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Schwimmdach für einen Flüssigkeits-Lagertank
Die Erfindung betrifft
die Dichtungs- und Zentrierungseinrichtung an einem Schwimmdach für Tanks zur Lagerung
von Flüssigkeiten, beispielsweise Benzin oder ähnlichen Treibstoffen.
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Es ist bekannt, daß die Dichtmittel um das Schwimmdach herum bis
zu den Innenwandungen des jeweiligen Tanks reichen müssen, um Verdunstungsverluste
zu verhindern. Dabei muß das Schwimmdach insbesondere gegen seitlichen Winddruck
und ähnliche äußere Einwirkungen zentriert sein, um nachteilige Einflüsse auf die
Dichtung oder andere Teile der Gesamteinrichtung auszuschließen.
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Zu diesem Zweck ist es bekannt, zur Zentrierung eine Anzahl geeigneter
Druckhebel vorzusehen.
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Jeder dieser Druckhebel ist am einen Ende beweglich gegenüber dem
Schwimmdach gelagert und am entgegengesetzten Ende gewichtsbelastet unter dem Schwimmdach
angeordnet, wobei das zwischenliegende Teil auf die Dichtung wirkt, und zwar direkt,
ähnlich einem Kniehebel oder indirekt durch ein zusätzliches Gelenksystem, welches
gleichzeitig
dazu dienen kann, das Gewicht der Dichtung zu tragen.
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Diese Hebelsysteme haben den Nachteil, daß sie entweder dauernd oder
mindestens bei seitlicher Verlagerung des Schwimmdaches insbesondere unter Winddruck
mit dem scharfen Knie ihrer Druckhebel und praktisch gleichbleibender Entfernung
zum Lagerpunkt am Schwimmdach anliegen, so daß bei der labilen Gleichgewichtslage
des gesamten Hebelsystems bei Einwirkung von i-nsbesondere seitlichen Kräften die
dabei aus der Lageveränderung der Gewichte der Druckhebel resultierenden Momente
die Tendenz zur seitlichen Verlagerung des Schwimmdaches unterstützen und keinesfalls
auf die Rückführung des Schwimmdaches in die zentrierte Mittellage hinwirken.
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Sind dabei entsprechend einem älteren Vorschlag die das Schwimmdachgewicht
aufnehmenden Trägerarme und die zur Zentrierung des Schwimmdaches vorgesehenen D
ruckhebel zu einem einheitlichen Hebelsystem formschlüssig verbunden, so tritt zusätzlich
eine gegenseitige Behinderung im Bewegungsablauf beider Hebeltypen unter der Einwirkung
äußerer Kräfte auf, wodurch die angestrebte Zentrierwirkung auf das Schwimmdach
nachteilig beeinflußt wird.
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Mit der Erfindung sind diese Nachteile behoben.
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Das zur Zentrierung des Schwimmdaches vorgesehene System besteht in
an sich bekannter Weise aus den das Schwimmdachgewicht aufnehmenden Trägerarmen
und am freien Ende unterhalb des Schwimmdaches gewichtsbelasteten D ruckhebeln.
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Jeder Druckhebel bzw. Puffer weist erfindungsgemäß zwischen seiner
Lagerstelle einerseits und dem gewichtsbelasteten Ende andererseits einen nach außen
gebogenen Druck- bzw. Pufferteil auf, der sich anschließend an die Lagerstelle des
Druckhebels am Schwimmdach mit im wesentlichen gleichförmiger Krümmung nach auswärts
und abwärts bis zu einem an der Dichtmanschette anliegenden und infolge der Krümmung
von der horizontalen Lage des Schwimmdaches abhängigen Punkt erstreckt.
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Auf diese Weise wird eine Veränderung des Lastarmes derart erreicht,
daß bei der Annäherung des Schwimmdaches an die Dichtung eine mehr als proportional
gesteigerte Endkraft von dem den Hebel belastenden gleichmäßigen Gewicht auf das
Schwimmdach ausgeübt und dieses damit wieder in die zentrierte Ausgangslage zurückgeführt
wird.
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Der mit dem neuen Gewichts- und Hebelsystem erreichte Dichtungs-
und Zentriereffekt übertrifft denjenigen der bisher bekannten Systeme mit gewichtsbelasteten
Hebeln und ist auch gegenüber denjenigen Einrichtungen überlegen, welche für den
genannten Zweck mit Hilfe von federbelasteten Druckhebeln arbeiten.
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Die Konstruktion und die Unterhaltungskosten der erfindungsgemäßen
Einrichtung sind höchstens den bekannten Systemen mit gewichtsbelasteaen Hebeln
gleich und beträchtlich geringer als diejenigen Einrichtungen, die mit federbelasteten
Druckhebeln arbeiten.
