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Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher, insbesondere
Blasenspeicher, mit einem Gaseinlaßkörper, der mit Teilen des Speichergehäuses verbindbar
ist und der mindestens eine Anlagefläche für ein elastisch nachgiebiges
Trennelement aufweist, das innerhalb des Speichergehäuses angeordnet
zwei Räume
voneinander trennt, wobei das Trennelement unter Bildung eines Befestigungsrandes
für die
jeweilige Anlage mit der zugeordneten Anlagefläche des Gaseinlaßkörpers eine
Randverstärkung
durch Materialverdickung aufweist.
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Dahingehende Hydrospeicher, die bevorzugt in
hydraulischen Systemen Anwendung finden, erfüllen vielseitige Aufgaben,
insbesondere auf den Gebieten der Energiespeicherung, Notbetätigung von Anlagen,
Schockabsorption, Pulsationsdämpfung etc.
Das allgemeine Funktionsprinzip von Hydrospeichern besteht darin,
Druckenergie zu speichern und die Wirkungsweise von solchen Speichern
mit Trennelementen basiert darauf, daß die Kompressibilität eines
Gases, das in einem Gasraum des Speichers aufgenommen ist, zur variablen
Flüssigkeitsspeicherung
innerhalb des Flüssigkeitsraumes
des Speichers ausgenutzt wird, wobei das Trennelement den Gasraum
von dem Flüssigkeitsraum
trennt und wobei der Flüssigkeitsraum
des Speichers regelmäßig mit
einem hydraulischen Kreislauf in Verbindung steht, so daß beim Ansteigen
des Druckes das Gas auf der Gasseite kom primiert wird und bei einem Druckabfall
auf der Fluidseite kann das verdichtete Gas expandieren und die
gespeicherte Flüssigkeit wird
dadurch wieder in den hydraulischen Kreislauf verdrängt.
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Die Hydrospeicher mit Trennelement
werden allgemein unterschieden in Blasenspeicher, Membranspeicher
und Kolbenspeicher, wobei die vorliegende Erfindung insbesondere
vorteilhaft seinen Einsatz bei Blasenspeichern findet, die mit einem
elastisch nachgiebigen Trennelement, vorzugsweise in der Art einer
Trenn-Speicherblase versehen sind. Die Befüllung der Speicherblase als
Trennelement erfolgt regelmäßig durch
das am oberen Teil des Speichers befindliche Gasventil, das eine
Art Gaseinlaßkörper ausbildet.
Das am unteren Ende des Hydrospeichers angebrachte Flüssigkeitsventil
verhindert in erster Linie, daß die
Speicherblase beim Ausströmen
des Fluids mit herausgesogen wird. Das Trennelement in Form der
Speicherblase unterliegt sehr hohen Druck-Wechselbeanspruchungen
und ist dergestalt stark beansprucht. Zur Fluidseite des Hydrospeichers
hin ist das Trennelement im wesentlichen frei gehalten und wirkt
unmittelbar auf die Fluidseite des Speichers ein. An dem gegenüberliegenden
Ende ist das Trennelement jedoch mit dem Gaseinlaßkörper fest
verbunden, wobei ein verstärkter
Rand in Form einer Materialverdickung klemmend zwischen dem Gaseinlaßkörper und
den zuordenbaren Innenwandteilen des Speichergehäuses gehalten ist. Um einen guten
Halt zu erreichen, ist bei den bekannten Lösungen darüber hinaus vorgesehen, daß auf der
Unterseite des Gaseinlaßkörpers dieser
von Membranteilen der Speicherblase untergriffen ist, die bis auf
eine Ein- und Auslaßöffnung für das Gas
vollflächig
mit dem Gaseinlaßkörper an
dessen Unterseite in Verbindung stehen. Durch Kleben oder durch
Einvulkanisieren des Gaseinlaßkörpers in
Form des Gasventils in die Öffnung
des Trennelementes, vorzugsweise in Form der Speicherblase, läßt sich
die Festlegekraft noch verstärken.
