DE2934001A1

DE2934001A1 - Ueberdruckventileinrichtung

Info

Publication number: DE2934001A1
Application number: DE19792934001
Authority: DE
Inventors: Miner Elmer Clift; Calvin Carl Forsythe; Iii Edward Harbison Short; Loren Edwin Wood
Original assignee: BS&B Safety Systems Ltd
Current assignee: BS&B Safety Systems Ltd
Priority date: 1978-08-24
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1980-03-06
Also published as: GB2028426A; IT7925038A0; JPS5544184A; CA1127499A; NL7906371A; BE878403A; FR2434323A1; IT1122464B; AU5021079A; FR2434323B1; GB2028426B; BR7905396A

Description

B.S. & B. SAFETY SYSTEMS INC., 7455 East 46th Street, Tnlsa, Oklahoma 74145, USA

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Überdruckventileinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Trenneinrichtung für ein überdruckventil.

Um Kessel oder Druckmittel enthaltende Systeme vor Überdruck zu schützen, werden federbetätigte Überdruckventile direkt mit den Kesseln oder Systemen verbunden, ohne daß Absperrventile dazwischen vorgesehen werden, sodaß die Überdruckventile nicht unabsichtlich an ihrer Funktion gehindert werden können. Zerreißscheiben werden ebenfalls verwendet, um einen zweiten Überdruckschutz zu erhalten, wobei die federbetätigten Überdruckventile gewöhnlich bei einem niedrigeren Druck als die Zerreißscheiben ansprechen, da die Überdruckventile automatisch schließen, nachdem der Überdruck beseitigt worden ist, wodurch die Notwendigkeit von Betriebsunterbrechungen zum Ersatz von Teilen etc., entfällt.

Wenn die federbetätigten Überdruckventile andauernd dem Strömungsmitteldruck ausgesetzt werden, verschleißen bzw. korrodieren die Ventilsitze, wodurch das Strömungsmittel nach außen sickern und/oder eine Fehlfunktion des Überdruckventils heraufbeschwört werden kann. Daher sind Sicherheitsprogramme entwickelt worden, wonach in gewissen Zeitabständen die Überdruckventile überprüft werden. Dies hat jedoch zur Folge, daß die zu schützenden Kessel oder Systeme abgeschaltet werden müssen.

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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, werden nach dem Stand der Technik bereits für die Überdruckventile Trenneinrichtungen mit zerreißbaren Trenngliedern verwendet. Eine solche Trenneinrichtung wird zwischen dem Überdruckventil und dem Kessel bzw. dem System eingebaut, wobei das zerreißbare Glied das Überdruckventil von dem unter Druck stehenden Strömungsmittel trennt und derart bemessen ist, daß es bei einem Druck, der geringfügig kleiner oder gleich dem Druck ist, bei dem das Überdruckventil öffnet, zerreißt.

Bekannte Trenneinrichtungen haben meistens eine solche Grosse, daß bei ihrem Einbau in ein vorhandenes System, dessen Auslaßleitung mit der Auslaßöffnung des Überdruckventils zu verbinden ist, letzteres für die Aufnahme der Trenneinrichtung angehoben werden muß, sodaß die Aus laß leitung geändert werden muß. Die damit verbundenen Schwierigkeiten und Kosten sind dann oft der Grund, warum von den Trenneinrichtungen kein Gebrauch gemacht wird.

Ferner weist die bekannte Trenneinrichtung eine Vielzahl von Teilen auf, die beim Einbau zusammengebaut werden müssen, was zu einem fehlerhaften Zusammenbau Anlaß geben kann. Z.B. kann die Zerreißscheibe mit der Oberseite nach unten eingebaut werden, kann die Zerreißscheibe ferner fehlerhaft ausgerichtet werden und kann die gesamte Anordnung falsch eingebaut werden, sodaß sie nicht richtig funktioniert.

Mit der Erfindung sollen die obengenannten Nachteile vermieden werden.

