DE2751344A1

DE2751344A1 - Wandstruktur, insbesondere zur verwendung bei tauchgeraeten fuer grosse tauchtiefen

Info

Publication number: DE2751344A1
Application number: DE19772751344
Authority: DE
Inventors: Alistair Leslie Carnegie
Original assignee: Normalair Garrett Ltd
Current assignee: Honeywell Normalair Garrett Ltd
Priority date: 1976-11-18
Filing date: 1977-11-17
Publication date: 1978-05-24
Also published as: CA1060500A; FR2371629A1; FR2371617A1; US4164042A; DE2751345A1; CA1098651A; US4167792A; FR2371617B1; GB1578339A

Description

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Dipl.-lng. A. Wasmeier	3		Dipl.-lng. H. Graf
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	GREFUNGER STRASSE 7 Telefon (0941) 54753
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	SS.

N/p 9237 16. November 1977

Gr/Ja

NORMALAIR-GARRETT (HOLDINGS) LIMITED, Yeovil, Somerset, England Wandstruktur, insbesondere zur Verwendung bei Tauchgeräten für große Tauchtiefen

Die Erfindung betrifft eine Wandstruktur, die zumindest als Teil einer Begrenzungswandung verwendet werden kann, welch letztere mit einem im Vergleich zum Innendruck extrem hohen Außendruck beaufschlagt wird.

Die Erfindung betrifft dabei insbesondere, wenngleich auch nicht ausschließlich, eine Wandstruktur, die speziell fUr die Konstruktion von Begrenzungswänden fUr Geräte geeignet ist, die bei großen Tauchtiefen eingesetzt werden, wobei die Wandstruktur eine Umgebung abgrenzt, deren Druck dem normalen Atmosphärendruck entspricht oder in etwa gleich dem normalen Atmosphärendruck ist. Derartige Tauchgeräte sind beispielsweise TaucheranzUge, Taueherkammern, Taucherglocken oder andere bemannte Einrichtungen sowie unbemannte nach außen hin begrenzte Einrichtungen, die unter den Begriff "Tauchgeräte oder tauchfähige Geräte" fallen. Die Wandstruktur gemäß der Erfindung ist weiterhin auch zur Bildung wenigstens

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eines Teils einer Begrenzung bzw. Begrenzungswandung geeignet, die zur Aufrechterhaltung von Vakuumbedingungen dient.

Bei Tauchtiefen unter 1200 Fuß benötigt ein Taucher fast seine gesamte Energie bzw. Leistung zum Atmen, so daß folgerichtig seine Arbeitsleistung mit zunehmender Tauchtiefe abnimmt. Weiterhin treten bei Langzeitarbeiten unter Druck verschiedene Sofort-Probleme auf, z.B. Probleme bei der Bergung im Falle einer Verletzung, während die Lonozeiteffekte bei derartigen Bedingungen bisher überhaupt noch nicht vollständig bekannt sind. Ein Taucheranzug, der es gestattet, den inneren Druck gleich dem Atmosphärendruck zu halten, wUrde es einem Taucher gestatten, einen hohen Prozentsatz seiner normalen Arbeiten bei Tauchtiefen unter 1200 Fuß auszuführen, wobei viele Gefahren, die hierbei augenblicklich drohen, stark reduziert wurden.

Wesentlich ist jedoch, einen mit Atmosphärendruck arbeitenden Taucheranzug mit einem guten Verhältnis Steifigkeit / Gewicht herzustellen. ; Dies gilt insbesondere fUr die Gliederteile des Anzugs, da bei einer ; einmal eingeleiteten Bewegung eines solchen Gliederteils das Massenträgheitsmoment versucht, das Gliederteil Über das Ziel hinaus zu bewegen, ι wodurch insbesondere die Ausfuhrung schwieriger Arbeiten erschwert wird, sehr zeitaufwendig und ermüdend ist, wenn die Bewegung durch die Körper-