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Trotz der bewährten Festlegetechnik des Trennelementes
innerhalb des Speichergehäuses des
Hydrospeichers kann es durch Ausreißvorgänge des Trennelementes gerade
in seinen Bereichen der Befestigung zu einem Versagen des gesamten
Hydrospeichers kommen. Auch im Falle des Einvulkanisierens des Gaseinlaßkörpers in
die freie Öffnung des
Trennelementes ist insbesondere durch die hohen Wechselbeanspruchungen
im Trennelement ein Versagen der Festlegemöglichkeit nicht auszuschließen. Ferner
hat es sich gezeigt, daß gerade
durch die Art der vorstehend beschriebenen Festlegung es ungewollt
zu erhöhten
Beanspruchungen an der aufgezeigten Verbindungsstelle mit der Gefahr
des Versagens kommt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Hydrospeicher,
insbesondere Blasenspeicher, dahingehend weiter zu verbessern, daß trotz hoher
Beanspruchung des Trennelementes im Arbeitsbetrieb des Speichers
Versagensfälle
an der Stelle der Befestigung des Trennelementes mit dem Hydrospeicher
vermieden sind. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Hydrospeicher mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1 die Randverstärkung auf ihrer dem Speichergehäuse zugewandten
Seite eine zusätzliche
Verstärkung
aufweist, die in zusammengebautem Zustand des Speichers in pressender Anlage
zwischen mindestens einer der Anlageflächen des Gaseinlaßkörpers und
den zuordenbaren Teilen des Speichergehäuses ist, wird über die
weitere Verstärkung
eine zusätzliche
Festhaltekraft auf die Randverstärkung
ausgeübt,
die trotz der Erhöhung der
Anpreßkräfte in dem
genannten Verbindungsbereich dafür
Sorge trägt,
daß die
Verbindung insgesamt entlastet ist und in das Trennelement eingeleitete Walk-
und Zugkräfte
können
sich nicht schädlich auf
den Bereich der Verbindungsstelle auswirken, so daß Versagensfälle sich
dergestalt deutlich reduzieren lassen. Es ist für einen Fachmann auf dem Gebiet
der Hydrospeicher überraschend,
daß er
trotz Erhöhung
von Anpreßkräften im
Bereich der Befestigung ansonsten eine Entlastung eingeleiteter
Kräfte in
diesem Bereich erfährt
und neben einem verstärkten
sicheren Halt sind Ausreißvorgänge in diesem Bereich
für das
elastische Trennelement weitgehend vermieden. Mit trägt dazu
bei, daß die
eingeleiteten Anpreßkräfte im Bereich
des Überganges
zwischen Teilen des Speichergehäuses
und der zusätzlichen Verstärkung des
Trennelementes von der jeweiligen Anlagefläche des Gaseinlaßkörpers mit
aufgenommen werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Hydrospeichers
ist die zusätzliche
Verstärkung
aus einem Verstärkungsring
gebildet, der vom freien Ende des Trennelementes rückversetzt
ist oder an diesem freien Ende in eine gemeinsame Ebene mit dem
Trennelement übergeht. Vorzugsweise
ist dabei vorgesehen, daß der
Verstärkungsring
aus einem Wulst gebildet ist, der als einstöckiger Bestandteil des Trennelementes
im Querschnitt halbkreisförmig,
rechteckförmig
oder dreieckförmig
ist. Durch die jeweilige Geometrieauswahl des Wulstes läßt sich
dann dergestalt eine schonende linien- oder flächenförmige Berührung zwischen Trennelement
und zuordenbaren Teilen des Speichergehäuses erreichen, so daß in Abhängigkeit
der anstehenden zu lösenden
Einsatzaufgabe sich die Befestigung an die im Einzelfall auftretenden
Beanspruchungen genau und in sicherer Weise anpassen läßt.
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Vorzugsweise ist dabei vorgesehen,
daß das freie
Ende des jeweiligen Befestigungswulstes mit einer konvexen Wölbung versehen
ist, was den Vorteil hat, daß scharfkantige Übergänge vermieden
sind, die gegebenenfalls eine schädliche Krafteinleitung in den
Bereich des Befestigungsrandes begünstigen könnten.
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Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Hydrospeichers
verlaufen mindestens zwei Anlageflächen des Gaseinlaßkörpers parallel
zu seiner Längsachse und
mindestens eine weitere Anlagefläche
verläuft quer
dazu. Vorzugsweise sind dabei die beiden Anlageflächen in
Stufung untereinander oder zumindest teilweise parallel nebeneinander
liegend angeordnet, wobei die weitere Anlagefläche eine Verbindung zwischen
den beiden Anlageflächen
herstellt. Durch die Abstützung über drei
ringartige Anlageflächen
des Gaseinlaßkörpers ist
eine sichere Krafteinleitung über
die zusätzliche
Verstärkung
des Befestigungsrandes in den Gaseinlaßkörper erreicht.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Hydrospeichers ist
vorgesehen, daß das
Trennelement den Gaseinlaßkörper quer
zu seiner Längsachse
verlaufend im Bereich seines Eingriffs in das Speichergehäuse untergreift.
