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Absperrbare Gasfackel für Koksofenvorlagen Die Gasvorlagen von Koksofenbatterien
werden üblicherweise mit sogenannten Gasfackeln ausgestattet, welche die Bestimmung
haben, etwaiges überschüssiges Koksofengas aus der Vorlage in die freie Luft abzulassen,
meistens zugleich zu verbrennen. Eine solche Gasfackel muß natürlich absperrbar
sein, was gewöhnlich durch einen Absperrschieber ermöglicht wird. Die Bedienung
einer solchen Absperrvorrichtung an einer Gasfackel ist immer umständlich und mühsam,
weil sich die Gasfackel oberhalb der Koksofenvorlage, also in sehr großer Höhe angeordnet
befindet und wegen ihrer Bestimmung in der Regel einen verhältnismäßig großen Durchgangsquerschnitt
für das Gas besitzt, der also auch ein entsprechend großes und schweres Absperrorgan
bedingt. `Fenn die Gasfackel auch dazu dienen soll, bei einer Betriebsstörung, etwa
bei einem Stillstand des Gassaugers oder bei einem anderen die regelrechte Gasabfuhr
hemmenden Vorkommnis, das überschüssige Gas möglichst schnell in die freie Luft
abzulassen, so können umständliche und zeitraubende Bedienungsmaßnahmen zum Offenstellen
der Gasfackel Betriebsgefahren verursachen oder sogar, wenn sie womöglich in der
auftretenden Verwirrung ganz unterlassen werden, schwerwiegende Schädigungen der
ganzen Anlage nach sich ziehen.
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Die Erfindung hat zum Ziel, eine absperrbare Gasfackel für Koksofenvorlagen
für den Fall einer Betriebsstörung von der üblicherweise notwendigen Handbedienung
unabhängig zu machen, und erreicht dies durch eine bewegliche Absperrvorrichtung,
die bei Steigerung des Gasdrucks der Vorlage selbsttätig aus der Schließstellung
in die geöffnete, den Gasdurchlaß ermöglichende Stellung übergeführt wird. Sie beruht
also
auf dem -Gedanken, die bei einer Hemmung der Gasabfuhr der Vorlage auftretende Steigerung
des Gasdrucks unmittelbar dazu auszunutzen, um die normalerweise den Gasdurchgang
abschließende Absperrvorrichtung zu öffnen, ohne dafür besondere maschinelle Einrichtungen
zu Hilfe zu nehmen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieses Erfindungsgedankens
ist die Absperrvorrichtung eine über einem Gaszufubrrohr und einer dasselbe umgebenden
Flüssigkeitstasse kippbare, einseitig gelagerte Tauchglücke mit einem daran befestigten
Gegengewicht, die durch Steigerung des Gasdrucks gehoben und umgekippt wird. Bei
richtiger Bauweise und Ausführung genügen schon verhältnismäßig kleine Steigerungen
des Gasdrucks, um mit der dadurch gegebenen mäßig großen Hubkraft die Tauchglücke
so weit anzuheben, daß schon nach einem beschränkten Teilstück des Kippweges ein
völliges Herumkippen der Glocke bis in ihre vorgesehene Höchststellung durch das
weiter herumschwingende Gegengewicht herbeigeführt und diese Endstellung festgehalten
wird. Diese Kippbewegung läuft auch sehr schnell ab, weil die treibende Hubkraft
des Gasdrucks nur über ein sehr kurzes Wegstück, praktisch meist nur wenige Zentimeter,
zu wirken braucht.
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Das Umkippen der .Tauchglücke kann noch mehr erleichtert und beschleunigt
werden, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Oberteil der Tauchglücke
ein ständig gefüllt gehaltenes Flüssigkeitsbecken trägt, das sich beim Kippen entleert.
Da die Glocke beim Hochkippen etwas schräg gestellt wird, muß die Wasserfüllung
des Beckens beim fortschreitenden Kippen durch Auslaufen teilweise verschwinden,
wodurch die einseitig gelagerte Tauchglücke einen Teil ihrer Gewichtsmasse verliert,
d. h. einen Auftrieb erfährt, was zu ihrem schnelleren Kippen beiträgt.