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Diese und andere Vorteile des erfindungsgemäßen Hebelsystems sind
an Hand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In der Zeichnung stellt dar Fig. I einen Längsschnitt durch einen
Teil einer Schwimmdacheinrichtung nach der Erfindung, Fig. 2, ebenfalls im Längsschnitt,
einen anderen Teil der Schwimmdacheinrichtung nach Fig. I, Fig. 3 eine graphische
Darstellung der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Mechanismus erreichbaren Kräfte,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Draufsicht auf ein Schwimmdach nach Fig.
I, 2 und 7, Fig. 5 ein Kräftediagramm eines Trägerarms nach Fig. 2, bei der die
in Fig. 3 dargestellten Kräfte zum Teil eingezeichnet sind, Fig. 6 eine der Fig.
5 ähnliche Darstellung der Druckhebel nach Fig. I, wobei die in Fig. 3 dargestellten
zusätzlichen Kräfte eingetragen sind, und Fig. 7 einen den Fig. I und 2 entsprechenden
Längsschnitt, welcher eine etwas abgeänderte Ausbildung sowohl der Druckhebel als
auch der Tragarme zeigt.
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Zunächst sei auf die Fig. I bis 6 eingegangen.
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Das aus einem Hohlzylinder mit Boden D und Mantel R bestehende Schwimmdach
F schwimmt auf der Flüssigkeit, welche in den Tank T eingefüllt ist, z. B. Benzin.
Der Boden D des Schwimmdaches F bedeckt die Flüssigkeitsoberfläche L bis auf eine
schmale, vorliegend kreisringförmige Spalte P. Das durch diese Spalte erreichte
Freiliegen ermöglicht eine sehr wirtschaftliche Fertigung des Tanks T und vor allen
Dingen des Schwimmdaches F ohne allzu große Genauigkeit.
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Um Gasverluste aus dem freien Ringraum nach außen zu vermeiden, ist
der Spalt durch eine biegsame Dichtung S abgeschlossen, welche durch eine kreisförmige
ausgeschnittene Membran aus Gummi oder ähnlichem Werkstoff gebildet ist.
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Der Innenrand dieser Membran S ist mit dem Deckel des Schwimmdaches
F, der äußere Rand dieser Membran S mit dem oberen Ende einer eingesetzten Dichtmanschette
SS verbunden, welche an der Innenwandung des Tanks T anliegt und aus einem Zylinderkörper
aus dünnem Metall, wie etwa Stahlblech, besteht.
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Eine Anzahl in sich steifer Druckhebel 10 sind am Mantel R des Schwimmdaches
F angelenkt und rund herum angeordnet, zweckmäßig mit einem gegenseitigen Abstand,
gemessen auf der Kreislinie, von etwa 90 bis I90 mm. Jeder Druckhebel besteht vorzugsweise
aus Flachstahl, der so gebogen ist, daß sich eine gleichmäßige konvex nach außen
gekrümmte Bogenfläche ergibt.
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Das obere Ende ist über einen beweglichen Zapfen II mit dem Schwimmdach
F verbunden, wobei dieser Zapfen in Querrichtung an das obere Ende des Druckhebels
10 angeschweißt sein kann und in einem Lagerbock 11a sitzt, der eben-
falls
am Mantel R des Schwimmdaches F angeschweißt sein kann. Die Anordnung des Lagerbocks
11a ist so gewählt, daß der Druckhebel Io in einer im wesentlichen vertikal verlaufenden
Ebene zu schwingen vermag, wobei diese Ebene gleichzeitig radial in Bezug auf das
Schwimmdach verlaufen soll. Ein Gewicht 12 ist am freien Ende jedes Druckhebels
10 unter dem Boden D und damit auch innerhalb des Schwimmdachumfangs gelagert. Jeder
Druckhebel 10 ist zwischen seinem Anlenkzapfen II und dem Gewicht 12 so ausgestaltet,
daß sich eine äußere Oberfläche ergibt, die nach auswärts konvex, insbesondere gleichmäßig
gekrümmt verläuft (ion). Diese Oberfläche dient als Druck- bzw. Pufferteil und liegt
an der Dichtmanschette SS bei einem Punkt an, dessen Lage abhängt von dbr Breite
des Ringspaltes P und damit der horizontalen Lage des Schwimmdaches F. Die Anlage
jedes Druckhebels 10 an der Dichtmanschette SS resultiert aus dem Gewicht I2, welches
einen nach auswärts gerichteten Druck auf jeden Hebel ausübt und stets bestrebt
ist, das Schwimmtdach F von der Tankwandung zu entfernen.
