DE1003241B

DE1003241B - Druckgasbehaelter, insbesondere Druckgasflasche und Boden dafuer

Info

Publication number: DE1003241B
Application number: DEW10211A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Weisse
Original assignee: ERNST WEISSE DR ING
Current assignee: ERNST WEISSE DR ING
Priority date: 1952-12-19
Filing date: 1952-12-19
Publication date: 1957-02-28
Also published as: BE525077A; GB745863A; CH321509A; FR1098960A

Description

DEUTSCHES

Aufrecht stehende Druckgasflaschen haben im allgemeinen einen Standring. Er ist am Flaschenboden auf den zylindrischen Schaft der Flasche aufgeschrumpft oder an diesen angeschweißt und höher als der Flaschenboden, der bekanntlich nach den geltenden Vorschriften, z. B. den Vorschriften der deutschen Druckgasverordnung, halbkugelig oder rotationselliptisch geformt ist. Der als Fuß dienende Standring ist verhältnismäßig schwer, damit er auch bei der rauhen Behandlung der Flasche während ihres Transportes stabil ist.

Der aufgeschrumpfte oder angeschweißte Standring fehlt gelegentlich bei kleinen Druckgasflaschen (Flaschen mit kleinem Durchmesser). Ihr Boden hat damn einen als Standring dienenden, nach außen gekrümmten Rand und eine von dem Rand begrenzte, nach innen gekrümmte Kugelscihale. Der Durchmesser des Standringes, auf dem die Flasche steht, ist hier wesentlich kleiner als der Außendurchmesser der Flasche. Ihre Standfestigkeit ist daher nicht groß.

Es sind auch schon Druckgasflaschen mit einem nahtlos an den Boden angearbeiteten Standring bekannt. S;ie haben entweder einen Boden mit ebener Außenfläche und einen dickwandigen, niedrigen Standring. Ihr Boden weist aus Festigkeitsgründen eine flach gekrümmte Innenfläche und daher eine von der Bodenmitte nach dem Rand zunehmende Dicke auf. Er i'st sehr dick und schwer und erfordert einen verhältnismäßig hohen Materialaufwand, oder die Flaschen haben einen leichteren, als Halbkugel oder Korb (halbes Rotationsellipsoid) gewölbten Boden mit gleichbleibender Wanddicke und einen dünnen und hohen Standring. Dieser hat die gleiche Wanddicke wie die Zylinderwand und ist daher nicht genügend stabil gegenüber der rauhen Behandlung beim Transport. Der hohe und dünnwandige Standring ist einer rauhen Handhabung nicht gewachsen und bricht leicht ein.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den gekrümmten Boden mit dem nahtlos daran angearbeiteten Standring wesentlich leichter als bei den vorbekannten Druckgasflaschen zu machen, um das Gewicht der Druckgasflasche zu verringern und den Standring außerdem stabil zu machen. Sie geht dabei von der Erkenntnis aus, daß sich diese Aufgabe in folgender Weise lösen läßt:

Der Boden des erfindungsgemäßen Druckgasbehälters besteht aus einer flach gekrümmten, parallelwandigen Bodenschale mit einem massiven Umfassungsring, der die Bodenschale am Rand nahtlos einspannt. Die Bodenschale stellt einen Abschnitt aus der Hälfte eines geschlossenen, symmetrischen Rotationshohlkörpers dar, dessen Wandstärke nach der Formel für die Wandstärke eines symmetrischen geschlossenen Druckgasbehälter, insbesondere
Druckgasflasche und Boden dafür

Anmelder:

Dr.-Ing. Ernst Weisse, Hannover,
Klingerplatz 6

Dr.-Ing. Ernst Weisse, Hannover,
ist als Erfinder genannt worden

Hohlkörpers bemessen ist, welcher unter demselben Druck wie der zylindrische Druckgasbehälter steht _ao und der dieselbe Krümmung wie die Bodenschale des zylindrischen Druckgasbehälter hat.

Dieser in seiner Mitte so als Hohlkörperabschnitt bemessene Boden ist nach seiner Randzone hin entsprechend den nach dem Rand zu wachsenden Randspannungen verstärkt und geht nahtlos in einen massiven Umfassungsring über, der gleichzeitig die Übergangsstelle vom Boden zur Zylinderwand bildet und der so auegeführt ist, daß er torsionssteif ist, die hohen Randspannungen aufnimmt, als Standring dient und etwas höher als die Bodenwölbung ist. Die Hauptspannungen bei Druckgasbehältern mit rotationselliptischen oder ähnlichen Böden treten in der äußeren Randzone, nämlich in der Übergatigszone des Bodens zum zylindrischen Teil des Behälters auf, wie eingehende Untersuchungen ergeben haben. Diese Spannungen sind Biegespannungen. Sie sind um so· kleiner, je mehr sich die rotationselliptische Bodenform der halben Kugelschale nähert, und um so größer, je kleiner bei rotationsei lip ti scher Form der Krempenradiius in der Uhergangszone vom Boden in den Zylinder und je größer der Krümmungsradius des mittleren Schalenteils ist. Sie sind am größten bei einem ebenen Plattenboden.

Der erfindungsgemäße Drackgasbehältenboden ist wesentlich leichter als die bisherigen Böden und ergibt trotzdem die gleiche Standsicherheit wie ein solcher mit aufgeschrumpftem oder angeschweißtem Fuß ring.

Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Behälterboden mit dem nahtlos angrenzenden zylindrischen Teil;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Behälterboden mit angeschweißtem zylindrischen Teil.