J kraft des Tauchers erfolgt. Im Augenblick werden TaucheranzUge mit einem: j ■

! hohen Verhältnis Steifigkeit / Gewicht dadurch hergestellt, daß Magnesium verwendet wird, wobei jedoch das Risiko in Kauf genommen wird, daß jeder Bruch bzw. Riß in der Schutzschicht des Metalls bei Unterwasserbedingungen zu Korrosionserscheinungen und daait zu einer raschen Zerstörung führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wandstruktur aufzuzeigen, die geeignet ist, wenigstens einen Teil einer Begrenzung zu bilden, die

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/einer hohen Druckdifferenz zwischen eine· äußeren Druck und einem inneren Umgebungsdruck beaufschlagt werden kann, wobei diese Wandstruktur geringes Gewicht aufweist und damit ein hohes Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis besitzt, ohne daß die Risiken, die mit der Verwendung von Magnesium in korrosionsfördernden Umgebungen verbunden sind, in Kauf genommen : werden mUssen. '

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Wandstruktur gemäß der Erfindung so

i ausgebildet, daß diese Wandstruktur ein rohrförmiges Element aufweist, welches on zwei einander diametral gegenüberliegenden Oberflächenseiten abgeflacht ist und wendel- oder schraubenförmig so gewunden bzw. geformt ; ist, daß die abgeflachten Bereiche einander benachbart liegen, daß Mittel! vorgesehen sind, um die abgeflachten Bereiche dichtend miteinander zu ! verbinden, daß das Innere des rohrförmigen Elementes mit einem im wesentlichen nicht kompremierbaren, flexiblen Medium ausgefüllt ist, welches j zumindest dann mit Druck beaufschlagt wird, wenn die Begrenzung mit einem merklichen Differenzdruck zwischen der äußeren Umgebung und dem Inneren der Begrenzung beaufschlagt wird.

Das flexible Medium kann ein flüssiger oder aber ein fester Stoff sein, der dann bei Verwendung beispielsweise durch äußere, auf die Begrenzung einwirkende Druckkräfte mit Druck beaufschlagt wird.

Wird als Medium eine Flüssigkeit verwendet, so kann das Medium zusätzlich noch durch einen Druckverstärker «it Druck beaufschlagt werden, wobei dieser Druckverstärker dann beispielsweise auf den äußeren Umgebungsdruck anspricht.

,Das rohrfärmige Element kann grundsätzlich aus jedem geeigneten Material j bestehen. Es besteht jedoch vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl. Die jerfindungsgenäße Wandstruktur kann weiterhin eine Schutz oberfläche auf-

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weisen, wobei diese Schutzoberfläche z.B. von einem Gummi enthaltenden Polyurethanlack gebildet ist.

Die erfmdungsgemäße ikindstruktur ':nnn einen vollständigen hohlen Körper bilden, oder aber diese Wandstruktur kann verwendet werden, um einen oder mehrere hohle Teile eines hohlen Körpers zu bilden. Die erfindungsgemäße Wondstruktur kann darüber hinaus auch verschiedene Formen aufweisen, die von einem einfachen Rohr zu einem kugelförmigen Körper reichen, z.B. kann der erfindungsgemäße l'andabschnitt einen Gliederteil eines Tcuch^ranzuges bilden oder aber eine Tiefseekugcl.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren ση einem Ausführungsbeispiel näher trläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teilschnittes einer rohrförmigen V/andstruktur, beispielsweise den unteren Armabschnitt eines Taucheranzugs; \

Fig. 2 und 2a in Prinzipdarstellung die Kraftverteilung, die bei einer j rohrförmigen Struktur auftritt, wenn sie mit einem äußeren Drucl. beaufschlagt wird;

j Fig. 4 in Vorderansicht einen Taucheranzug, bei welchem die Erfindung j Verwendung findet. j

