AT393314B - Metallischer behaelter - Google Patents

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Description

AT 393 314 B
Die Erfindung bezieht sich auf einen metallischen Behälter für fließfähige Medien, z. B. Gase, die unter hohem Druck, insbesondere über 200 bar, stehen.
Druckbehälter für Gase werden in der Regel mit dickwandigen Behältern gebildet. So sind in der chemischen und metallurgischen Industrie zylinderförmige Behälter bekannt, die einstückig geformt sind, wobei ein Ende des Zylinders durch eine Verjüngung mit Gewinde gebildet ist, über welches Armaturen mit der Gasdruckflasche verbunden werden können. Derartige Behälter sind zwar besonders sicher, jedoch weisen sie ein wesentlich höheres Gewicht auf. Dieses hohe Gewicht ist bereits nachteilhaft für den Transport der Gase zu Land und zu Wasser, da im wesentlichen nicht das unter Druck stehende Fluid, sondern die Gebinde für dasselbe transportiert werden.
Aus dem SU-Urheberschein 850972 wird ein torusförmiger Druckbehälter für fließfähige Medien bekannt, welcher als Gußkonstruktion aufgebaut ist Zur Reduzierung des Gewichtes wird dort vorgesehen, die Wandstärken unterschiedlich zu halten, insbesondere wird die innere Wandstärke ca. dreimal so dick, als die äußere Wandstärke gehalten. Durch diese Maßnahme soll den unterschiedlichen Beanspruchungen durch das Druckmedium bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion Rechnung getragen werden.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einen metallischen Behälter für unter hohem Druck stehende Fluide, beispielsweise unter 200 bis 260 Atmosphären Druck stehende Fluide zu schaffen, die ein geringes Gewicht aufweisen, einfach zu handhaben sind und die gleichzeitig eine besonders einfache Herstellung erlauben.
Der metallische, insbesondere stählerne, Behälter für fließfähige Medien, z. B. Gase, die unter Druck stehen, mit Füll- und Entnahmeöffnung, welcher im Querschnitt rund, insbesondere im wesentlichen kreisförmig, ist, wobei der Behälter als Toroid, vorzugsweise als Torus, ausgebildet ist, besteht im wesentlichen darin, daß der Behälter, welcher für Medien unter höherem Druck, insbesondere über 200 bar, z. B. über 260 bar, dient, mit Füll- und Entnahmeöffnungen, mit Gewinde zur Befestigung von Armaturen oder dgl. versehen ist, mit zumindest zwei im Querschnitt gekrümmt, insbesondere teilkreisförmig, ausgebildeten oberen und unteren Ringteilen, die mittel- bzw. unmittelbar über Schweißnähte verbunden sind, ist. Durch die Ausbildung als Toroid bzw. Torus mit zumindest zwei Ringteilen, die durch Schweißnähte miteinander verbunden sind, kann die an sich bekannte kreisförmige Form beibehalten werden, wobei gleichzeitig ein geringeres Transportvolumen beansprucht werden kann, da lediglich die Stapelfähigkeit übereinander gegeben sein muß, hingegen keine Sicherung gegen Rollen erforderlich ist Durch die Verbindung der Ringteile über Schweißnähte ist eine höhne konstruktive Vielfalt gegeben, wobei gleichzeitig geringere Losgrößen gefertigt werden können.
Sind die Ringteile im Bereich der Äquatoren, insbesondere nur des inneren Äquators, über zumindest einen weiteren Ringteil, welcher im Querschnitt, insbesondere teilkreisförmig, gekrümmt ist, über im wesentlichen ringförmige Schweißnähte verbunden, so ist einerseits eine konstruktive einfache Lösung und auch die innere Schweißnaht ohne extrem kleine Schweißköpfe oder dgl. ausgebildet, wobei weiters eine besonders vorteilhafte Kontrolle der Schweißnähte, z. B. auch über Röntgen, gewährleistet ist.
Weist der weitere Ringteil zumindest eine Schweißnaht auf, die nur den gesamten Querschnitt von der einen ringförmigen zur anderen ringförmigen Schweißnaht, insbesondere entlang der kürzesten Entfernung, zwischen denselben ausgeführt ist, so liegt zwar eine besonders druckempfindliche, nämlich Radialschweißnaht, vor, jedoch weist dieser Teil den Vorteil auf, daß auch geringfügige Unterschiede in den Durchmessern zwischen dem oberen und dem unteren Ringteil besonders ausgeglichen werden können, in dem der Durchmesser des inneren Ringteiles größer bzw. kleiner gehalten wird. Weiters besteht ein Vorteil darin, daß dieser Ringteil auf besonders einfache Art und Weise, nämlich durch Rollen hergestellt werden kann und es nicht erforderlich ist, diesen Teil durch kompliziertes Aufweiten eines nahtlosen Rohrteiles im späteren Äquatorialbereich zu erhalten.
Vorteilhafterweise wird die Füll- und Entnahmeöffnung durch einen mit hohem Ansatz versehenen Schweißeinsatz gebildet, womit sämtliche herkömmliche Armaturen mit dem neuartigen Druckbehälter verbunden werden können.
Ist der Schweißeinsatz, insbesondere im oberen Ringteil, vorzugsweise im Bereich des mittleren Durchmessers, des Toroids vorgesehen, so ist eine besonders gute Stapelfähigkeit der Behälter gegeben, da jeweils die Behälter so gegeneinander gelagert werden, daß jeweils die Schweißeinsalzteile gegeneinander weisen.