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Weitere erfindungsgemäße Einzelheiten ergeben sich aus der unten folgenden
Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels.
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Die Vorteile des Erfindungsgegenstands liegen in der selbsttätigen,
jeglichen Eingriff von Hand ersparenden Funktion und in der damit gegebenen Betriebssicherheit
begründet. Beim plötzlichen Auftreten einer Betriebsstörung, die in einer Hemmung
der Gasabfuhr der Vorlage zum Ausdruck kommt, wird schon bei einer verhältnismäßig
kleinen Steigerung des Gasdrucks in der Vorlage binnen kürzester Zeit selbsttätig
das Öffnen der Absperrvorrichtung der Gasfackel herbeigeführt und dadurch dem überschüssigen
Gas sofort ein Ausweg in die freie Luft geboten, bevor irgendwelche ernstere Betriebsgefahren
oder Schädigungen eintreten können. Die geschilderte Ausführungsform ist von einfachster
Bauart und sichert wegen des ständigen Flüssigkeitsverschlusses der Tauchglücke
eine durchaus zuverlässige Abdichtung, bedarf daher auch keiner nennenswerten Beobachtung
und Unterhaltung im Betrieb. Wenn bei größeren Ofenanlagen eine Mehrzahl von Gasfackeln
an derselben Vorlage angebracht wird, so treten bei einem Störungsfall alle unabhängig
voneinander in Funktion und beeinflussen sich gegenseitig in keiner Weise, da der
treibende Gasdruck in jeder Stellung der Tauchglücke wesentlich gleich wirkt, wie
aus späteren Beschreibungsangaben hervorgeht.
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In der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
ist Abb. i ein senkrechter Achsenschnitt der vollständigen Gasfackel gemäß der Linie
a-a der Abb. 2, und Abb. 2 ist ein waagerechter Schnitt als Grundrißaufsicht gemäß
der Linie b-b der Abb. i. Die Abb. 3 und q. sind vergrößerte Darstellungen einer
Einzelheit, und zwar ist Abb. 3 ein senkrechter Schnitt nach der Linie c-c der Abb.
= und q. und Abb. q. ein senkrecht zu Abb. 3 stehender Schnitt gemäß deren Linie
d-d, zugleich ein Teilausschnitt der Abb. x.
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Der feststehende Körper der Gasfackel besteht aus dem senkrechten
Gaszufuhrrohr i, dem daran festsitzenden, kastenartigen Gehäuse 2 von quadratischem
Grundriß und dem darüberstehenden Rohrstutzen 3, dessen Fortsetzung nach oben das
(nicht gezeichnete) eigentliche Fackelrohr bildet. Das Gaszufuhrrohr ragt ein Stück
weit nach oben in das Innere des Gehäusekastens 2 hinein und bildet insoweit zusammen
mit dem Gehäuse eine Flüssigkeitstasse q., deren äußerer Flüssigkeitsspiegel bei
5 liegt. Die Höhenlage dieses Spiegels wird durch zwei Überlaufrohre 6 bestimmt,
welche mit j e einem Siphon bei 7 in das Gaszufuhrrohr i einmünden. Innerhalb des
Gehäuses 2 ist über dem Gaszufuhrrohr i und der Flüssigkeitstasse q. die erfindungsgemäße
Tauchglücke 8 kippbar einseitig gelagert. Sie hat nach Abb. 2 eine Grundrißform,
die aus einem Halbkreis in der linken Hälfte und einem Rechteck in der rechten Hälfte
zusammengesetzt ist und aus einem nach oben schwach konisch verjüngten Mantelteil
g und einem oberen Boden io besteht. Dieser Boden liegt etwas vertieft gegenüber
dem obersten, in der Ruhestellung waagerechten Rand der Glocke und einseitig schwach
geneigt, wie aus Abb. i hervorgeht. Hierdurch wird am Oberteil der Glocke ein flaches
Becken 13 gebildet, das zur Anfüllung mit einer Flüssigkeit geeignet ist. Zur Lagerung
der Glocke ist an der Unterkante des in Abb. i und 2 rechtsseitigen Mantelteils
die waagerechte Welle ii mittels angeschweißter flanschartiger Lappen 12 befestigt.
Ihre Abstützung wird im einzelnen an Hand der Abb. 3 und q. beschrieben werden.
