 14411441 ,0 mm ;, 0 mm; D
aD.
a V.
1V.
1 = 0,9610 = 0.9610 ^DD. 2s2s aa 5858 ,5 nun, 5 well V
mV.
m 17672 dm³ 17672 dm ³ = 0,15= 0.15 ,5 mm, 5 mm G
mG
m 15684 dm³ 15684 dm ³ ^GN ^G N = 262= 262 t/m³ t / m ³ 198,8 dm'³ 198.8 dm ' ³ kgkg 1558 kg1558 kg a 0,88 t/m³ a 0.88 t / m ³

Beispiel (lb): (mit Innendruck, Helium) Daten wie bei (la), jedoch p. = ^pa = Example (lb): (with internal pressure, helium) data as for (la), but p. = ^p a =

Gas: Helium, j = 0,1786 kg/m bei ρ = 1,0332 kp/cm*Gas: helium, j = 0.1786 kg / m at ρ = 1.0332 kp / cm *

D. D.D. D.

( -jp )■* = 0,94375; -—- = 0,98089(-jp) ■ * = 0.94375; -—- = 0.98089

a aa a

D = 1500,0 mm V= 1767,2 dm³ D = 1500.0 mm V = 1767.2 dm ³

D. = l471,3 mm V. = 1667,8 dm³ D. = 1471.3 mm V. = 1667.8 dm ³

2s = 28,7 mm2s = 28.7 mm

t/m³ t / m ³

£_N = 0,54 t/m³ G_n = 954 kg £ _N = 0.54 t / m ³ G _n = 954 kg

V
mV.
m 99,99 4 dm³ 4 dm ³ G
m
G.
1G
m
G.
1 779
87779
87 kg
kgkg
kg G
SG
S. 868868 kgkg

^ " 3,65 ^UNa^ "3.65 ^U Na

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71/6071/60

Beispiel (2a) : (ohne Innendruck) Example (2a): (without internal pressure)

Titanlegierung TiCr5AI3; ξ' = 4,6 t/m³ Titanium alloy TiCr5AI3; ξ '= 4.6 t / m ³

—' in-' in

aa DD. 2
=110 kp/mm ;2
= 110 kgf / mm; ->m-> m — 2
J_{0 2} =77 kp/mm ;- 2
J ₀₂ = 77 kgf / mm; »³ » ³ ίο, 2ίο, 2 D_± D _± = 6 kp/mm ; ρ.= 6 kg / mm; ρ. ^= 0,7^ = 0.7 _r = 1,03 t/i _r = 1.03 t / i PaPa 2s2s -) ³ = 0,88312;-) ³ = 0.88312; = 0; ^= 0; ^ dm³ dm ³ = 1500,0 mm= 1500.0 mm D
aD.
a 1767,21767.2 dm³ dm ³ = 1439,1 mm= 1439.1 mm V
aV.
a 1560,61560.6 dm³ dm ³ = 6o,9 mm= 6o, 9 mm ^Vi ^V i = 206,6= 206.6 V
mV.
m

J_k = 0,54 t/m³
^_n = 0,49 t/m³ J _k = 0.54 t / m ³
^ _n = 0.49 t / m ³

G_x. = 87Ο kgG _x . = 87Ο kg

kgkg

Beispiel (2b): (mit Innendruck, Wasserstoff) Example (2b): (with internal pressure, hydrogen)

Daten wie bei (2a), jedoch p. =Data as in (2a), but p. =

2 = 3 kp/mm ί2 = 3 kp / mm ί

Gas: Wasserstoff; 5 _G = 0,08987 kg/m³ bei p_Q = 1,0332 kp/mmGas: hydrogen; 5 _G = 0.08987 kg / m ³ at p _Q = 1.0332 kp / mm

0,94156;0.94156;

1500,0 mm l470,2 mm1500.0 mm 1470.2 mm

29,8 mm29.8 mm

0,29 t/m³ 0,74 t/m³ 0.29 t / m ³ 0.74 t / m ³

1301 kg1301 kg

. 1.50 . 1.50

0,98010.9801

1767,2 dm³ l6O3,9 dm³ 1767.2 dm ³ l6O 3.9 dm ³

103,3 dm103.3 dm

475 kg 44 kg475 kg 44 kg

519 kg519 kg

HH 71/60HH 71/60

Die Rechnung zeigt, daß das Tauchgerät mit Innendruck eine erhebliche Vergrößerung der Nutzlast zuläßt· Wenn aus Sicherheitsgründen die Belastung JQ% unter Λ*_{n o} bleiben soll, so ist im Falle des Beispiels 1 bereits bei einer Wassertiere von 49OO m keine Zuladung mehr möglich. Die gleiche Materialbelastung bei einem Tauchgerät mit Heliumfüllung unter Innendruck vorausgesetzt, ermöglicht die Mitnahme einer Nutzlast von 707 kg sogar noch bis zu einer Wassertiefe von 6OOO m.The calculation shows that the diving device with internal pressure allows a considerable increase in the payload · If, for safety reasons, the load JQ% should remain below Λ * _no , then in the case of example 1 no additional load is possible even with an aquatic animal of 4900 m. Assuming the same material load in a diving device with helium filling under internal pressure, it is possible to carry a payload of 707 kg even up to a water depth of 600 m.

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Claims

4ο4ο

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PATENT CLAIMS

. Have ^ flameproof buoyancy bodies for large water depths, the ^v ^ preferably spherical shape, characterized in that the buoyancy bodies and the pressure chambers (3) are filled with a suitable gas under pressure, which corresponds to approximately half the maximum outer-Arbexts printing.

2. float according to claim 1, characterized in that the compressed gas filling depending on the working depth from air, helium, Hydrogen or the like.

3. float according to claim 1, characterized in that the internal pressure is generated by foaming a sufficient amount of a Jgeeijrneten plastic with a suitable propellant gas.

it »Use of floats according to claim 1 for the construction of Immersion bodies, characterized in that the spaces between the devices inside and an outer skin through Buoyancy bodies (8) of suitable diameter are filled.

5. float according to claim 1, characterized in that the internal pressure is generated by pumping in a light liquid.

LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH.

309849/0276