Ist der obere und der untere Ringteil durch jeweils einen Tiefziehteil gebildet, so kann der gesamte Hochdruckbehälter aus ursprünglich planem Blechmaterial aufgebaut werden. Weiters weist ein derartiger Behälter ein besonders geringes Gewicht auf, wobei gleichzeitig eine hohe Gleichmäßigkeit der Wandstärken, die lediglich durch unterschiedliche Materialverdünnungen während des Tiefziehens geringfügig unterschiedlich sind, erhalten werden kann. Es sind zwar für unter geringem Druck stehende Flüssigkeit, wie kohlensäurehältige Getränke, z. B. Bier oder dgl., bekannt, die mit Tiefziehteilen aufgebaut sind, jedoch war es für den Fachmann durchaus nicht naheliegend, Tiefziehteile auch für andere unter so hohem Druck stehende Behälter zu verwenden.
Ein besonders vorteilhafter metallischer Behälter mit besonders geringem Gewicht und hoher Kapazität ergibt sich dann, wenn der Durchmesser des Torus das zwanzig- bis sechzigfache, insbesondere dreißig- bis fünfzigfache der Wandstärke der Ringteile beträgt
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht der Werkstoff für die Ringteile aus in Gew.-% -2-
AT393 314B c 0,03 bis 0,05 Cr 15,0 bis 18,5 Ni 3,5 bis 5,5 Nb 0,2 bis 0,3 Cu 2,8 bis 3,5
Rest Eisen und Verunreinigungen. Ein derartiger Werkstoff weist nicht nur den Vorteil einer höheren Korrosionsbeständigkeit, sondern auch den Vorteil höherer Festigkeit bei gleichzeitiger ausreichender Tiefziehfähigkeit auf.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Behälter in Draufsicht, Fig. 2 einen Schnitt des erfindungsgemäßen Behälters entlang der Linie (Π-Π) und Fig. 3 einen Schweißeinsatz für die Armaturen im Schnitt.
Dar in Fig. 1 dargestellte Behälter (1) ist als Torus aufgebaut, wobei die Entfernung des äußeren Äquators (2) zum inneren Äquator (3) 245 mm beträgt. Der Behälter weist im Bereich des mittleren Durchmessers (4), der durch einen Kreis gebildet wird, einen Schweißeinsatz (5) auf.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht der torusfömige Behälter (1) aus einem oberen (6), unteren (7) und einem weiteren (8) Ringteil. Die Ringteile sind über Schweißnähte (9, 10 und 11) verbunden. Die Schweißnaht (9) liegt im Bereich des äußeren Äquators (2), wohingegen die Schweißnähte (10 und 11) jeweils oberhalb bzw. unterhalb des Äquators liegen und im Ringteil selbst der Äquator (siehe Fig. 2) vorliegt Die Schweißnähte (10 und 11) sind derart angeordnet, daß eine Schweißung leicht durchgeführt werden kann. Der weitere ringförmige Teil (8) weist eine Schweißnaht (12) auf, welche im wesentlichen entlang der kürzesten Verbindung zwischen der Schweißnaht (11 und 10) gelegt ist und als Radialschweißnaht bezeichnet werden kann. Durch eine derartige Radialschweißnaht kann der Durchmesser des weiteren Ringteiles besonders einfach an die weiteren Ringteile angepaßt werden. Die Ringteile weisen alle im Querschnitt im wesentlichen Teilkreisform auf.
Wie aus Fig. 3 besonders deutlich ersichtlich, weist der Schweißeinsatz (5) einen Rohransatz (13) mit Gewinde (14) auf. Das Gewinde (14) dient zur Verbindung mit Armaturen oder dgl. Der Schweißeinsatz (5) ist über eine ringförmige Schweißnaht (15) mit dem torusförmigen Behälter (1) verbunden. Der Schweißeinsatz (5) kann beispielsweise durch Drückziehen gewonnen werden.
Zur Herstellung der ringförmigen Teile wurden Bleche aus einem Stahl mit in Gew.-% folgender Zusammensetzung
Kohlenstoff 0,04 Chrom 16,0 Nickel 4,5 Niob 0,25 Kupfer 3,3
Rest Eisen verwendet Die Bleche wurden ringförmig zugeschnitten und sodann auf einer Tiefziehpresse verformt. Der mittlere Blechteil wurde durch einen Blechstreifen, der ebenfalls die Wandstärke von 6,5 mm aufwies, durch Rollen mit einem kreisförmigen Querschnitt verformt, wobei gleichzeitig die Ringform erhalten wurde. Die so gewonnenen Ringteile sind sodann unter Anwendung von Schutzgasschweißen mit arteigenem Material verbunden worden. Anstelle von Schutzgasschweißen ist Plasmaschweißen oder dgl. ebenfalls geeignet. Der obere Ringteil wird mit einer kreisförmigen Ausnehmung versehen, in welcher der Schweißeinsatz, der ebenfalls aus dem oben angeführten Material aufgebaut ist, eingeschweißt wird. Nachdem die Konstruktion bei 1.050 °C zwanzig Minuten lösungsgeglüht wurde, erfolgte eine Abkühlung auf Raumtemperatur. Anschließend wurde bei 565 °C vier Stunden lang ausgehärtet.
Der so erhaltene ringförmige Gasbehälter wurde sodann einem Prüfdruck von 260 bar bzw. 300 bar unterworfen, wobei nach 24 Stunden noch kein Druckverlust aufgetreten ist. Aus einem weiteren Behälter wurde ein Prüfstreifen entnommen, der auch die Schweißnähte, und zwar quer zur Längsform des Prüfstreifens, enthalten hat. An dem so erhaltenen Prüfkörper wurde die Streckgrenze gemäß DIN 50 145 bestimmt, und diese betrug im
Durchschnitt aus drei Proben 1.414 N/mm^.
Ein derartiger Behälter weist aufgrund seiner geringen Wandstärke, seiner hohen Zugfestigkeit sowie seiner einfachen Konstruktion einen sehr hohen Gebrauchswert auf und kann beispielsweise als Druckbehälter für Gase, Flüssigkeiten oder dgl. besonders vorteilhaft eingesetzt werden. -3-

