DD233620A1 - Zylindrischer druckbehaelter fuer chemikalien, insbesondere fuer spezial reine chemikalien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckbehaelter fuer Chemikalien, insbesondere fuer spezialreine Chemikalien. Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Druckbehaelters fuer Chemiekalien, der als Transportbehaelter zwischen Hersteller und Anwender von Chemikalien zum Einsatz kommen kann. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass der Behaelter aus einem Innenbehaelter aus Plast, insbesondere PTFE, und einem aeusseren Behaelter aus Stahl besteht. Die Abdichtungen zwischen Innenrohr und Deckel- bzw. Bodenplatte erfolgen mittels Mehrflaechenabdichtungen mit quasielastischer Dichtflaeche. Der Sprengring dieser Mehrflaechenabdichtung ist als Innenbundring gestaltet, der den dauerelastischen Stuetzring teilweise kammert. Der Innenbundring ist mit axialem Spiel eingebaut. Das Innenrohr wird gestaucht eingebaut. Alle Schwachstellen im Dichtungsbereich sind von Metallbauteilen umgeben, die auch die aeusseren Kraefte aufnehmen und damit nicht auf die Dichtstellen wirken lassen. Der Deckel aus Edelstahl und die Deckelplatte aus Plast sind als eine Baueinheit gemeinsam mit den Fuell- und Entleerungsstutzen nach Loesen des Verschlussringes vom Behaelter abnehmbar. Der Behaelter weist ein sehr gutes Langzeitdichtverhalten auf. Fig. 1

Description

Druckspannungen schützen die durch die Sprengringnut geschwächte Wandung bei tiefen Temperaturen oder Unterdruck vor unzulässigen Druckspannungen und Abriß. Alle durch den Innendruck auftretenden Axialkräfte und die Vorspannung der Abdichtungen werden über die Stahlummantelung geleitet. Dadurch werden die im Innenrohr- und der Deckel- und Bodenplatte auftretenden Kräfte nicht durch Zugkräfte überlagert, d. h. der Sprengring braucht nur die Vorspannkräfte und diese sogar nur anteilig auf das Innenrohr übertragen. Dadurch ist es möglich, die mehrfache Vorspannkraft, d. h. eine vielfache Sicherheit der Zuhaltekraft gegenüber der Auftreibekraft, zu realisieren.

Im Behälter sind ein Füllstutzen und ein Entleerungsstutzen angeordnet. Beide Stutzen durchdringen den Deckel und die Deckelplatte. Beide Stutzen unterscheiden sich nur durch ihre Länge im Behälter, die Befestigung und Abdichtung erfolgt gleich. Jeder Stutzen weist einen Stutzenbund auf, der an einer quasielastischen Dichtfläche einer in die Deckelplatte eingearbeiteten axialen Einflächendichtung unter Verwendung eines Stützringes anliegt.

Der Aufbau und die Aufrechterhaltung der Dichtkräfte an dieser Dichtstelle am Stutzenbund erfolgen über einen mit Gewinde versehenen Konterring, der im Deckel fixierbar ist. Dieser Konterring dient auch zum Schutz der Stutzen gegen äußere Kräfte und

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Das Stutzenende weist ebenfalls eine axiale Einflächenabdichtung mit einer quasielastischen Dichtfläche auf, die an einem PTFE-Verschlußstopfen dichtendanliegt. Der Verschlußstopfen wird mittels Verschlußkappe verspannt, wodurch die erforderliche Dichtpressung erreicht wird.

Die Anordnung des Konterringes bewirkt, daß bei erhöhtem Innendruck die Stutzen im Bereich des Gewindes aufgeweitet werden und dadurch auf der tragenden Seite der Gewindeflanke in Richtung des Verschlußstopfens axial gleiten, wodurch erhöhte Dichtpressung an der Dichtstelle Stutzenende/Verschlußstopfen erreicht wird. Diese Wirkung wird durch Ausnutzung des stark unterschiedlichen Formänderungsverhaltens der metallischen Werkstoffe und der Plaststoffe erzielt.

Die Dichtpressung an der Dichtstelle Stutzenbund/Deckelplatte erfolgt durch die direkte Einwirkung des Behälterinnendruckes auf den Stutzenbund.

Mantel, Deckel und Boden sind miteinander lösbar verbunden. Zwischen diesen Bauteilen aus Edelstahl befinden sich keine Dichtungen oder Teile der Plastbauteile.

