Verbindung zwischen einem zylindrischen Innenkörper aus Titan oder Zirkon oder deren Legierungen und einem zylindrischen Aussenkörper aus einem anderen Metall als Titan oder Zirkon bzw. deren Legierungen Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen einem zylindrischen Innenkörper aus Titan oder Zir kon oder deren Legierungen und einem zylindrischen Aussenkörper aus einem anderen Metall als Titan oder Zirkon bzw. deren Legierungen.
Es versteht sich, dass in der Beschreibung und den Ansprüchen die Ausdrücke Titan und Zir kon nicht nur reines Titan bzw. reines Zirkon, son dern auch Legierungen auf der Grundlage von Titan bzw. Zirkon umfassen. Ferner sei darauf hingewie sen, dass der Ausdruck zylindrischer Innenkörper nicht nur relativ grosse zylindrische Körper wie ver schiedene Reaktionsgefässe, Kolonnen, Türme, Ge häuse oder dergleichen umfasst, sondern auch re lativ kleine Rohre, Schläuche oder dergleichen.
Als zylindrischer Aussenkörper wird ein zylindrischer Körper bezeichnet, der aus einem anderen Metall als Titan oder Zirkonium, beispielsweise aus Stahl, ins besondere rostfreiem Stahl usw. besteht, und dessen Durchmesser grösser ist als der des zylindrischen In nenkörpers und der mit einem Zwischenraum um den zylindrischen Innenkörper herum angeordnet werden kann. Ein typisches Beispiel des zylindrischen Aus senkörpers ist ein Zylindermantel, der ein innen an geordnetes Reaktionsgefäss oder eine Destillationsko lonne mit einem Zwischenraum umgibt, in dem ein Kühl- oder Heizmedium umgwälzt wird.
Es ist bekannt, dass Titan, Zirkon und ihre Legie rungen verschiedene ausgezeichnete Eigenschaften haben, zu denen Korrosions- und chemische Bestän digkeit gehören, so dass sie sich besonders, zur Ver wendung in Apparaten, Einrichtungen und Anlagen wie Reaktionsgefässen, Kolonnen, Türmen, Behäl tern, Gehäusen oder dergleichen eignen, die korro- sionsbeständig sein sollen. Dagegen haben Titan, Zir- kon und ihre Legierungen den Nachteil, dass sie nicht leicht mit anderen Metallen verschweisst werden kön nen.
Es ist in manchen Fällen schon vorgeschlagen worden, einen Körper oder Bauteil aus Titan oder Zirkon an einem Körper oder Bauteil aus einem an deren Metall mit Hilfe eines mechanischen Elements, beispielsweise einer Schraube, einem Bolzen, Zapfen oder dergleichen zu befestigen. Mit derartigen mecha nischen Elementen ist jedoch eine starre, hermetisch dichte Verbindung zwischen den beiden Bauteilen nicht herstellbar, weil unvermeidlich ein sehr kleiner Spalt oder dergleichen gebildet wird.
Dies ist beson ders bei Gefässen, Kolonnen, Rohren oder derglei chen, in denen strömungsfähige Medien manipuliert oder behandelt werden sollen, ein Nachteil.
Die durch die vorliegende Erfindung geschaffene Verbindung ist gekennzeichnet durch einen aus dem selben Material wie der zylindrische Innenkörper be stehenden Ring, der sich um den zylindrischen Innen körper erstreckt, und einen aus demselben Material wie der zylindrische Aussenkörper bestehenden Ring, der sich längs des Innenumfanges des zylindrischen Aussenkörpers erstreckt, wobei diese Ringe mecha nisch miteinander verbunden sind und die Verbin dungsstelle zwischen den Ringen hartgelötet ist.
Die Verbindung gemäss der Erfindung und das Verfahren zu ihrer Herstellung gehen am besten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung an Hand der beigefügten Zeichnungen hervor. In diesen zeigt Fig. 1 im Seitenriss, teilweise im Längsschnitt, einen aus Titan oder Zirkon bestehenden Innenman- tel eines Turms mit einem Aussenmantel für ein Kühl- oder Heizmedium.
Fig. 2 in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 1 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Fig.3 zeigt im Längsschnitt einen Teil eines Stahlgefässes mit einer Auskleidung aus Titan oder Zirkon und einem aus Titan oder Zirkon bestehen den Rohr, das an dem Gefäss befestigt ist und sich in dessen Inneres erstreckt.
Um die Erläuterung zu vereinfachen, ist in der nachstehenden Beschreibung angegeben, dass ein zylindrischer Innenkörper und ein ihm zugeordneter Ring aus Titan bestehen. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch auf aus einer Titanlegierung, Zirkon oder einer Zirkonlegierung bestehende Bau teile dieser Art anwendbar ist. Daher kann in der nachstehenden Beschreibung der Ausdruck Titan durch den Ausdruck Zirkon oder eine Titanlegie rung oder eine Zirkonlegierung ersetzt werden, wenn diese Bauteile Organe aus den genannten Mate rialien bestehen.