Hierdurch besteht an der Unterseite des Gaseinlaßkörpers eine weitere Anlagemöglichkeit
für das
Trennelement, das dergestalt abgestützt eine Entlastung im Bereich
des Verstärkungswulstes
erlaubt. Zur Erhöhung
der Anpreßkräfte kann
dabei des weiteren vorgesehen sein, zwischen Trennelement und Gaseinlaßkörper einen
Verstärkungs- und/oder Dichtring
anzuordnen, der den Gaseinlaßkörper umfaßt und die
Anpreßkräfte für den Verstärkungsring des
Trennelementes in diesem Bereich maßgebend erhöht.
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Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Hydrospeichers
ist der Krümmungsverlauf
des Speichergehäuses
auf seiner Innenseite im Bereich der Anlage mit dem Trennelement stärker gekrümmt als
das Trennelement im unbetätigten
Ausgangszustand, wobei die dahingehende Krümmung steiler ausgeführt ist
als die des festgelegten Trennelementes. Durch die unterschiedlichen
Krümmungsverläufe von Wandteilen
des Speichergehäuses
sowie des Trennelementes läßt sich
auch im betätigten
Zustand des Speichers eine vollflächige Anlage im Berührungsbereich
erhalten und durch die entstehenden Reibungskräfte, die die Trennmembran an
der Innenseite des Speichergehäuses
im Übergangsbereich
zum Befestigungsrand zu halten suchen, ist die dahingehende Befestigungsstelle
entlastet, was die Standzeit des Hydrospeichers weiter deutlich
erhöht.
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Im folgenden wird der erfindungsgemäße Hydrospeicher
anhand zweier Ausführungsbeispiele nach
der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 einen
Blasenspeicher (Hydrospeicher), teilweise in Ansicht, teilweise
im Längsschnitt, wie
er zum Stand der Technik zählt;
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2 und 3 eine erste Ausführungsform
einer Festlegemöglichkeit
eines Trennelementes im Bereich des Gaseinlaßkörpers, einmal ohne und einmal
mit zuordenbaren Teilen des Speichergehäuses;
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4 und 5 entsprechende Darstellungen nach
den 2 und 3 für eine zweite Ausführungsform.
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Der in der 1 dargestellte, zum Stand der Technik
zählende
Hydrospeicher in Form eines Blasenspeichers ist dergestalt in dem
Buch Mannesmann-Rexroth GmbH „Der
Hydraulik-Trainer",
Band 3, 1.Auflage, auf Seite 100 veröffentlicht. Der bekannte Hydrospeicher
weist ein Speichergehäuse 10 auf,
an dessen Oberseite ein Gaseinlaßkörper 12 angeordnet
ist in Form eines hierfür
vorgesehenen üblichen
Gasventils. An seiner Unterseite ist das Speichergehäuse 10 mit
einer als Ganzes mit 14 bezeichneten Tellerventileinrichtung versehen.
Innerhalb des Speichergehäuses 10 ist
ein Trennelement 16 in Form einer Speicherblase aus Elastomermaterial (Gummimaterial)
angeordnet. Das dahingehende Trennelement 16 unterteilt
den Hydrospeicher in einen Gasraum 18 und einen Fluidraum 20,
wobei bei einströmendem
Fluid über
die Tellerventileinrichtung 14 das im Trennelement 16 fluiddicht
eingeschlossene Arbeitsgas, meist in Form von Stickstoffgas, komprimiert
wird und die derart auf der Gasseite eingespeicherte Energie kann
später
im Bedarfsfall an die Fluidseite des Speichers und mithin an den
Fluidraum 20 wieder abgegeben werden, wobei das zugeordnete
Trennelement 16 dann unter Einwirkung des Arbeitsgases
expandiert. Entleert sich der Speicher auf seiner Fluidseite vollständig von
Fluid, kann das Trennelement 16 über seine Unterseite die Tellerventileinrichtung 14 betätigen und
das Tellerventil wird in üblicher
Weise gegen die Kraft einer Rückstellfeder geschlossen.
Der dahingehende Aufbau eines Hydro- oder Blasenspeichers ist üblich, so
daß an
dieser Stelle nicht näher
auf alle Einzelheiten dahingehender Speicher eingegangen wird.