Am Glockenboden io ist das einen waagerechten Arm bildende Flacheisen 14 mittels
des Fußes i5 befestigt und ragt durch einen senkrechten Schlitz 16 des Gehäuses
2 ins Freie hinaus. An seinem hier frei liegenden Teil ist das Gegengewicht 17 mittels
einer Schraube 18 verstellbar befestigt. Das äußerste Endstück des Flacheisens 14
besteht aus dem Gewindebolzen ig mit einem darauf verschraubbaren Paar von Muttern
2o. Dieses Mutternpaar bildet ein besonderes, fein verstellbares, verhältnismäßig
leichtes Laufgewicht. Unterhalb des Flacheisens 14 ist an dem Gehäuse 2 der Arm
2r aus Winkeleisen befestigt, der als Stützbegrenzung für das Flacheisen 14. und
damit für das Gegengewicht 17 in der weitest herumgekippten, in Abb. i punktiert
gezeichneten Stellung dient.
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Zur Abstützung der Glocke 8 in ihrer waagerechten Ruhestellung und
zur Festlegung der letzteren dienen die beiden Säulen 22. An der Tauchglücke werden
nach einem weiteren Erfindungsmerkmal die plattenförmigen Schaufeln 23, und zwar
an dem der Welle ii
gegenüberliegenden Rand des Mantels 9, so angebracht,
daß sie in der gezeichneten Ruhelage der Glocke in die Flüssigkeit der Tasse q.
in geringer Tiefe unter ihrem Spiegel 5 eintauchen. Sie können vorteilhaft mit Löchern
2q versehen sein (Abb. 2).
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Die kippbare Lagerung der Glocke 8 ist aus den Abb. 3 und q. unmittelbar
zu erkennen. Die Welle ii ist an beiden Enden mit einer eine Pfanne bildenden Auskerbung
25 versehen, welche auf einer aufwärts ragenden, ziemlich scharfkantigen Schneide
26 aufruht. Der Körper 27 dieser Schneide ruht haltbar befestigt in dem Boden 28
eines taschenartigen Hohlkörpers 29, der als ein Vorbau an dem Gehäuse :2 festgeschraubt
ist. Die eigentlichen Kipplager 25, 26
befinden sich also außerhalb des Gehäuses
2 (vgl. auch Abb. 2). Der Spiegel 5 der Tauchflüssigkeit hat eine solche Höhenlage,
daß das Kipplager 25, 26 in dieselbe untergetaucht und dadurch gegen die Außenluft
abgesperrt ist. Ein Deckel 3o der Tasche 29 ist ein weiterer Schutz gegen schädigende
Einwirkungen, Verschmutzungen u. dgl. aus der Außenluft.
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Oberhalb der Glocke 8 ragt in das Innere des Gehäuses 2 von seiner
Decke her das Flüssigkeitszufuhrrohr 31, das mit dem Absperrventil 32 versehen ist,
in solcher Stellung herein, daß sein Auslauf über dem Glockenboden io und dem von
ihm gebildeten Flüssigkeitsbecken liegt. Dieses Zufuhrrohr 31 dient zur ständigen
Erneuerung der für die Flüssigkeitstasse q. und das Glockenbecken 13 benötigten
Flüssigkeit.
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Beim Betriebe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Zufuhrrohr
31 an eine geeignete Flüssigkeitszufuhr angeschlossen, die am zweckmäßigsten die
gewöhnliche Vorlagenberieselung sein kann. Durch den hiermit bewirkten ständigen
Zufluß einer geeigneten Flüssigkeit, welche Frischwasser, Ammoniakwasser, Gaskühlerkondensat,
Dünnteer od. dgl. sein kann, wird erreicht, daß die Flüssigkeitstasse q. des Gehäuses
und das Becken 13 der Glocke 8 ständig mit dieser Flüssigkeit bis zum Überlaufen
angefüllt sind. Die überschüssige Flüssigkeit wird durch die Überläufe 6, 7 in das
untere Gaszufuhrrohr i und damit in die Koksofenvorlage abgeführt. Die Glocke 8
befindet sich im Ruhezustand in der durch Abb. i dargestellten waagerechten Lage,
wo sie an ihrer linken Seite mit dem unteren Rand auf den beiden Säulen 22 aufruht.