Die erfindungsgemässe Tranneinrichtung für einen Einbau zwischen der ringförmigen Lagerfläche des Einlaßmundstückes des Überdruckventils und der zugehörigen Fläche des Einlaßflansches,/ den das Überdruckventil und das Einlaßmundstück anzuschließen sind, weist ein Lagergehäuse mit einem zylindrischen Abschnitt für ein Einsetzen in den Innenraum des

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Innenflansches und einem sich in radialer Richtung erstreckenden, ringförmigen, flachen Flanschabschnitt an einem Ende des zylindrischen Abschnittes auf, und das zerreißbare Glied ist eine durchkniokbare gewölbte Zerreißscheibe, die mit Einkerbungen versehen ist, wobei die Zerreißscheibe in abdichtender Weise an das andere Ende des zylindrischen Abschnittes angeschweißt ist.

Eine derartige Einrichtung kann einstückig vorliegen, sodaß sie nicht falsch zusammengebaut oder eingebaut werden kann. Durch die eins*-ückige Konstruktion v/erden auch die Änderungen in dem stx'omabwärtsseitigen Rohrsystem eines bestehenden Systems so gering v/ie möglich gehalten.

Wenn die erfir.dungsgemässe Einrichtung zwischen dem Einiaßinundstück eines Überdruckventils und dem Einlaßflansch eingebaut ist, mit den: das überdruckventil verbunden ist, so ist die Zerreißscheibe automatisch in einem ausreichenden Abstand von dem Einlaßmundstück angeordnet, sodaß ein vollständicjos öffnen der Zerreißscheibe sichergestellt wird.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmaie ergeben sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines mit einem Einlaßflansch über die erf indungsgernässe Einrichtung verbundenen Überdruckventils,

Fig. 2 eine vergrosserte Schnittansicht eines Abschnittes der erfindungsgemässen Einrichtung gemäß Fig. 1 nach dem ZerreißVorgang, und

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Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht von verschiedenen Teilen der erfindungsgemässen Einrichtung vor dem Zusammenschweißen der Teile.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die allgemein mit 1o bezeichnete erfindungsgemässe Einrichtung ist zwischen einem überdruckventil 12 und dessen Einlaßflansch 14 eingebaut. Das Überdruckventil 12 weist ein Gehäuse 16 mit einem Flansch 18 auf, der über eine Vielzahl von Bolzen und Muttern mit dem Einlaßflansch 14 verbunden ist. Ein Auslaßflansch 2o ist für eine Verbindung mit einem komplementären Flansch vorgesehen, der seinerseits an der stromabwa'rtsseitigen Rohrleitung (nicht gezeigt) befestigt sein kann, um das durch das Überdruckventil 12 strömende Strömunjsmittel zu einem gewünschten Bereich hin abzuleiten. Ein Einlaßmundstück 22 ist in den Flansch eingeschraubt und ragt in den Innenraum des Gehäuses 16. Das obere Ende 24 des Mundstückes 22 weist eine kreisförmige öffnung auf, auf der ein an einem Ventilstössei 38 vorgesehener Ventilkopf 36 aufliegt. Der Ventilstössei 38 ist in einer Buchse 39 verschiebbar. Auf diese Weise wird eine Ventileinrichtung 26 gebildet. Das untere Ende des Mundstückes 22 weist einen ringförmigen Flansch 28 mit einer ringförmigen Lager fläche 3o auf, die mit einer ringförmigen Lagerflüche 32 am Einlaßflansch 14 zusammenwirkt.

Die Buchse 39 ist mit einer Platte 4o verbunden, die das Ventilgehäuse 16 verschließt und das Strömungsmittel in den Durchgang im Auslaßflansch 2o leitet.