Der Boden ist mittels Schrauben und der Deckel mittels eines Verschlußringes am Mantel befestigt. Zur Gewährleistung der Verdrehsicherheit weist der Deckel noch Stifte auf, die in entsprechende Bohrungen, die sich in der Stirnfläche des Mantels befinden, einsteckbar sind. Durch Lösen des Verschlußringes läßt sich der Deckel gemeinsam mit der Deckelplatte und dem Füll- und Entleerungsstutzen abnehmen. In diesem Zustand ist die vollständige Reinigung des Behälters möglich. Darüber hinaus ermöglicht diese Gestaltung noch das Mischen von unterschiedlichen Chemikalien direkt im Transportbehälter. Dieser erfindungsgemäße Druckbehälter für Chemikalien ist erfindungsgemäß aus Halbzeugen, die billig herstellbar sind, zu fertigen.

Dertechnologische Aufwand ist relativ gering. Der Behälter weist durch die erfindungsgemäße Lösung der Dichtungen auch bei Dauerdrücken Dichtheit auf, wobei die axialen Einflächenabdichtungen und die Mehrflächenabdichtungen mit steigendem Innendruck größere Dichtkräfte erzeugen. Die Herstellung der Dichtflächen erfolgt ohne Erwärmung des Plastwerkstoffes und dient damit dem Arbeits- und Gesundheitsschutz.

Mit dem erfindungsgemäßen Behälter ist es möglich geworden, die Transportkette vom Hersteller von Chemikalien bis zum Anwender dieser Chemikalien zu schließen und damit die hohe Qualität, die beim Hersteller der Chemikalien mit großem Aufwand erreicht wurde, auch beim Anwender wirksam werden zu lassen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

FIg. 1: einen Schnitt durch den Druckbehälter für Chemikalien

Der zylindrische Druckbehälter für Chemikalien besteht aus einem Innenrohr 4 aus PTFE, das an seinen Enden mit einer eine quasielastische Dichtfläche aufweisenden Mehrflächenabdichtung ausgerüstet ist. Das Innenrohr 4 hat vor der Montage eine Länge von 172 mm und im Einbauzustand eine Länge von 168 mm. Der Außendurchmesser des Innenrohres 4 beträgt 150 mm, die Wandstärke 7,5 mm. Stirnseitig weist das Innenrohr 4 eine Deckelplatte 7 und eine Bodenplatte 6, beide aus PTFE, auf. Diese Platten 6; 7 sind so gestaltet, daß sie eine zur Innenrohrdichtflache adäquate Dichtfläche als Ringnut aufweisen, wobei die Stärke der Platten 6; 7 so bemessen ist, daß der gesamte Dichtbereich bis zum Sprengring an der Innenwand des Innenrohres 4 durch diese Platten 6; 7 abgestützt wird. Die Deckelplatte 7 hat eine Stärke von 25 mm und weist zwei Bohrungen von 38,5 mm Durchmesser auf, in denen der Füllstutzen 13 und der Entleerungsstutzen 14 angeordnet sind.

Die Bodenplatte 6 kann sehr unterschiedlich gestaltet sein. Im Ausführungsbeispiel ist sie als ebene Platte dargestellt. Sie hat eine Stärke von 25 mm.

Dieser aus Innenrohr 4, Deckelplatte 7 und Bodenplatte 6 bestehende Behälter ist von einem Mantel 1, einem Boden 2 und einem Deckel 3, alles aus Edelstahl, umgeben. Diese drei Bauteile bilden eine schützende und Kräfte aufnehmende Hülle. Sie bilden einer, Überlastschutz und eine Begrenzung der Außenmaße für die PTFE-Bauteile. Zwischen Mantel 1 und Innenrohr 4 besteht ein Funktionsspiel.

Mantel 1, Deckel 3 und Boden 2 sind direkt miteinander lösbar verbunden, d. h. es sind keine PTFE-Bauteile zwischen den Metallanlageflächen angeordnet.

Der Boden 2 ist mittels Schrauben 22 und der Deckel 3 mittels Verschlußring 21 am Mantel 1 befestigt. Zur Gewährleistung der Verdrehsicherheit weist der Deckel 3 noch Stifte 23 auf, die in entsprechende Nuten, die sich in Stirnfläche des Mantels 1 befinden, einsteckbar sind.

Im Deckel 3 sind adäquat zu den Bohrungen in der Deckelplatte ebenfalls Bohrungen von 45 mm Durchmesser angeordnet. In diesen Bohrungen in Deckel 3 und Deckelplatte 7 sind der Füll-13 und der Entleerungsstutzen 14 angeordnet. Beide Stutzen 13; 14 weisen einen Stutzenbund 15 auf, mit dem sie dichtend an einer in der Deckelplatte 7 eingearbeiteten Axialflächendichtung mit quasielastischer Dichtfläche anliegen. Die Stutzen 13; 14 werden über einen im Deckel 3fixierbaren Konterring 17 gehaltert.

Der Konterring 17 ist über ein Gewinde 19 auf den Füll-13 und Entleerungsstutzen 14 aufgeschraubt. Am Stutzenende 16 ist ebenfalls eine Axialeinfachabdichtung mit quasielastischer Dichtfläche angeordnet.