Um diese Lage und zugleich auch das leichte Anheben der Glocke zu sichern, muß der
Schwerpunkt S des ganzen kippbaren Systems, das aus der Glocke 8, dem gefüllten
Becken 13 und dem Arm 1q. mit dem Gegengewicht 17, 2o besteht, durch passende Längenbemessung
des wirksamen Hebelarmes dieses Gegengewichts so eingestellt werden, daß er in einem
verhältnismäßig kleinen waagerechten Abstand r links von der durch die Kippachse
der Welle ii gelegten senkrechten Ebene c-c liegt. Das Mutternpaar 2o kann dabei
zur Feineinstellung dienen. Nähere Zahlenangaben für diese Verhältnisse werden in
dem am Schluß dieser Beschreibung angefügten Rechnungsbeispiel mitgeteilt. In der
Höhenrichtung liegt der Schwerpunkt S um das Maß h oberhalb der waagerechten Kippachse,
das um ein erhebliches Vielfaches größer als der Seitenabstand y ist. Im normalen
Betriebszustand herrscht in dem Gehäuse 2, das durch das aufgesetzte Fackelrohr
mit der Außenluft in offener Verbindung steht, der gewöhnliche Atmosphärendruck,
dagegen in dem Gaszufuhrrohr i, das an die Koksofenvorlage angeschlossen ist, ein
aus dem Auftrieb des Koksofengases herrührender Überdruck, der erfahrungsgemäß praktisch
meist die ungefähre Größe von etwa 5 mm WS besitzt. Demgemäß stellt sich unter der
Glocke 8 in der Flüssigkeitstasse q. ein Flüssigkeitsspiegel 5' ein, der um das
besagte Maß, also verhältnismäßig wenig, niedriger als der außerhalb der Glocke
feststehende Flüssigkeitsspiegel 5 ist. Wenn nun durch irgendeine Betriebsstörung
eine Steigerung des Gasdrucks in der Vorlage und damit in dem Zufuhrrohr i unter
der Glocke 8 eintritt, so muß bei der Erreichung eines bestimmten Maßes dieser Drucksteigerung
das aus der Schwerpunktlage S entspringende Übergewicht der Glocke bzw. des ganzen
kippenden Systems überwunden und die Glocke angehoben werden. Durch diese Anhebung
wird der Schwerpunktabstand r verkleinert, so daß schließlich ein Punkt erreicht
werden muß, wobei der Schwerpunkt senkrecht über der Kippachse der Welle ii liegt.
Die Erreichung dieses Zustands wird noch dadurch beschleunigt, daß die Flüssigkeitsmasse
im Becken 13 der Glocke durch deren Schrägstellung teilweise ausläuft und
damit die Glocke entlastet; diese Entlastungswirkung für das Kippen wird durch die
nach Abb. i einseitig nach links verschobene Verteilung der Beckenflüssigkeit verstärkt.
Da nach dem oben Gesagten der Seitenabstand r des Schwerpunkts S klein gegenüber
dem Höhenabstand h ist, so genügt schon ein kleiner Winkelweg des Kippens, d. h.
eine geringfügige Anhebung der Glocke 8, um den Zustand zu erreichen, wobei der
Schwerpunkt S über die senkrechte Kippachsenebene c-c hinüberschlägt; von da an
kippt die Glocke 8 unter dem Übergewicht der Gegengewichte 17, 2o ganz um, bis die
Endstellung erreicht ist, bei der sich der Gegengewichtshebel 1q. auf den feststehenden
Arm 21 des Gehäuses abstützt: In diesem geöffneten Zustand der Glocke kann das überschüssige
Gas aus dem Zufuhrrohr i, indem es unter der Glocke hinweg einen freien Durchgangsweg
von praktisch gleicher Weite findet, in das Gehäuse 2 nach dem Fackelrohr 3 hin
abströmen und in die Außenluft übertreten.