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Der Gaseinlaßkörper 12 in Form des
Gasventils ist mit einer Abdeckung 22 in Form einer Abschlußkappe versehen
und gemäß der Darstellung nach
der 1 ist der Gaseinlaßkörper 12 in
das Speichergehäuse 10 eingreifend
ausgeführt,
wobei hierfür
der Gaseinlaßkörper 12 über ein übliches
Außengewinde 24 (vgl. 2ff) in die freie Öffnung des Speichergehäuses 10 ein schraubbar
ist. Bei der bekannten Lösung
ist das Trennelement 16 unter Bildung eines Befestigungsrandes 26 für die jeweilige Anlage
mit der zugeordneten Anlagefläche 28 des Gaseinlaßkörpers 12 versehen,
wobei der Befestigungsrand 26 eine Randverstärkung 30 durch
Materialverdickung in diesem Bereich aufweist. Bei der bekannten
Lösung
nach der 1 ist darüber hinaus eine
zusätzliche
Festlegemöglichkeit
dadurch vorgesehen, daß auf
der Unterseite des Gaseinlaßkörpers 12 das
Trennelement 16 das dahingehende Ende bis auf eine Durchlaßöffnung 32 untergreift
und hierbei eine ebene Abstützfläche 34 ausbildet.
Trotz dieser zusätzlichen
Abstützfläche 34 ist
bei der starken Walk- und Zugbeanspruchung des Trennelementes 16 nicht
ausgeschlossen, daß dieses
im Bereich des Überganges
zu dem Befestigungsrand 26 abreißt oder an diesen Stellen porös wird,
was in beiden Fällen
zum Versagen des gesamten Hydrospeichers führt. Wenn man den dahingehenden
Versagensfall nicht abwarten will, ist in vorgeschriebenen Wartungsintervallen
das Trennelement 16 in Form der Speicherblase unter Stillegen
des Hydrospeichers zu tauschen.
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Um ein dahingehendes Versagen zu
vermeiden, ist bei der erfindungsgemäßen Lösung gemäß den Darstellungen nach den 2ff vorgesehen, daß die genannte Randverstärkung 30 auf
ihrer dem Speichergehäuse 10 zugewandten
Seite eine zusätzliche
Verstärkung 36 aufweist,
die in zusammengebautem Zustand des Speichers (vgl. 3 und 5) in
pressender Anlage zwischen mindestens einer der Anlageflächen 28 des
Gaseinlaßkörpers 12 und
den zuordenbaren Wandteilen an der Innenseite des Speichergehäuses 10 ist.
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Bei den in den 2 bis 5 gezeigten
beiden Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Festlegemöglichkeit
ist die zusätzliche
Verstärkung 36 aus einem
Verstärkungsring
gebildet, der gemäß der Ausführungsform
nach den
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2 und 3 vom freien Ende des Trennelementes 16 rückversetzt
ist und im übrigen
einen halbkreisförmigen
Querschnitt aufweist. Der Verstärkungsring
ist dabei aus einem Wulst gebildet, der bei beiden Ausführungsformen
als einstöckiger
Bestandteil des Trennelementes 16 anzusehen ist.
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Bei der zweiten Ausführungsform
nach den 4 und 5 ist die zusätzliche
Verstärkung 36 in Form
des Verstärkungsringes
am freien Ende des Befestigungsrandes 26 des Trennelementes 16 angeordnet
und mündet
dort in eine gemeinsame Ebene, die in Blickrichtung auf die 4 und 5 gesehen vertikal und parallel zur Längsachse 38 von
Speichergehäuse 10 und
Gaseinlaßkörper 12 verläuft. Bei
der zweiten Ausführungsform
nach den 4 und 5 ist der Verstärkungsring
gleichfalls aus einem Wulst gebildet, der jedoch im vorliegenden
Fall im Querschnitt im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist und ansonsten
den Gaseinlaßkörper 12 im Bereich
des Überganges
ringförmig
umfaßt.
Wie des weiteren die 2ff zeigen, ist
das freie Ende des Wulstes mit einer konvexen Wölbung versehen, um eine linien-
oder flächenförmige Krafteinleitung
mit Teilen des Speichergehäuses 10 zu
erhalten.
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Bei allen gezeigten Ausführungsformen
nach den 2ff verlaufen mindestens
zwei Anlageflächen 28, 30 des
Gaseinlaßkörpers 12 parallel
zu seiner Längsachse 38 und
mindestens eine weitere Anlagefläche 42 (vgl. 2 und 4) quer dazu. Dabei können die beiden Anlageflächen 28, 30,
wie in den 2 und 3 dargestellt, in Stufung
untereinander oder gemäß der Darstellung
nach den 4 und 5 zumindest zeitweise parallel
nebeneinander liegend am Gaseinlaßkörper 12 angeordnet
sein, wobei die weitere dritte Anlagefläche 42 jedenfalls
eine Verbindung zwischen den beiden ersten Anlageflächen 28 und 40 herstellt.