Claims (8)

  1. AT 393 314 B PATENTANSPRÜCHE 1. Metallischer Behälter für fließfähige Medien, z. B. Gase, die unter Druck stehen, mit Füll- und Entnahmeöffnung, welcher im Querschnitt rund, insbesondere im wesentlichen kreisförmig, ist, wobei der Behälter als Toroid, vorzugsweise als Torus, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter, welcher für Medien unter höherem Druck, insbesondere über 200 bar, z. B. über 260 bar, dient, mit Füll- und Entnahmeöffnung, mit Gewinde zur Befestigung von Armaturen oder dgl. und zumindest mit zwei im Querschnitt gekrümmten, insbesondere teilkreisförmigen, ausgebildeten oberen und unteren Ringteilen (6,7), die mittel- bzw. unmittelbar über Schweißnähte (9,10,11) verbunden sind, ausgebildet ist.
  2. 2. Metallischer Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringteile (6, 7) im Bereiche der Äquatoren (2,3), insbesondere nur des inneren Äquators (3) über zumindest einen weiteren Ringteil (8), welcher im Querschnitt, insbesondere teilkreisförmig, gekrümmt ist, über im wesentlichen ringförmige Schweißnähte (9,10,11) verbunden sind.
  3. 3. Metallisch»' Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ringteil (8) mindestens eine Schweißnaht (12) auf weist, die über den gesamten Querschnitt von der einen ringförmigen (10) zur anderen ringförmigen Schweißnaht (11), insbesondere entlang der kürzesten Entfernung zwischen beiden ausgeführt ist.
  4. 4. Metallischer Behälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll- und Entnahmeöffnung durch einen mit Rohransatz (13) versehenen Schweißeinsatz (5) gebildet ist.
  5. 5. Metallischer Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißeinsatz (5), insbesondere im oberen Ringteil (6), vorzugsweise im Bereiche des mittleren Durchmessers (4) des Toroids, vorgesehen ist.
  6. 6. Metallischer Behält» nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der obere (6) und untere (7) Ringteil durch jeweils einen Tiefziehteil gebildet sind.
  7. 7. Metallischer Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Querschnittes des Toroides das 20- bis 60-fache, insbesondere 30- bis 50-fache, der Wandstärke der Ringteile beträgt
  8. 8. Metallischer Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für die Ringteile aus in Gew.-% Kohlenstoff 0,03 bis 0,05 Chrom 15,0 bis 18,5 Nickel 3,5 bis 5,5 Niob 0,2 bis 0,3 Kupfer 2,8 bis 3,5 Rest Eisen und Verunreinigungen besteht Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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SU850972A1 (ru) * 1979-10-12 1981-07-30 Ордена Ленина И Ордена Трудового Красногознамени Предприятие П/Я Г-4725 Сосуд давлени

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