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Die Druckhebel werden am zweckmäßigsten durch Kaltverfcrmen mit Hilfe
von Rollen in die gekrümmte Form mit vorbestimmter Länge und einem vorgeschriebenen
Radius gebracht. Ein Bogen von etwa I35 )3ogeng.raden mit einem Radius von etwa
60 cm wird bevorzugt verwendet, wenn die Breite des Ringraumes P zwischen 8 bis
25 cm gehalten werden soll.
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Das erwähnte Kaitroliverfahren ist einfacher und sicherer als das
Herstellen von mit vorbestimmter Lage und Winkelneigung exakt zu biegende starrer
Kniehebel, wie sie bisher erforderlich waren. Auch ist der erfindungsgemäße Druckhebel
ein außerordentlich einfaches, wirtschaftliches und zuverlässiges Bewegungsorgan,
welches nur mit einem einzigen Anlenkzapfen II ausgerüstet zu werden braucht. Trägerarme
20 sind zusätzlich zu den Druckhebeln 10 angeordnet, um das Gewicht der Dichtmembran
S sowie der Dichtmanschette SS zu tragen. Diese zusätzlichen Trägerarme sind rund
um das Schwimmdach in einer gegenseitigen Entfernung von etwa go bis I90 mm entfernt,
zweckmäßig jeweils zwischen benachbarten Druckhebeln 10.
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Wie in Fig. 2 gezeichnet, geht jeder Trägerarm aus von einem innenliegenden
unteren Zapfen2I, der in geeigneter Form am Schwimmdach F befestigt ist, und erstreckt
sich durch den Ringraum P zu einem außenliegenden, oberen Zapfen 22, welcher an
der Dichtmanschette 55 befestigt ist. Vorzugsweise ist jeder untere Zapfen 21 in
einem Lagerbock 23 gehaltert und an einem Glied 24, welches in einer Führung 25
zu gleiten vermag, die ihrerseits über ein Zwickelblech 26 an dem Boden D des Schwimmdaches
F befestigt ist.
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Eine Druckfeder 27 umgibt das Gleitglied 24 und stützt sich mit dem
einen Ende auf der Führung 25 und mit dem anderen Ende am Lagerbock 23 ab, um die
Halterung für die Dichtung in der vertikalen Richtung federnd zu machen und so Deformationen
und damit Beeinträchtigungen der Dichtwirkung zu vermeiden, die durch die erforderliche
Hin und Herbewegung der Trägerarme 20 eintreten könnten.
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Um die gegenseitige Beeinflussung der Teile 10 und 25 bei einer erforderlichen
engen Annäherung des Schwimmdaches F an die Wand des Tanks T auf ein Minimum zu
bringen, kann es wünschenswert sein, den über den Mantel R des Schwimmdaches F überstehenden
Boden D an den Steilen I3 in Höhe der Teile 10 und 25 auszuschneident.
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Die Führung 25 wird zweckmäßig in einer aufrechtstehenden, jedoch
schwach geneigten Lage - wie dargestellt - vorgesehen, um den Seitendruck auf ein
Minimum zu bringen, welcher aus der exentrischen Belastung der Trägerarme 20 resultiert.
Jedoch ist es möglich, diese geneigte Lage zu variieren.. Es ist manchmal möglich,
den gesamten federnd nachgiebigen Gleitmecbanismus wegzulassen. In diesem Falle
können - wie in Fig. 7 gezeigt - die Trägerarme 40 als durch gehende starre Stangen
ausgebildet sein mit Anlenkzapfen, welche mit dem Schwimmdach F und der DichtmanschetteSS
verbunden sind.
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Fig. 7 ist auch hinsichtlich des Druckhebbls 30 abgeändert. Er weist
einen nach auswärts gekrümmt verlaufenden oberen Teil 31 auf, welcher über eine
ellenbogenartige Krümmung 32 in einen starren, unteren, mehr oder weniger horizontal
verlaufenden Teil 33 übergeht. Dieser Teil erstreckt sich unterhalb des Bodens des
Schwimmdaches und ist mit einem Gewicht belastet Dieser abgeänderte Druckhebel ist
besonders geeignet, wenn der Krümmungsradius iin Teil 31 verhältnismäßig lang ist
Dies wieder mag wünschenswert sein, um den Druckhebel in vorausbestimmten Dichtungsbereichen
zur Wirkung zu bringen. Je doch ist ein Druckhebel mit einem gleichmäßig verlaufenden
kurzen radialen Bogen, wie in Fig. I dargestellt, für die meisten Fälle ausreichend.