Diese Dichtfläche des Stutzenendes 16 liegt an einer im Verschlußstopfen 20 eingearbeiteten Dichtfläche an. Die Dichtheit wird durch Verspannen mittels Verschlußkappe 18 erreicht.

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Besondere Aufmerksamkeit wurde den an den Enden des Innenrohres 4 angeordneten Mehrflächenabdichtungen mit quasielastischer Dichtfläche geschenkt. Der an sich vorhandene Sprengring 10 wurde als Bundring gestaltet, wobei das nicht in der Sprengringnut angeordnete zylindrischeTeilstück des Sprengringes 10 die radiale Kammerung des Stützringes 8 übernimmt und dadurch die Formänderung des Stützringes 8 begrenzt.

Zur Realisierung der Druckvorspannung für das Innenrohr 4 ist der Sprengring 10 mit großem axialem Spiel eingebaut. Die äußere Übertragungsfläche 9 des Sprengringes 10 ist kleiner als der ringförmige Querschnitt 12 des Innenrohres 4 bemessen.

Alle diese Maßnahmen haben dazu geführt, daß der Behälter auch bei Dauerdrücken von 0,6MPa dicht bleibt. Der Behälter ist wiederverwendbar, der Deckel 3 ist schnell vom Mantel 1 zu entfernen, wodurch eine Voraussetzung zur gründlichen Reinigung des Behälters geschaffen wurde. Obwohl unterschiedlich qualifizierte Fachleute das Öffnen und das Verschließen des Behälters durchführen (Chemikalienhersteller, Anwender), ist gewährleistet, daß jeweils Dichtheit erreicht wird und das Langzeitdichtverhalten erhalten bleibt.

Bei der Montage des Mantels 1 ist zu beachten, daß der Innendurchmesser des Mantels 1 größer als der Außendurchmesser des Innenrohres 4 ist, damit ein Funktionsspiel zwischen den beiden Bauteilen aus den unterschiedlichen Werkstoffen erreicht wird.

Der Abstand zwischen den Wandungen verringert sich durch Benutzung des Behälters, ein Funktionsspiel bleibt aber immer erhalten.

Die Demontage von Mantel 1 und Innenrohr 4 erfolgt bei Bedarf nach vorangehender Unterkühlung dieser Bauteile.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zylindrischer Druckbehälterfür Chemikalien, insbesondere für spezialreine Chemikalien, bestehend aus einem Innenrohr aus Plast, das stirnseitig eine lösbar befestigte Deckelplatte und eine Bodenplatte, ebenfalls aus Plast, aufweist, außen mit einer Metallummantelung versehen ist und in dessen Deckel Füll- und Entleerungsstutzen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtstellen 5 zwischen den Stirnflächen des Innenrohres 4 und der Deckelplatte 7 sowie der Bodenplatte 6 mit quasielastischen Dichtflächen aufweisende Mehrflächenabdichtungen ausgestattet sind, der Sprengring 10 dieser Mehrflächenabdichtungen mit großem axialem Spiel eingebaut und so gestaltet ist, daß er die äußere radiale Kammerung des Stützringes 8 übernehmen und dessen Formänderung begrenzen kann, das Innenrohr 4 unter Erzielung einer inneren Druckspannung montiert ist, die.äußere Übertragungsfläche 9 des Sprengringes 10 kleiner als der ringförmige Querschnitt 12 des Innenrohres 4 am Sprengring bemessen ist, der Füllstutzen 13 und der Entleerungsstutzen 14 füllraumseitig je einen Stutzenbund 15 aufweisen, die gegenüber der Deckelplatte 7 mittels je einer axialen Einflächenabdichtung mit quasielastischer Dichtfläche abgedichtet sind, eine ebensolche Einflächenabdichtung im Stutzenende 16 zur Abdichtung am Verschlußstopfen 20 montiert und mittels Verschlußkappe 18 verspannt ist, ein über das Außengewinde 19 der Stutzen 13; 14 axial bewegbarer und im Deckel 3 fixierbarer Konterring 17 zur Befestigung der Stutzen 13; 14 im Deckel 3 und der Deckelplatte 7 angeordnet ist und daß der Mantel 1, der Boden 2 und der Deckel 3 direkt miteinander lösbar verbunden sind und das Innenrohr 4, die Bodenplatte 5 und die Deckelplatte 7 umgeben und in ihren Außenmaßen begrenzen.