Gemäss Fig. 1 ist ein Mantel 1 aus Titan an sei nem Umfang im Bereich des oberen Endes mit einem ebenfalls aus Titan bestehenden Aussenring 2 verse hen, der durch Schweissung einstückig mit dem Mantel 1 verbunden ist. Ein Aussenmantel 4. aus Stahl, insbesondere rostfreiem Stahl, und mit einem Durchmesser, der grösser ist als der des Mantels 1, ist an seinem Innenumfang im Bereich seines oberen Endes mit einem Ring 5 aus Stahl, insbesondere rost freiem Stahl versehen, der ein Innengewinde aufweist. Der Ring 5 ist durch Schweissung bei 6 einstückig reit dem Aussenmantel 4 verbunden.
Diese Ringe 2 sind miteinander verschraubt und die Verbindungs stellen sind durch Hartlöten, beispielsweise mit Silber oder einer Legierung bei 7.7 miteinander verbunden. Durch diese Anordnung ist der Aussenmantel 4 unter Bildung eines Zwischenraumes starr und hermetisch dicht mit dem Mantel 1 verbunden. Es versteht sich, dass die unteren Enden des Aussenmantels 4 und des Innenmantels 1 auf ähnliche Weise miteinander ver bunden werden können.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform ähnelt der nach Fig. 1 bis auf die Anordnung der Ringe und ihre Verbindung miteinander. Ein Ring 12 aus Titan ist bei 13, 13 mit dem Mantel 11 verschweisst. Der Ring 12 hat an seinem unteren Ende einen nach aus sen vorstehenden ringförmigen Flansch 12'. An einem Aussenmantel 14 ist durch Schweissung bei 16 ein Ring 15 aus Stahl, insbesondere rostfreiem Stahl angebracht, dessen innere Seitenfläche sich passend an die äussere Seitenfläche des Ringes 12 anlegen kann. Ferner kann sich die Unterseite des Ringes 15 auf die Oberseite des Flansches 12' auflegen, wie in der Zeichnung dargestellt ist.
Die Unterseite des Rin ges 15 ist bei 17 durch Hartlötung mit dem be nachbarten Rand des Flansches 12' verbunden. Ebenso ist die obere Innenkante des Ringes 15 bei 17 durch Hartlötung mit dem oberen Aussenrand des Ringes 12 verbunden. Das Hartlöten erfolgt vorzugsweise mit Silber oder einer Silberlegierung. In dieser Ausführungs form sind die Ringe 12 und 15 nicht durch die in Fig. 1 gezeigte Verschraubung, sondern durch eine Halteschraube 18 miteinander verbunden. In der dar gestellten Ausführung ist die Schraube 18 von der Innenseite des Innenmantels 11 durch diesen und den Ring 16 in den Ring 15 geschraubt. In diesem Fall besteht die Schraube 18 aus Titan und ist ihr Kopf durch Lichtbogenschweissung mit dem Mantel 11 verbunden.
Man kann die Schraube 18 auch von der Aussenseite des Ringes 15 durch diesen und den Ring 12 hindurch in die Innenmantelwand 11 ein schrauben. Es ist natürlich eine entsprechende An zahl dieser Schrauben 18 in Abständen voneinander um den Umfang der Anordnung herum verteilt vorge sehen.
In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist ein zylindrischer Aussenkörper oder ein zylindrisches Aussengefäss 21 aus Stahl, das eine Innenausklei dung 22 aus Titan aufweist, mit einem zylindrischen Innenkörper oder einem Rohr 20 aus Titan verbun den, das einstückig mit einem verdickten Teil in Form eines Ringes 23 ausgebildet ist, der ein Aussen gewinde besitzt.
Ein eigener Ring 24, der aus Stahl besteht und eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung aufweist, welche die ringförmige Verdik- kung 23 satt passend aufnehmen kann, ist in eine Öffnung eingesetzt, die in der Wand des Gefässes 21 mit Ausnahme der Auskleidung 22 ausgebildet ist. Die Unterseite des Ringes 24 sitzt daher fest gegen die Auskleidung 22. Der Ring 24 ist längs seinem der Gefässwandfläche benachbarten Umfang bei 25 mit dem Gefäss 21 verschweisst. Die Auskleidung 22 ist mit einer Öffnung ausgebildet, durch welche sich das Rohr 20 in das Innere des Gefässes 21 erstreckt.