Der letztgenannte Punkt wird klarer werden durch eine Beschreibung der Wirkungsweise
dieser bevorzugten Ausführungs-form wie folgt: In Fig. 4 ist der Winddruck W eingezeichnet.
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Er versucht das Schwimmdach relativ zum Tank aus der zentrierten Lage
zu bringen. Diese Lage veränderung versucht die wirkungsvolle Anordnung der Dichtmembran
S zu beeinträchtigen.
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Außerdem wird auf das Lockerwerden der Entwässerungsrohre DR hingewirkt,
und andere Teile werden gefährdet. Daher muß diese Exentrizität verhindert und insbeson!dere
die Dichtwirkung aufrechterhalten werden.
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Die Aufrechterhaltung der Dichtwirkung wird in gewissem Umfang durch
die Trägerarme 20 allein erreicht. Aber diese Trägerarme 20 wirken mehr außermittig
als umgekehrt. Durch ihre nach auswärts geneigte Lage und das Gewicht der Teile
20, S und SS verursacht jeder Trägerarm über den oberen Zapfen 22 einen nach auswärts
gerichteten Druck P20 auf die Dichtmamschette SS und gleichzeitig eine nach einwärts
gerichteteReaktions-
kraft, die vom Trägerarm selbst ausgeübt wird
(vgl. Fig. 5). Die nach einwärts gerichtete Reaktionskraft R20 ist in ihrer mathematischen
Größe gleich dem nach auswärts gerichteten Druck P und wird auf das Schwimmdach
über den unteren Zapfen 21 ausgeübt. Diese Druckkräfte P20 und R 20 wachsen ungefähr
proportional mit zunehmendem Abstand zwischen dem Schwimmdach und der Tankwand.
Jedoch für den Zweck einer Zentrierung des Schwimmdaches müßten diese Kräfte mit
der Verringerung der Abstände zunehmen. Um diese eben geschilderte Sachlage idar
zu machen muß nochmals auf Fig. 4 hingewiesen werden.
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Wenn der Wind in der angezeigten Richtung W angreift, wird das Schwimmdach
F gegen die Trägerarme 20-I auf die eine Seite des Tanks gepreßt. Diese Trägerarme
werden dabei in eine etwas höher aufgerichtete Stellung gebracht und verursachen
damit eine örtliche Verringerung der Druckkräfte P20 und R 20. Die entgegengesetzt
liegenden Trägerarme 20-2 verursachen den entgegengesetzten Effekt dadurch, daß
diese in eine stärker geneigte Lage gezwungen werden. Sobald der Wind das Schwimmdach
in der Richtung W außerhalb der zentrierten Lage gebracht hat, sind die Druckreaktionskräfte
R 20 des Trägerarms 20-I geringer als diejenigen des Trägerarms 20-2. Auf diese
Weise unterstützen die Trägerarme den Winddruck in seinem Bestreben, die Tauchglocke
aus der Mittellage zu entfernen.
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Dieser unerwünschte Effekt wird durch die erfindungsgemäß vorgesehenen
Druckhebel IO in höchst wirkungsvoller Weise verhindert. Wenn das Schwimmdach -
wie beschrieben - auflermittig geworden ist, so werden damit gewisse Lageveränderungen
dieser Druckhebel verursacht. Wieder soll zur Verdeutlichung die Fig. 4 herangezogen
werden. Es ist zu erkennen, daß die Druckhebel IO-I, die dem Trägerarm 20-I benachbart
sind, ihre Gewichte angehoben und ihre Berührungspunkte näher an ihre Anlenkzapfen
herangebracht haben.
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Zu derselben Zeit haben die entgegengesetzt liegenden Druckhebel IO-2
ihre Gewichte gesenkt und ihre Kontaktpunkte IO weiter weg von den Anlenkzapfen
gebracht.
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Das an sich bekannte Senken und Anheben der Gewichte hat den nützlichen
Effekt, den außermittig angreifenden Kräften entgegenzuwirken. Diese Wirkung ist
nahezu proportional der seitlichen Verlagerung des Schwimmdaches, weil sie abgeleitet
ist allein von der Zunahme des Gewichtsarmes A-I2 eines schwingendes Druckhebels.
Bei dem erfindungsgemäßen Mechanismus ist diese Wirkung erheblich verstärkt, da
der Lastarm AP jedes Druckhebels verkleinert ist, während sein Gewichtsarm A-I2
vergrößert ist und umgekehrt.