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Der unter der Glocke 8 wirksame, ihr Heben herbeiführende Überdruck
des Koksofengases wird in der offenen Stellung der Glocke nicht wesentlich vermindert,
weil dieser Druck des Gases bei seinem Strömen hydraulisch zur Schaffung der Geschwindigkeitsdruckhöhen
benötigt wird, welche die zur Aufrechterhaltung der Gasabfuhr dienenden Strömungen
und Umlenkungen des Gases in und unter der Glocke und um sie herum bedingen. Es
kann daher nicht etwa die Glocke nach Erreichung einer gewissen teilweisen Anhebung
und Öffnung in die Ruhestellung zurückfallen.
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Die an der Tauchglocke angebrachten plattenförmigen Schaufeln 23,
die in der Ruhelage in die Flüssigkeit der Tasse q. eintauchen, haben den Zweck,
beim vorübergehenden Auftreten irgendwelcher plötzlicher, also stoßartiger Drucksteigerungen,
die wieder schnell
zurückgehen, das Auslösen der Kippbewegung der
Glocke zu verhindern. Sie verlangsamen infolge ihrer bremsenden Wirkung, solange
sie untergetaucht sind, also über das Anfangswegstück des Kippens, den allerersten
Teil des Kippweges, so daß eine plötzliche Drucksteigerung Zeit hat, wieder abzuklingen,
bevor die Glocke über ein nennenswertes Stück in Bewegung gekommen ist. Wenn beim
Eintritt und Wirken einer dauernden Gasdrucksteigerung die Glocke zunächst über
ihr Anfangswegstück langsam angehoben worden ist und bleibt, so fällt die bremsende
Wirkung der Schaufeln 23 in dem Augenblick weg, wo sie den Flüssigkeitsspiegel 5
nach oben überschreiten.
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Rechnungsbeispiel Für ein Gaszufuhrrohr 1 von 5oo mm fö möge die Glocke
8 einen Durchmesser von 8oo mm besitzen; ihre Grundfläche bei der in Abb. 2 festgelegten
Form ist dann gleich 0,571 m2.
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i. Es wird zunächst eine Flüssigkeitsfüllung des Beckens 13 ganz außer
Betracht gelassen, also nur mit der Glocke und ihrem Gegengewicht gerechnet. Das
Gesamtgewicht dieses kippbaren Systems sei gleich 12o kg, der waagerechte Schwerpunktabstand
r = 40 mm, die Höhe des Schwerpunkts la = Zoo mm.
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Wenn K diejenige aus dem Gasüberdruck P geschaffene Auftriebskraft
ist, welche dem Übergewicht des kippbaren Systems bei seiner Schwerpunktlage S gerade
das Gleichgewicht hält, so muß, da K an einem Hebelarm, bezogen auf die Kippachse,
von 420 mm wirkt, gelten: K-420 = 120-40. Dabei ist K = P - 0,571, also P - 0,571
- 42o = 120 - 40 = 48oo. Daraus folgt:
= 2o kg/m2 oder mm WS.
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Bei einem Gasüberdruck von P = 2o mm WS steht also das System im Gleichgewicht,
d. h. das aus dem aufwärtswirkenden Gasüberdruck resultierende rechtsdrehende Kippmoment
ist gleich dem aus dem Eigengewicht des Systems und seiner Schwerpunktlage S resultierenden
linksdrehenden Kippmoment. Bei einer geringen Vergrößerung des Gasüberdrucks, beispielsweise
bei p = 25 mm WS, wird die Kippbewegung eingeleitet und setzt sich irreversibel
fort, weil das widerstehende Kippmoment des Systems durch die fortschreitende Verkleinerung
des Schwerpunktabstands y immer kleiner, dann Null und weiterhin sogar negativ wird,
während das aufwärts treibende Kippmoment über den ganzen Kippwinkelweg annähernd
konstant bleibt.
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Für die Anfangslage ist treibendes, rechtsdrehendes Kippmoment
| P ' 0571 - 420 = 25 - 0,571 ' 420 = 576o mmkg |
| widerstehendes, linksdrehendes Kipp- |
| moment ................ 12o - 40 = 48oo mmkg |
| überschießendes, kippendes Moment |
| = Diff. = 96o mmkg |
Für die Zwischenlage, wo der Schwerpunkt S senkrecht über der Kippachse liegt, ist
| treibendes, rechtsdrehendes Kipp- |
| moment ....................... = 576o mmkg |
| widerstehendes Kippmoment ...... = o mmkg |
| überschießendes, kippendes Moment = 5760 mmkg |
Das aus dem Gasüberdruck resultierende kippende Moment wird also unter den obigen
Annahmen von der Anfangslage bis zur gekennzeichneten Zwischenlage vom Anfangswert
96o mmkg bis zum Zwischenwert 576o mmkg, und darüber hinaus noch weiter anwachsen.