Gemäß der Ausführungsform
nach den 2 und 3 kann das Trennelement 16 den
Gaseinlaßkörper 12 quer
zu seiner Längsachse 38 verlaufend
im Bereich seines Eingriffs in das Speichergehäuse 10 vollflächig untergreifen
bis auf die bereits genannte Gas- oder
Durchlaßöffnung 32.
Auch dergestalt läßt sich
eine sichere Anlagemöglichkeit
des Trennelementes 16 in verbesserter Weise an dem Gaseinlaßkörper 12 erreichen.
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Wie insbesondere das Ausführungsbeispiel nach
den 4 und 5 zeigt, kann zwischen dem Trennelement 16 und
dem Gaseinlaßkörper 12 ein Verstärkungsring 44 angeordnet
sein, der beispielsweise aus einem Metallwerkstoff bestehend die
Anpreßkräfte für die zusätzliche
Verstärkung 36 erhöhen kann.
Ferner kann der dahingehende Verstärkungsring 44 auch
in der Art eines Dichtringes ausgebildet zusätzlich der Abdichtung für das Gesamtsystem
dienen.
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Wie sich des weiteren aus den 3 und 5 ergibt, ist der Krümmungsverlauf des Speichergehäuses 10 im
Anlagebereich der zusätzlichen
Verstärkung 36 des
Trennelementes 16 stärker
gekrümmt
als das Trennelement 16 im unbetätigten Ausgangszustand, wobei
die dahingehende Krümmung
steiler ausgeführt
ist als die für
das festgelegte Trennelement 16. Um die Krümmungsradien
zu verdeutlichen, ist gemäß den Darstellungen
nach den 3 und 5 das Trennelement 16 unterhalb
seines Befestigungsrandes 26 symbolisch teilweise innerhalb
des Speichergehäuses 10 verlaufend
dargestellt, wobei die wirklichen Verhältnisse dahingehend liegen,
daß die
Oberseite des elastomeren Trennelementes 16 in diesem Bereich über eine
vorgebbare Reibstrecke entlang der Innenseite des Speichergehäuses 10 geführt ist,
wobei über
die derart ausgebildete Reibstrecke eine Entlastung des Trennelementes 16 an
seinem Befestigungsrand 26 veranlaßt ist, mit der Folge, daß Krafteinleitungsspitzen
dergestalt sicher über
die Reibstrecke abgefangen werden, was die Standzeit für die Einspannung
des Trennelementes 16 innerhalb des Speichergehäuses 10 erhöht.
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Es hat sich in der Praxis gezeigt,
daß die
erfindungsgemäße Hydrospeicherlösung mit
ihrer Randverstärkung 30 sich
auch als besonders geeignet erweist, sofern aggressive Medien anstelle
von Hydrauliköl
im Hydrospeichergehäuse 10 aufgenommen
werden. Über
die Randverstärkung 30 mit
ihrer zusätzlichen
Verstärkung 36 ist
eine Art Abdichtwirkung erreicht und das jeweilige aggressive Medium kann
nicht ohne weiteres zwischen dem gummielastischen Trennelement 16 und
dem Speichergehäuse 10 auf
die Seite des Gaseinlaßkörpers 12 kommen, so
daß insofern
eine gut wirkende Fluid- und Gasbarriere gebildet ist.
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Insbesondere bei den Lösungen nach
den 2 und 3 kann ein Haftvermittler
(primer), der beispielsweise an der Anlagefläche 28 wirkt, die
Verbindung zwischen Trennelement 16 und Gaseinlaßkörper 12 herstellen,
so daß es
nicht zwingend notwendig ist, das Trennelement 16 auf den
Gaseinlaßkörper 12 zu
vulkanisieren.
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Der mit 44 bezeichnete Verstärkungsring kann
insbesondere auch eine Halte- und Klemmfunktion wahrnehmen und über ihn
ist es möglich,
das freie Ende des Trennelementes 16 in der zugeordneten
Aufnahme am unteren Ende des Gaseinlaßkörpers 12 stationär zu halten.
In der gezeigten Ausführungsform
ist die über
den Halte- oder Klemmring 44 aufgebrachte Klemmkraft permanent
wirkend; es besteht aber auch die Möglichkeit, durch Entfernen
des Verstärkungsringes 44 die
dahingehende Verbindung zu lösen.