An das Ventilgehäuse 16 ist ein Federgehäuse 4 2 angebolzt, in dem eine Federvorspanneinrichtung 44 mit einem Ventilstössei 46 angeordnet ist, dessen unteres Ende birnenförmig ausgebildet ist und auf dem oberen

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Ende des Ventilstössels 38 aufliegt. Das obere Ende 5o des Ventilstössels 4 6 ist in einer Federeinstell-

buchse 52, die in das Gehäuse 42 eingeschraubt: ist, hin- und herbeweglich. Eine Feder 4 8 ist zwischen einer oberen Beilagsscheibe 54 und einer unteren Beilagsscheibe 56 um den Ventilstössel 46 herum angeordnet und drückt den Ventilstössel 46 und die Ventilschließeinrichtung 26 in die Schließstellung, Der auf den Ventilstössel 46 und die Ventilschließeinrichtung 26 ausgeübte Federdruck kann durch Drehen der Buchse 52, wobei die Buchse nach oben oder nach unten bewegt wird, erhöht oder gesenkt werden.

Da der zwischen dem Mundstück 22 und dem Einlaßflansch 14 festgeklemmte Abschnitt der Vorrichtung 1o eine geringe Dicke aufweist, wird das Überdruckventil 12 nur wenig über den Einlaßflansch 14 angehoben, wodurch Änderungen an der stromabwärtsseitigen Rohrleitung in einem bereits bestehenden System vermieden oder so gering wie möglich gehalten werden.

Die Einrichtung 1o weist ein Lagergehäuse 6o mit einem zylindrischen Abschnitt 64 und einem sich in radialer Richtung erstreckenden, ringförmigen, flachen Flanschabschnitt 62 auf. Ein bei Bedarf ggf. verwendbarer Flachring 66 und eine gekerbte, nach unten ausgewölbte Zerreißscheibe 68 sind in abdichtender Weise auf das Ende 7o des zylindrischen Abschnittes 64 des Lagergehäuses geschweißt, wodurch der zylindrische Abschnitt 64 durch die Zerreißscheibe 68 verschlossen wird. Ein zylindrischer Schutzschirm 72 für die Zerreißscheibe kann wahlweise an die Zerreißscheibe 68 angeschweiß werden und hat vorzugsweise den gleichen Innendurchmesser und die gleiche Dicke wie der zylindrische Abschnitt 64 des Lagergehäuses 6o.

Die gewölbte, durchknickbare Zerreißscheibe 68

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weist vorzugsweise einen ringförmigen Flanschabschnitt 74 auf, der über eine ringförmige Übergangsverbindung 78 mit einem konkav-konvexen Abschnitt 76 verbunden ist. Eine Vielzahl von Kerben 8o ist auf der Oberfläche des konkav-konvexen Abschnitts 76 der Zerreißscheibe 68 vorgesehen, sodaß Sollbruchlinien auf dem konkavkonvexen Abschnitt 76 ausgebildet werden. Vorzugsweise sind vier Einritzungen bzw. Kerben 8o vorgesehen, die sich vom Mittelpunkt des konkav-konvexen Abschnittes radial nach außen erstrecken, wodurch der konkav-konvexe Abschnitt in Quadranten geteilt wird. Der Durchmesser des konkav-konvexen Abschnittes 76 der Zerreißscheibe ist vorzugsweise gleich oder nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Abschnittes 64 des Lagergehäuses 6o, und der ringförmige Flanschabschnitt 74 des Gehäuses 6o ist in abdichtender Weise an das Ende 7o des zylindrischen Abschnittes 64 angeschweißt. Der Innendurchmesser des im Bedarfsfalle verwendeten Ringes 66 ist derart gewählt, daß sich der Ring in das Innere des zylindrischen Abschnittes 64 des Gehäuses 6o um etwa 1,59 mm bis etwa 3,18 mm, gerechnet von der Übergangsverbindung 78 der Zerreißscheibe 68, hinein erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung 1o sind die Zerreißscheibe 68, der Schirm 72 und der im Bedarfsfalle verwendete Ring 66 an das Ende 7o des zylindrischen Abschnittes 64 des Lagergehäuses 62 mittels einer einzigen durchgehenden Schweißnaht befestigt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Wie oben erwähnt, kann der Ring 66 in der Einrichtung wahlweise vorhanden sein. Jedoch wurde herausgefunden, daß bei Einrichtungen 1o von kleinerer Grosse, beispielsweise bei Einrichtungen für Überdruckventile mit einer Grosse von 76 mm und kleiner, der Ring 66 ein zu weitgehendes Zerreißen der Zerreißscheibe 68 und die Bildung von losen Scheibenstücken verhindert, wenn sich die