Eine V/andstruktur gemäß der Erfindung bzw. der Aufbau einer Wand gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt, und zwar anhand eines unteren Armabschnittes 10 eines Taucheranzuges 11, wie er in Fig. 3 gezeigt ist. Die Wandstruktur besitzt ein rohrförmiges Element 12, welches an zwei einander diametral gegenüberliegenden Oberflächenbereichen abgeflacht ist, bevor dieses rohrförmige Element zu einer dichtliegenden l/endel ι bzw. Raumspirale geformt ist, um einen rohrförmigen Innenraum zu bilden. Die abgeflachten Oberflächen 13 des aus nichtrostendem Stahl hergestell-

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ten rohrförmigen Elementes 12 liegen einander benachbart und sind durch-, gehend durch eine Nicro-Lötung 14 (Nickel-Chrom-Lötung) abgedichtet mit-: einander verbunden. Der Betrag, um den das rohrförmige Element 12 abgeflacht ist, ändert sich mit dem Spulendurchmesser und erhöht sich, selbstverständlich innerhalb praktischer Grenze bei Ansteigen des Spulendurchmessers. So erfolgt beispielsweise bei einem rohrförmigen Element mit '

Durchmesser von 0,5 Zoll (1,2 cm), welches mit einem Innendruck von j

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41 360 kPa (6000 lb.f/in bzw. 420 kg/cm ) in Bodenhöhe bzw. Bodenniveau\ beaufschlagt werden kann und welches nach der Krümmung bzw. Formung zu ! der V.'endel einen Innenraum von 12 cm Durchmesser begrenzt, die Abflachung in der Weise, daß im abgeflachten Bereich der Durchmesser des rohrförmi-j gen Ele-nentes etwa 0,375 Zoll (0,95 cm) beträgt. Die Enden des wendel- i förmig ausgebildeten rohrförmigen Elementes 12 sind jeweils in ringförmi- j

gen Nuten 15 angeordnet, die in End-StUcken bzw. End-Armaturen 16 vorge-j sehen sind, wobei die Enden des rohrförmigen Elementes 12 in diesen ring·+ förmigen Nuten durch eine Nicro-Lötung befestigt sind. Die gesamte Anordnung bestehend aus dem rohrförmigen Element und den zwei End-StUcken 16 stellt eine dichte und druckbeständige rohrförmige Struktur dar. Jede: End-StUck 16 ist mit einer Füllbohrung 17sowie mit einem einschraubbaren Stöpsel 18 versehen, wobei ein Teil der End-Stücke 16 sowie der gesamte Innenraum des rohrförmigen Elementes 12 mit einem im wesentlichen nichtkompremierbaren flexiblen Medium 19 ausgefüllt ist.

Bei der dargestellten AusfUhrungsform wird das flexible Medium 19 von einem Ul gebildet, wobei die Stöpsel 18 das Ausfließen des Öles verhindern Ein Druckverstärker 20 ist an den einen Endstück 16 vorgesehen. Dieser Druckverstärker besteht aus einem Zylindergehäuse mit einem Kolben 21, welch letzterer zwei Köpfe 22 und 23 aufweist, von denen der kleinere Kopf 22 auf das als flexibles Medium dienende Ol einwirkt, während der größere Kopf 23 mit der Druckdifferenz zwischen dem äußeren Umgebungsdrudk und dem Druck im Armabschnitt 10 bzw. mit den Innendruck des Taucheranzugs

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beaufschlagt wird. Leitungen 24 und 25, die durch die Vicnd des Endstückes 16 hindurchreichen, schaffen eine Verbindung für das Vl sowie für die innere Atmosphäre, z.B. für die Luft, die sich im Armabschnitt 10 befindet, an die Kolbenköpfe 22 bzw. 23. Die wirksamen Flächen der Köpfe 22 und 23 sind dabei im Verhältnis zueinander so gewähH, daß ein vorgewähltes Druckverhältnis zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck innerhalb des rohrförmigen Elementes 12 erhalten wird, und zwar angepaßt an die Belastungscharakteristiken des rohrförmigen Elementes 12, beispielsweise ein Druckverhältnis von 6:1.

Die dargestellte Wandstiuktur kann mit einer nicht dargestellten Schutzschicht, beispielsweise mit einer Schutzschicht bestehend aus einem Gummi enthaltenden Polyurethanlack versehen sein.