Das Rohr 20 ist an der ringförmigen Verdickung 23 in die Gewindeöffnung des Ringes 24 eingeschraubt. Die ringförmige Verbindung zwischen dem Ring 24 und dem Ring 23 ist vorzugsweise bei 26' mit Silber oder einer Silberlegierung hartgelötet. Längs der un teren kreisförmigen Verbindungslinie zwischen dem Ring 23 und der Auskleidung 22 wird die Schweis- sung 26 durchgeführt. Durch diese Anordnung ist das rohrförmige Organ 20 starr und hermetisch dicht mit dem Gefäss 21 verbunden.
Wie aus der vorliegenden Beschreibung hervor geht, ist ein zylindrischer Innenkörper aus Titan oder Zirkon in einem gewünschten Teil des Umfangs mit einem Ring oder einer Ringleiste aus Titan oder Zir- kon versehen. Der Ring ist derart an den Umfang des zylindrischen Innenkörpers angeschweisst, dass sie über die Verbindungsstelle weg aus einem Stück be stehen.
Ein aus einem anderen Metall bestehender zylindrischer Aussenkörper ist an seinem dem ge nannten Ring oder einer Ringleiste entsprechenden Innenumfang mit einem Ring oder einer Ringleiste aus demselben Metall wie der zylindrische Aussen körper versehen. Diese beiden Ringe oder Ringlei sten werden durch Verschraubung miteinander tiefe- stigt, und die Verbindungsstelle zwischen diesen bei den Ringen wird hartgelötet. Diese Ringe dienen fer ner als Abstandhalter zwischen dem zylindrischen Innen- und Aussenkörper, so dass zwischen ihnen ein Zwischenraum vorhanden ist.
Da die Ringe mit den entsprechenden Zylinderkörpern im wesentlichen einstückig ausgebildet und an ihrer Verbindungsstelle mechanisch miteinander verbunden sind und die Ver bindungsstelle hartgelötet ist, erhält man eine fertige Konstruktion, die insgesamt starr und völlig herme tisch dicht ist.
Es sind einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben worden, doch versteht es sich, dass im Rahmen des Schutzumfanges der An sprüche mehrere Abänderungen möglich sind, die im Bereich fachmännischer Massnahmen liegen.
Connection between a cylindrical inner body made of titanium or zirconium or their alloys and a cylindrical outer body made of a metal other than titanium or zirconium or their alloys The invention relates to a connection between a cylindrical inner body made of titanium or zirconium or their alloys and a cylindrical outer body a metal other than titanium or zirconium or their alloys.
It goes without saying that in the description and the claims the terms titanium and zirconium not only encompass pure titanium or pure zirconium, but also alloys based on titanium or zirconium. It should also be pointed out that the expression “cylindrical inner body” includes not only relatively large cylindrical bodies such as various reaction vessels, columns, towers, housings or the like, but also relatively small tubes, hoses or the like.
As a cylindrical outer body, a cylindrical body is referred to, which consists of a metal other than titanium or zirconium, for example steel, in particular stainless steel, etc., and whose diameter is greater than that of the cylindrical In nenkörpers and with a gap around the cylindrical Inner body can be arranged around. A typical example of the cylindrical outer body is a cylinder jacket that surrounds an internally arranged reaction vessel or a distillation column with an intermediate space in which a cooling or heating medium is circulated.
It is known that titanium, zirconium and their alloys have various excellent properties, including corrosion and chemical resistance, so that they are particularly suitable for use in apparatus, facilities and systems such as reaction vessels, columns, towers, containers tern, housings or the like that should be corrosion resistant. On the other hand, titanium, zircon and their alloys have the disadvantage that they cannot easily be welded to other metals.
In some cases it has already been proposed to fasten a body or component made of titanium or zirconium to a body or component made of another metal with the aid of a mechanical element, for example a screw, a bolt, pin or the like. With such mechanical elements, however, a rigid, hermetically sealed connection between the two components cannot be established because a very small gap or the like is inevitably formed.
This is a disadvantage, particularly in the case of vessels, columns, pipes or the like in which flowable media are to be manipulated or treated.
The connection created by the present invention is characterized by a ring made of the same material as the cylindrical inner body, which extends around the cylindrical inner body, and a ring made of the same material as the cylindrical outer body, which extends along the inner circumference of the extending cylindrical outer body, these rings are mechanically connected to each other and the connec tion point between the rings is brazed.
The connection according to the invention and the method for producing it can best be seen from the detailed description below with reference to the accompanying drawings. In these, FIG. 1 shows, in side elevation, partly in longitudinal section, an inner jacket of a tower made of titanium or zirconium with an outer jacket for a cooling or heating medium.
FIG. 2 shows another embodiment of the invention in a representation similar to FIG. 1.
Fig.3 shows in longitudinal section a part of a steel vessel with a lining made of titanium or zirconium and a made of titanium or zirconium consist of the pipe which is attached to the vessel and extends inside it.