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Scheibe in umgekehrter Richtung durchwölbt und zerreißt. Der Ring 66 trägt außerdem dazu bei, eine Fehlbetätigung der Zerreißscheibe 68 infolge einer Fehlfluchtung der Zerreißscheibe etc., aufgrund der sich nach innen erstreckenden Schulter, die eine Abstützung für die Verbindungslinie 78 bildet, zu verhindern. Ohne eine solche Abstützung könnte das Zerreißen in fehlerhafter Weise in umgekehrter Richtung stattfinden, d.h. daß das Zerreißen an der Verbindungslinie 78 anstatt nahe dem Zentrum des konkav-konvexen Abschnittes der Zerreißscheibe 68 beginnt, wodurch das Öffnen nur teilweise erfolgen könnte oder andere nachteilige Einflüsse in Kauf genommen werden müssten. Wenn der Druck auf der konvexen Seite der Zerreißscheibe den vorgegebenen Druckwert überschreitet, wölbt sich die Scheibe in der entgegengesetzten Richtung aus, und reißt entlang den Sollbruchlinien, die durch die Kerben 8o gebildet sind, wodurch blätterartige Abschnitte

82 entstehen, die nach oben zur Innenwandung des zylindrischen Abschnittes 64 hin umgebogen v/erden. Dabei reissen die Blätter auf beiden Seiten entlang der Verbindungslinie in dem Bereich ein, der in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen

83 versehen ist. Ein oder mehrere Blatter 82 könnten aufgrund des kleinen Krümmungsradius der Verbindungslinie vollständig weggerissen werden, jedoch verhindert der Ring 66 dies, indem er die Blätter 82 dazu bringt, sich auf der Innenseite der Verbindungslinie um den Ring C6 herumzubiegen. Bei grösseren Einrichtungen 1o ist der Krümmungsradius der Verbindungslinie 78 groß genug, um ein vollständiges Durchreissen an der Verbindungslinie zu verhindern, sodaß der Ring 66 nicht benötigt wird.

Wenn eine Zerreißscheibe mit durchknk-kbarer Wölbung ohne Einkerbungen an ein Stützelement in der beschriebenen Weise angeschweißt wird, hat die damit verbundene Erwärmung der Zerreißscheibe Spannungen in der Zerreißscheibe zur Folge, insbesondere im Übergangs- bzw. Verbindungsbereich, die den für das Umschlagen maßgeblichen

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Druck oft drastisch ändern. Es wurde jedoch herausgefunden, daß die im Ubergangsbereich erzeugten Spannungen die Arbeitsweise der Scheibe nicht nachteilig beeinflussen, da eine gekerbte durchknickbare Zerreißscheibe von ihrem Mittelpunkt beginnend nach außen hin laufend durchknickt und nicht, wie andere durchknickbare Scheiben, von der Verbindungslinie nach innen laufend. Daher arbeitet die erfindungsgemässe Einrichtung zuverlässig.