2. Zylindrischer Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengring 10 als Innenbundring gestaltet ist.

3. Zylindrischer Druckbehälter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mantel 1 und dem Innenrohr 4 ein Funktionsspiel vorhanden ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet in der chemischen Industrie und in der Mikroelektronik zum Mischen, Aufbewahren und Transportieren von flüssigen Chemikalien, insbesondere von spezialreinen Chemikalien, Anwendung.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Der Transport von flüssigen, spezialreinen Chemikalien erfolgt in Behältern, die innen mit PTFE beschichtet sind. So sind aus den USA Sprayflaschen mit PTFE beschichteter Innenfläche als Einwegbehälter bekannt. Die Behälter haben als Einwegbehälter eine unvertretbar schlechte Ökonomie und sind vor dem Befüllen nicht vollständig zu reinigen. Auch kann es bei tiefen Temperaturen und bei Unterdruck zum Ablösen der PTFE-Beschichtung kommen.

Aus Werbematerialien der DE-Firma Sigri GmbH sind mit PTFE-Folien ausgekleidete Stahlbehälter bekannt. Diese Behälter bestehen aus einem zylindrischen Mittelteil, an das ein Deckel und ein Boden, ebenfalls PTFE-Folie-beschichtete Stahlbauteile, angeflanscht sind. Diese Behälter haben den Nachteil, daß bedingt durch die Konstruktion, bei der die äußere Metallhulle von Auskleidungsmaterialien (PTFE-Folie) unterbrochen ist, keine Langzeitdichtwirkung zu erreichen ist. Ebenfalls dadurch bedingt sind sie nicht für die gewünschten Druckstufen (0,6MPa) geeignet.

Diese Lösung hat erhöhten Kontroll- und Wartungsaufwand sowie erhöhten Ersatztei!vorrat zur Folge. Darüber hinaus kann es zum Verlust der wertvollen Chemikalien und auch zur Gefährdung von Leben und Umwelt kommen. Die PTFE-Innenauskleidung ist also nicht frei von äußeren Krafteinwirkungen, wodurch insbesondere bei niedrigen Temperaturen und bei Unterdruck Ablösungen und Beschädigungen der PTFE-Folienauskleidung entstehen können.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Transportbehälters für Chemikalien, insbesondere für flüssige spezialreine Chemikalien. Der Behälter soll die hohe Reinheit der Chemikalien auch auf dem Weg vom Hersteller bis zum Verbraucher gewährleisten und wiederverwendbar sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter für Chemikalien zu entwickeln, der im Innenraum vollständig aus hoch polymeren Plastwerkstoffen, insbesondere PTFE, besteht, ein sehr gutes Langzeitdichtverhalten bei Dauerdrücken von mindestens 0,6MPa aufweist, bei demalle Innenflächen reinigbar sein sollen und der nach dem Baukastensystem aufgebaut sein soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtstellen zwischen den Stirnflächen des Innenrohres und der Deckelplatte sowie der Bodenplatte mit quasielastischen Dichtflächen aufweisenden Mehrfläc lenabdichtungen ausgestattet oind. Der Sprengring dieser Mehrflächenabdichtung ist als Bundring gestaltet, wodurch er r^e äußere radiale Kammerung des Stützringes übernehmen und dessen Formänderung begrenzen kann. Dadurch ist es u.a. möglich, die Druckbelastbarkeit der Mehrflächenabdichtung zu erhöhen. Die durch den dauerelastischen Stützring in den Mehrflächenabdichtungen übertragenen Vorsprannkräfte werden von der äußeren Übertragungsfläche des Sprengringes und dessen inneren Übertragungsfläche auf den Mantel übertragen. An allen geschwächten Stellen des Innenrohres im Dichtungsbereich erfolgt die äußere Abstützung an der Boden- bzw. Deckelplatte und am Sprengring. Um die erforderliche Druckstufe des Behälters bzw. die Sicherheit gegen Leckaustritt zu gewährleisten, ist an der äußeren Übertragungsfläche des Sprengringes eine spezifische Flächenpressung im Bereich der Grenzfestigkeit des hochpolymeren Werkstoffes realisiert worden.

Zur Verringerung des Kaltflusses und damit zur Erhöhung der Dichtpressung ist es notwendig, zusätzliche Kräfte zu erzeugen. Diese Kräfte werden durch Überdimensionierung der Länge des Innenrohres gegenüber der Länge der Ummantelung ermöglicht und nach der Montage freigesetzt. Sie werden über den ringförmigen Querschnitt des Innenrohres am Sprengring übertragen. Dieser Sprengring ist mit großem axialem Spiel eingebaut, weil das Innenrohr definiert gestaucht montiert wird. Darüber hinaus ist die äußere Übertragungsfläche des Sprengringes kleiner als der ringförmige Querschnitt des Innenrohres am Sprengring bemessen. Diese Maßnahmen gewährleisten die Beaufschlagung des Innenrohres mit Druckspannungen, wodurch die örtliche Pressung an der äußeren Übertragungsfläche des Sprengringes anteilig verringert wird. Die in das Innenrohr eingeb'rachten