Wird die Wandstruktur als Armabschnitt 10 des in der Fig. 3 gezeigten Taucheranzugs 11 verwendet, so Übt der äußere Umgebungsdruck eine Drucklast auf die äußere Fläche der Wandstruktur aus, wodurchein Druck in dem im wesentlichen nicht kompremierbaren flexiblen Medium 19 erzeugt wird, und zwar im wesentlichen durch die Längskraft, die auf die Windungen c-'es rohrförmigen Elementes 12 einwirkt. Es ist bekannt, daß die Steifigkeit eines Zylinders, der einem äußeren Druck ausgesetzt wird, proportional zu dem Massen- bzw. Flächenträgheitsmoment des Querschnitts der Zylinder-Uandung ist. Durch die Verwendung des gewendelten rohrförmigen Elementes 12 bei der Bildungder Wandstruktur des Armabschnittes 10 hat die zylinderförmige Wand ein hohes Trägheitsmoment und damit eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht. Ein örtliches bzw. lokales Eindrucken des rohrförmigen Elementes 12 beim Auftreten hoher äußerer Drücke wird durch das Medium 19 verhindert, welches den Innenraum des rohrförmigen Elementes 12 ausfüllt und in welchem durch die äußeren Druckkräfte ein innerer Druck entsteht, der ggf. auch die Kräfte aufnimmt, die in Längsrichtung auf den Armabschnitt 10 wirken bzw. am Ende dieses Armabschnittes einwirken.

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Die Abflachung des 3p iralförmig gewundenen rohrförmigen Elementes 12, die in der radialen Ebene liegt) liefert eine verbesserte Querschnittssteif igkeit, wodurch ein verbesserter VJiderstandgegen eine radiale Belastung des Abschnittes 10 erreicht wird. Dieser Widerstand wird noch dann erhöht, wenn in dem im rohrförmigen Element 12 vorgesehenen Medium 19 ein Druck entsteht, durch welchen Zugkräfte in der Wandung des rohr- . fbringen Elementes erzeugt v/erden. Tn diesen Sinne werden die Längsund Querkräfte, die im rohrförmigen Element bei einem Tauchvorgang aufgrund des Druckes des umgebenden Hassers auftreten, im wesentlichen durah das das rohrförmige Element ausfüllende Medium 19 ausgeglichen* Die Bc^astung-verteilunrj der Wandstruktur ganz allgemein ist in den Fig. 2 und 2a gezeigt.

I_n der Fig. 2 ist ein Abschnitt bzw. Teil des unteren Armabschnittes 10 ;

dargestellt, welcher (Teil) ein Test-StUck bildet, das mit Abschlußkappen an den Enden versehen ist und einen Druckvestärker 20 aufweist. Die ,

Druckverteilung, die bei longitudinalen Belastungen innerhalb des rohr- ι förnigen Elementes auftreten, sind in dieser Figur angegeben, wobei der j innere Druck durch die Pfeile Y und der äußere Druck durch die Pfeile X ! angegeben ist. Figur 2a zeigt einen Querschnitt durch eine der Windunger des rohrförmigen Elementes 12 der Fig. 2, wobei in ähnlicher Weise die inneren sowie äußeren Kräfte bzw. Drücke entsprechend der gezeigten Ring-Belastung mit den Pfeilen Y und X angegeben sind. I

Die wirksame Fläche des kleineren Kolbens 22 des Druckverstärkers 20 steht dabei in Berührung mit dem inneren Druck der von dem dl erzeugt wird, während die gesamte Kolbenfläche des größeren Kolbens 23 mit dem äußeren Druck, der durch das Wasser erzeugt wird, beaufschlagt wird. Die dazwischenliegende ringförmige Ffache am großen Kolbenkopf wird mit : dem inneren Druck des von dem Wandabschnitt eingeschlossenen Raumes odes des Taucheranzugs beaufschlagt« Jedes vorgegebene Verhältnis zwischen