In order to simplify the explanation, it is indicated in the description below that a cylindrical inner body and a ring assigned to it are made of titanium. It is understood, however, that the invention is also applicable to parts of this type made of a titanium alloy, zirconium or a zirconium alloy. Therefore, in the description below, the term titanium can be replaced by the term zirconium or a titanium alloy or a zirconium alloy if these components, organs, are made from the materials mentioned.
According to FIG. 1, a jacket 1 made of titanium is hen on its circumference in the area of the upper end with an outer ring 2 also made of titanium, which is connected in one piece to the jacket 1 by welding. An outer jacket 4. made of steel, in particular stainless steel, and with a diameter larger than that of the jacket 1, is provided on its inner circumference in the region of its upper end with a ring 5 made of steel, in particular stainless steel, which has an internal thread having. The ring 5 is connected in one piece to the outer jacket 4 by welding at 6.
These rings 2 are screwed together and the connection points are connected to one another by brazing, for example with silver or an alloy at 7.7. As a result of this arrangement, the outer jacket 4 is rigidly and hermetically tightly connected to the jacket 1, forming an intermediate space. It goes without saying that the lower ends of the outer jacket 4 and the inner jacket 1 can be connected to one another in a similar manner.
The embodiment shown in Fig. 2 is similar to that of Fig. 1 except for the arrangement of the rings and their connection with one another. A ring 12 made of titanium is welded to the jacket 11 at 13, 13. The ring 12 has at its lower end an annular flange 12 'protruding from the sen. A ring 15 made of steel, in particular stainless steel, is attached to an outer jacket 14 by welding at 16, the inner side surface of which can fit snugly against the outer side surface of the ring 12. Furthermore, the bottom of the ring 15 can rest on the top of the flange 12 ', as shown in the drawing.
The underside of the Rin tot 15 is connected at 17 by brazing to the adjacent edge of the flange 12 '. Likewise, the upper inner edge of the ring 15 is connected at 17 to the upper outer edge of the ring 12 by brazing. Brazing is preferably done with silver or a silver alloy. In this embodiment, the rings 12 and 15 are not connected to one another by the screw connection shown in FIG. 1, but by a retaining screw 18. In the embodiment provided, the screw 18 is screwed from the inside of the inner jacket 11 through this and the ring 16 into the ring 15. In this case, the screw 18 consists of titanium and its head is connected to the jacket 11 by arc welding.
You can screw the screw 18 from the outside of the ring 15 through this and the ring 12 into the inner jacket wall 11. There is, of course, a corresponding number of these screws 18 at intervals around the circumference of the arrangement see provided.
In the embodiment shown in Fig. 3, a cylindrical outer body or a cylindrical outer vessel 21 made of steel, which has an inner lining 22 made of titanium, verbun with a cylindrical inner body or a tube 20 made of titanium, which is integral with a thickened part in the form a ring 23 is formed which has an external thread.
A separate ring 24, which is made of steel and has an opening provided with an internal thread, which can snugly receive the annular thickening 23, is inserted into an opening which is formed in the wall of the vessel 21 with the exception of the lining 22 . The underside of the ring 24 therefore sits firmly against the lining 22. The ring 24 is welded to the vessel 21 along its circumference adjacent to the vessel wall surface at 25. The lining 22 is formed with an opening through which the tube 20 extends into the interior of the vessel 21.
The tube 20 is screwed into the threaded opening of the ring 24 at the annular thickening 23. The annular connection between ring 24 and ring 23 is preferably brazed at 26 'with silver or a silver alloy. The weld 26 is carried out along the lower circular connecting line between the ring 23 and the lining 22. As a result of this arrangement, the tubular member 20 is rigidly and hermetically tightly connected to the vessel 21.
As can be seen from the present description, a cylindrical inner body made of titanium or zirconium is provided in a desired part of the circumference with a ring or a ring strip made of titanium or zirconium. The ring is welded to the circumference of the cylindrical inner body in such a way that they are in one piece away from the connection point.
A cylindrical outer body made of a different metal is provided on its inner circumference corresponding to the ge called ring or a ring bar with a ring or a ring bar made of the same metal as the cylindrical outer body. These two rings or ring strips are deepened by screwing together, and the connection point between these at the rings is brazed. These rings also serve as spacers between the cylindrical inner and outer bodies, so that there is a gap between them.
Since the rings with the corresponding cylinder bodies are essentially integrally formed and mechanically connected to each other at their junction and the connection point is brazed, you get a finished construction that is totally rigid and completely hermetically sealed.
Some embodiments of the invention have been shown and described, but it goes without saying that within the scope of protection of the claims, several modifications are possible which are within the scope of measures taken by experts.