Wenn die Teile zusammengeschweißt sind, ist eine einstückige durch Druck zerreißbare Trenneinrichtung für ein überdruckventil geschaffen, wobei die Trenneinrichtung nicht mit der Oberseite nach unten gekehrt eingebaut werden kann und für eine korrekte Arbeitsweise nicht präzise ausgerichtet werden muß. Wenn die Einrichtung 1o, wie dargestellt, zusammengebaut ist, kann sie nicht mit ihrer Oberseite nach unten zwischen dem Einlassflansch 14 und dem Überdruckventil 12 eingebaut werden, da der zylindrische Abschnitt 64, der sich in das Innere des Einlaßflansches 14 erstreckt, einen gegenüber dem Innendurchmesser des Mundstückes grösseren Durchmesser aufweist. Ferner wird die exakte Ausrichtung der Zerreißscheibe 68 und des ggf. vorhandenen Abstützringes 66 gegenüber dem Lagergehäuse 6o in der Fabrik vorgenommen ,und eine Ausrichtung der Einrichtung 1o gegenüber dem Überdruckventil 12 und dem Einlaßflansch 14 ist nicht notwendig. Auch ist die Länge des zylindrischen Abschnittes G4 derart gewählt, daß die Zerreißscheibe 68 hinreichend weit unterhalb des Einlaßmundstückes 22 des Überdruckventils 12 zu liegen kommt, wodurch ein vollständiges öffnen der Zerreißscheibe sichergestellt wird. Mit anderen Worten werden die Blätter 82 nicht aufgrund einer Berührung mit dem Einlaßmundstück 22 von kleinerem Durchmesser an einem vollständigen öffnen gehindert.

Zwischen dem ringförmigen Flanschabschnitt 62 des Lagergehäuses 6o und den Lagerflächen des Einlaßflansches 14 und des Mundstückes 22 kann ein Paar herkömmlicher Dichtungen 84

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verwendet werden, um eine auch bei Druck zuverlässige Abdichtung sicherzustellen und das unter Druck stehende Strömungsmittel an einem Entweichen in die Atmosphäre zu hindern.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die konvexe Seite der Zerreißscheibe 68 dem unter Druck stehenden Strömungsmittel innerhalb des zu schützenden Systems ausgesetzt und wird durch die Einrichtung 1o das Strömungsmittel an einem Eintritt in das Einlaßmundstück 22 des Überdruckventils 12 gehindert. Die Zerreißeigenschaften der Zerreißscheibe 68 werden derart gewählt, daß ein Durchknicken und Zerreißen der Zerreißscheibe bei einem Strömungsmitteldruck stattfindet, der geringfügig kleiner oder gleich dem Strömungsmitteldruck ist, bei dem das Überdruckventil geöffnet wird. Folglich erreicht das unter Druck stehende Strömungsmittel die inneren Teile des Überdruckventils 12 so lange nicht, bis der überdruckzustand in dem zu schützenden System erreicht, worauf die Zerreißscheibe durchknickt und zerreißt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Beim Zerreissen tritt das unter Druck stehende Strömungsmittel in das Einlaßmundstück 22 für das Überdruckventil 12 ein, und die Ventilschließeinrichtung 26 öffnet, um den überdruck abzubauen .

Die gewölbte Zerreißscheibe 68 kann auf der konkaven Seite des konkav-konvexen Abschnittes 76 einem grösseren Strömungsmitteldruck als auf der konvexen Seite widerstehen. Dadurch kann das überdruckventil 12 periodisch getestet werden, indem ein Strömungsmitteldruck in dem inneren Abschnitt des Mundstückes 22 ausgeübt wird, ohne dabei die Zerreißscheibe 68 der Einrichtung 1o zu zerreissen und ohne das Uberdrucksystem auseinandernehmen oder das überdruckventil 12 aus dem System entfernen zu müssen. Zu diesem Zweck ist ein seitlich durch den Flanschabschnitt 28 des Mundstückes 22 laufender Kanal 1oo vorgesehen und

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eine Leitung 1o2 mit dem Kanal 1oo und einer Öffnung eines Vierwegeventils 1o4 oder einer ähnlichen Ventilanordnung verbunden. Eine Druckquelle wird mit einer öffnung des Ventils 1o4 über eine Leitung 1o6 und ein Druckmesser 1o8 mit einer anderen öffnung des Ventils 1o4 verbunden. Eine Leitung 11o wird mit der vierten öffnung des Ventils 1o4 und mit einem in die Atmosphäre führenden Auslaß verbunden. Für den Test des Überdruckventils 12 wird das Ventil 1o4 betätigt, sodaß das unter Druck stehende Strömungsmittel aus der Leitung 1o6 in das Einlaßmundstück 22 strömen kann und der von dem Maßgerät 1o8 abgelesene Druck wird solange erhöht, bei die Ventilschließeinrichtung 26 öffnet. Sowie das Überdruckventil 12 getestet und für ein Öffnen bei einem bestimmten Druckwert eingestellt worden ist, wird die Ventileinrichtung 1o4 betätigt, sodaß das unter Druck stehende Strömungsmittel aus dem Überdruckventil 12 über die Leitungen 1o2 und 11o an die Atmosphäre abgegeben wird.