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größeren und ;<itsineren Kolbenflächen führt dazu, daß der innere Druck im rohrförmigen Element 20 entsprechend diesen! Verhältnis in Abhängigkui+ von allen äußeren Drücken versterbt wird. Der innere Druck in dom rohrförmigen Elsmwn⁴: 12 ändert sich demit direkt mit der Belastung, die cuf die '„'andstrut:tür bei Änderung des äuDeron Druckes ausgeübt wird, 30 άσ?ι der innere Druck ciazu fuhrt, das rchrförmige Element 12 in einen erhöhten Zugspannungszustand zu versetzen und dadurch Druckkräfte in. rohrförmigen Element zu verringern, dl»; sonst In -Jierex Fler^ent auftreten v/lirdcn.

Die Struktur gemäß der Erfindung eignet sich für die Verwendung bei einem mit Atmosphärendruck beaufschlagten Taucheranzug(der Innenraum des Taucheranzuges weist Atmosphärendruck auf), wie er in der Fig. 3 gezeigt ist, wobei die Bereiche dieses Taucheranzuges, in welchen die Erfindung vor allem Anwendung finden kann, der obere sowie untere Teil der .Arnie und Beine sowie der Rumpf, nämlich die Teile 26, 10, 27, 28 und 29 sind.

Es versteht sich, daß die oben beschriebene und in den Figuren gezeigte Ausführung selbstverständlich lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt und dass verschiedene Änderungen möglich sind, ohne daß dadurch der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird. Es versteht sich auch, dail die Verwendung des Druckverstärker 20 bei Verwendung eines Mediums 19, welches von öl gebildet wird oder aber 01 enthält vorteilhaft ist. Das rohrförmige Element kann jedoch auch mit einem anderen Medium als mit öl gefüllt sein. Ein anderes, geeignetes Medium ist beispielsweise ein flüssiges Elastomer oder aber Gummi- oder Kautschukmilch, welches bzw. welche dann beispielsweise hohle Glaskugeln mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,025 Zoll (0,635 mm) enthält.

Wird eine Wind struktur gemäß der Erfindung in einem Gerät verwendet, welches Druckleitungen mit kleinem Durchmesser aufweist, so können diese

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ση der Außenfläche des rohrförmigen Elementes oder aber im Inneren des rohrförmigen Elementes angeordnet sein.

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Claims

^ /51344 Patentansprüche

1. λ/andstruktur, die wenigstens einen Teil eines Raumes nach außen begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die V/andstruktur ein rohrförmiges Element (12) aufweist, welches an zwei diametral gegenüberliegenden Oberflächenseiten abgeflacht ist und wendel- oder schraubenförmig so gewunden ist, daß die abgeflachten Bereiche einander benachbart liegen, do3 Mittel (14) vorgesehen sind, um die abgeflachten Bereiche dichtend miteinander zu verbinden, daß das Innere des rohrförmigen Elementes (12 ) mit einem im wesentlichen nicht komprimierboren Medium (19) ausgefüllt ist, und daß Mittel (20) vorgesehen sind, um das im wesentlichen nicht komprimierbare Medium (12) zumindest dann mit Druck zu beaufschlagen, wenn die Begrenzung des Raumes mit einer Druckdifferenz nw"sehen der äußeren und der inneren Umgebung beaufschlagt wird.

2. V/andstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible

Medium (19) ein festes Elastomer ist.

3. V/andstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elasto- I mer hohle Glaskugeln enthält. j

4. Wandstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flexibl Medium eine Flüssigkeit ist.

5. Wandstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssig-·

keit Öl ist. |

6. Wandstruktur nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Druck-* verstärker (20), welcher auf den äußeren Uagebungsdruck anspricht und! welcher auf das flüssige flexible Medium (19) einwirkt. j

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ORIGINAL INSPECTEO

7. Wandstruktur nach «ΐηοϋΐ eier vorhergehenden Ansprüche, gekennre'chn.'rt durch ihre Verwendung zv, I-'ciest als Töii eines ToucHercnzugs (¹ii)

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