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Auf diese Weise erfolgt das Anwachsen der Druckreaktion PIO, verursacht
durch jeden Druckhebel IO, mehr als proportional zum Grad der Annäherung des Schwimmdaches
an die Tankwand.
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Durch Veränderung der Profile des Druck- bzw.
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Pufferteils ro-C kann der Lastarm AP in unterschiedlicher, vorausbestimmter
Weise verändert werden. In der Praxis kann das kreisförmig gebogene Profil sehr
einfach hergestellt werden.
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Dieses Profil hat einen bestimmten Einfluß auf den Zweck, den außermittig
wirkenden Kräften mit ausreichender Sicherheit entgegenzuarbeiten (selbst dann,
wenn Druckhebel etwa einfrieren oder in anderer Weise, etwa durch sehr langen Gebrauch
unbeweglich werden sollten).
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Es erscheint zweckmäßig, an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß
dann, wenn das Schwimmdach sich horizontal bewegt und daher der Gewichtsarm A-I2
sowie der Lastarm AP geändert werden, zwischen der Druckhebeloberfiäche 1 o-C und
der Dichtmanschette SS eine gleitende Reibung Platz greift. Die tangentiale Reibung
SF, die entweder nach aufwärts oder abwärts wirkt (in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung
des Schwimmdlaches), muß zunächst überwunden werden, ehe sich die Lage des Druckhebels
10 tatsächlich ändert. In der Praxis schließt dieser Umstand kein sehr ernstes Problem
ein. Der Druckhebel IO kann der Dichtung SS mit einer verhältnismäßig großen Oberfläche
anliegen, wodurch sich die Reihungskraft entsprechend verteilt.
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Eine Zusammenstellung der hauptsächlichen Druckreaktionskräfte, welche
die Teile IO und 20 ausüben, ist in Fig. 3 gegeben, und zwar für ein typisches Scllwimmdach
nach der Erfindung.
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Der Kurvenzug R20 zeigt die Druckreaktionskräfte, welche durch die
Trägerarme 20 und den von diesen getragenen Gewichten ausgeübt werden (Fig. 5).
Der Kurvenzug RIo zeigt die Druckreaktionskräfte, welche durch die Druckhebel 10
verursacht werden und ausgehen von der weiter vorn beschriebenen Änderung des Gewichts
und des Lastarms. Beachtet werden müssen dabei gelegentliche Abwandlungen, etwa
durch die Variierung in der Verteilung des Gewichts des Druckhebels selbst.
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Der Kurvenzug RT zeigt die Summe von R 10 und R 20. Dabei ist angenommen,
daß das Schwimmdach innerhalb eines Zwischenraumes von I6,5 cm von der Tankwand
zentriert wird.
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Unter der Annahme, daß das Schwimmdach nach einer Seite hin durch
den Winddruck getrieben wird und dementsprechend die Spaltbreite P an jeder Seite
auf etwa 7 cm verringert ist, und zwar in der- Nähe der Druckhebel und Trägerarme
IO-I und 20-I, hat sich die Breite des Spalts in Höhe der gegenüberliegenden Druckhebel
und Trägerarme IO-2 und 20-2 auf ungefähr 24 cm vergrößert.
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An den zuerst erwähnten Punkten sind auf das Schwimmdach nach einwärts
gerichtete Kräfte RIO + R20 wirksam, deren Summe dargestellt ist durch die Kurve
RT in Höhe von ungefähr 22,5 kg.
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An dem damit zusammenwirkenden entgegengesetzt liegenden Punkt der
Kurve RT zeigt sich ein nach einwärts gerichteter entgegengesetzter Gesamtdruck
von mindestens II,2 kg, so daß sich eine Zentrierungskraft von 11,2 kg für diesen
besonderen Punkt ergibt. Diese Kraft multipliziert sich mit der Anzahl der Gelenksysteme,
die tatsächlich in der Richtung der Druckkraft des Windes liegen, und
diese
Anzahl wieder hängt ab von der Größe des Tanks und der Wirksamkeit des Winddrucks
selbst.
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Das mehr als proportional nach auswärts gerichtete Wachsen des Drucks
der Druckhebel ist ersichtlich aus der ausgesprochenen konvex abwärts gekrümmten
Form der Kurve RIo und der analogen Form der Kurve RT.
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Als Ergebnis dieses neuen und vorteilhaften Zusammenwirkens von Druckbedingungen
ist die Gesamtgröße der Gewichte I2 zusammen mit den erforderlichen Dichtungen S,
SS und dem Trägerarm 20 beträchtlich geringer als bei den früheren Bauarten. Diese
Tatsache reduziert die Kosten des gesamten Mechanismus unmittelbar und mittelbar.