Wie oben erwähnt, weist der ringförmige Flanschabschnitt des Lagergehäuses 6o eine möglichst geringe Dicke auf, wodurch den Einbau der Einrichtung 1o das Überdruckventil gegenüber dem Einlaßflansch 14 so wenig wie möglich angehoben wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE Dt. Tcr. nat DIETER LOUIS Dljl-Phys. CLAUS PÖHLAU n^fnf. FRANZ LOHRENTZ 8500 NURNBERQ KESSLERPLATZ 1 B.S. & B. SAFETY SYSTEMS INC., 7455 East 46th Street, Tulsa, Oklahoma 74145, USA - 19 8o1/2 4o/h Ansprüche

1. Trenneinrichtung für den Einbau zwischen einer ringförmigen Lagerfläche des Einlaßmundstückes eines Überdruckventils und der zugehörigen Fläche des Einlaßflansches, mit dem das überdruckventil und das Einlaßmundstück zu verbinden sind, mit einem Zerreißglied, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (1ο) ein Lagergehäuse (6o) mit einem in den Innenraum des Einlaßflansches (14) einsetzbaren zylindrischen Abschnitt (64) und einem sich in radialer Richtung erstreckenden ringförmigen flacher und an einem Ende des zylindrischen Abschnittes (64) vorgesehenen Flanschabschnitt (62) aufweist, daß das zerreißbare Glied (68) eine gewölbte durchknickbare Zerreißscheibe (68) ist, die mit Kerben (8o) versehen ist, und daß die Zerreißscheibe (68) in abdichtender Weise an dem anderen Ende (7o) des zylindrischen Abschnittes (64) angeschweißt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zerreißscheibe einen ringförmigen Flanschabschnitt (74) aufweist, der mit einem konkav-konvexen Abschnitt (76) über eine ringförmige Verbindung (78) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerreißscheibe (68) an das Lagergehäuse (6o) mit Hilfe des ringförmigen Flanschabschnittes (74) angeschweißt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende eines zylindrischen Schirms (72) zum Schutz der Zerreißseheibe (68) an die Zerre iß:;cheite auf der tlcn zylindrischen Abschnitt (64) des Latfcrqehä i;e^c, ent! "ernten Seite anyur.vhv/i ißt: ist.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schirm (72) an den ringförmigen flachen Abschnitt (74) der Zerreißscheibe (68) angeschweißt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Abschnitt (64) des Lagergehäuses und der zylindrische Schirm (72) die gleichen Innendurchmesser und die gleichen Dicken aufweisen.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des konkav-konvexen Abschnittes (76) der Zerreißscheibe gleich den Innendurchmessern des zylindrischen Abschnittes (64) des Lagergehäuses und des zylindrischen Schirms (72) ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 2 oder einem der davon abhängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein flacher Ring (66) zwischen dem Ende (7o) des zylindrischen Abschnittes (64) des Lagergehäuses (6o) und dem ringförmigen Flanschabschnitt (74) der Zerreißscheibe (68) angeordnet und mit diesen verschweißt ist und daß der Ring (66) sich in den zylindrischen Abschnitt (64) des Lagergehäuses (6o) auf der Innenseite der Verbindung (78) der Zerreißscheibe zwecks Vermeidung eines zuweit gehenden Zerreissens der Zerreißscheibe bei einem Durchknicken und Bersten hineinerstreckt.

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