Der diesem Teilweg entsprechende Kippwinkel ergibt sich aus den Schwerpunktsabständen
zu
i1,4°. Das bedeutet für den linken Rand der Glocke 8 eine Hebung aus der Anfangslage
um
= 164 mm, während dessen gesamte Hebung nach Abb. 1 etwa 25o mm beträgt.
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Die Zeitdauer für das ganze Kippen errechnet sich gleich etwa 1 Sekunde.
Sie ist so kurz, weil die von den Einzelmassen des kippenden Systems durchschrittenen
Wege klein, im Mittel nur einige Zentimeter lang sind.
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2. Es wird eine zusätzliche Wasserfüllung des Bekkens 13 von durchschnittlich
36 mm Höhe und 17 kg Gewicht, deren waagerechter Schwerpunktabstand 400 mm beträgt,
berücksichtigt. Der waagerechte Schwerpunktabstand des Systems wird auf r = 35 mm
eingestellt, was durch eine passende Verschiebung des Gegengewichts 17, 2o nach
rechts möglich ist. Das Gesamtgewicht des Systems ist jetzt, nach obigen Annahmen,
120 + 17 = 137 kg.
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Für die Anfangslage ist dann das widerstehende, linksdrehende Kippmoment
gleich 137 x 35 = 48oo mmkg also ebenso groß wie zu 1.
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Bei gleichgebliebenem Gasüberdruck j@ = 25 mm WS ist, ebenfalls wie
zu 1,
| das treibende, rechtsdrehende Kipp- |
| moment ........................ = 5760
mmkg |
| also das überschießende, kippende |
| Moment........................ = 96o mmkg |
wie oben zu 1.
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Wäre die Schwerpunktlage S innerhalb des Systems selbst unveränderlich,
d. h. würde sich die Wassermasse im Becken 13 wie ein starrer Körper verhalten,
so würde die zu 1 gekennzeichnete Zwischenlage, wo der Schwerpunkt S senkrecht über
der Kippachse steht und das widerstehende Kippmoment des Systems Null wird, nach
einem Kippwinkel von
= o,175=
= 1o° erreicht werden; dies entspräche einer Hebung des linken Glockenrandes von
0,175 - 820 = 144 mm. Es ist jedoch schon nach einer Hebung des linken Glockenrandes
um 44 mm oder der Glockenmitte um 22 mm die Wasserfüllung von 17 kg bis auf restliche
7 kg ausgelaufen und verringert, deren waagerechter Schwerpunktabstand auf 286 mm
verkleinert worden.
Für diese Zwischenlage berechnet sich aber das
totale, widerstehende Kippmoment des Systems wie folgt
| Anfangswert, linksdrehend, laut obigem 4800 mmkg |
| Hierin ist ein linksdrehender Beitrag |
| der Wassermasse enthalten von 17 - 400 |
| = 680o mmkg. |
| Nach der angegebenen Hebung und |
| Wasserverringerung ist dieser Beitrag |
| nur noch 7 - 286 == 2ooo mmkg |
| Verringerung aus dem Wasserbeitrag 4800 mmkg |
| also widerstehendes Kippmoment o |
Dies bedeutet: Schon nach einer Hebung des linken Glockenrandes um 44 mm mit einer
dabei auslaufenden Wasserfüllung ist derselbe Zwischenzustand wie nach einer rechnerischen
Hebung von 144 mm eines gleich schweren Systems ohne Auslaufen einer Wasserfüllung
erreicht, d. h. der Zustand, wo das widerstehende Kippmoment des Systems gleich
1u11 ist und sein Schwerpunkt senkrecht über der Kippachse steht.
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Der entsprechende Kippweg ist also durch die Wasserfüllung auf das
= 0,3 fache verkleinert, und etwa im gleichen Maße ist die Zeitdauer des Umkippens
verkürzt worden.