Die punktierten Linien in Fig. 1 stellen gedachte Schnitte dar, welche den Umfassungsring F, G, H

609 837/130

gegen den Bodenrand K einerseits und gegen die Zylinderwand Z mit dem. Innendurchmesser D andererseits abgrenzen sowie den Umfassungsring F, G, H in seine gedachten Elemente zerlegen. Diese Elemente bestehen danach aus dem im Querschnitt keilförmig verjüngten Ständring F, dem Mittelteil G, das den größten Teil der in der Übergangszone auftretenden Spannungen aufnimmt, und dem nach der ZylinderwandZ im Querschnitt keilförmig verjüngten Ende ff. Der Umfassungsring F_; G, H nimmt sämtliche Spannungen am Rand K der dünnwandigen flachen Bodenschale auf, deren Krümmungsradius mit R bezeichnet ist. Die Wandstärke S_b der Bodenschale ist im Scheitel nach der weiter unten angegebenen Formel für eine Hohlkugel oder ein hohles Ellipsoid bemessen, das dieselbe Krümmung R hat und denselben Druck aufnimmt wie der zylindrische Druckgasbehälter. An den Scheitel schließt sich nahtlos nach dem Umfassungsring F₁ G, H hin eine Übergangszone an. Diese Übergangszone geht nahtlos in den massiven Randquerschnitt, nämlich den Umfassungsringi⁷, G, H über, der die hohen Randspannungen aufzunehmen hat. Wie die Zeichnung eindeutig erkennen läßt, ist die Wandstärke dieses Umfassungsringes dicker als die Wandstärke S_b der Bodenwand im Scheitelbereich und die Wandstärke Z der Zylinderwand. In Fig. 1 ist der Krempenradius, also der Radius an der Übergangsstelle von der Innenfläche der Bodenschale zum konisch verjüngten Teil H mit R_k bezeichnet und der Durchmesser des Standringes mit D_st.

Bei der erfindungsgemäßen Bodenform spielt die Größe des Krempenradius, also die Größe des. Krümmungsradius R_k an der Übergangsstelle der Bodenschale in den zur Zylinderwand gerichteten, im Querschnitt keilförmig verjüngten Bereich if des Umfassungsringes F, G, H keine Rolle mehr. Er kann so klein gemacht werden, wie dies aus fertigungstechnischen Gründen möglich ist. Der Krümmungsradius der^! Kugelschale wird relativ groß gemacht. Der Boden wird bei der Fertigung des Druckgasbehälters nach der Schalentheorie als Kugelschale berechnet. Infolgedessen kann er geringfügig schwächer, gleichgroß oder geringfügig stärker als die Zylinderwand ausgeführt sein, je nach der Größe des gewählten Krümmungsradius R. Das Maß S_b wird daher sehr klein. Der Boden wird entsprechend den nach dem Rand zu wachsenden Randspannungen nach der Randzone hin und in ihr verstärkt und geht in einen massiven Umfassungsring über. Er ist so ausgeführt, daß er sehr torsionssteif ist, die höhen Randspannungen aufnimmt, als Standring dient und etwas höher als die Bodenwölbung ist.

Der erfindungsgemäße Boden kann bei nähtlosen Flaschen und auch bei nahtbehafteten Flaschen verwendet werden. Bei diesen wird er, mit einem zylindrischen Ansatzteil versehen, an die zylindrische Wand angeschweißt.

Ist der Krümmungsradius der Kugelschale R etwa 0,7- bis 3mal, vorzugsweise l,5mal, so· groß wie der Flaschendurchmesser, der Krempenradius gleich dem 0,05fachen des Flaschen durchmesser s und wird die Bodenstärke S_b in der Mitte nach der Formel für die unter innerem Überdruck P stehenden Kugeln berechnet, also nach der Formel:

P-R ^6s

⁰ — ο ,. '

Δ ' (T₂J₁J

worin σ_ζαι die zulässige· Streckgrenze des Werkstoffes ist, so ergibt sich ein Boden, der bei gleicher Festigkeit wie die Böden der eingangs erwähnten vorbekannten Druckgasflaschen mit Standring nur das halbe Gewicht wie diese, hat.

Der erfindungsgemäße Boden kann mit Vorteil sowohl bei dick- und dünnwandigen metallischen Druckgasbehältern verwendet werden. Unter einem dünnwandigen Druckgasbehälter ist dabei ein Behälter zu verstehen, dessen Wandstärke kleiner als ¹Z₅₀ des Durchmessers des zylindrischen Flaschenteiles· ist. Dünnwandige Druckgasflaschen werden vorzugsweise für Flüssiggas, wie z. B. Propan, Propylen, Butan usw. und deren Gemische, sowohl wie Ruforgasol benutzt. Sie können aus Stahl oder Vorzugsweiise als Leichtmetall gefertigt sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Zylindrischer Druckgasbehälter aus Metall, insbesondere Druckgasflasohe mit einem gekrümmten Boden und mit einem an den Bodenrand nahtlos angearbeiteten Standring, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden aus einer durch einen Umfassungsring (F, G, H) eingespannten flachen, ge-■ krümmten Schale besteht, wobei die Bodenschale und der Umfassungsring folgende Merkmale haben:

• Wandstärke (S_b) nach der Formel für einen symmetrischen, geschlossenen, parallelwandigen Hohlkörper bemessen ist, welcher dieselbe Krümmung wie der Boden des Druckgasbehälters hat und unter demselben Druck steht wie der Druckgasbehälter,

b) der den Schalenrand nähtlos einspannende Umfassungsring (F, G, H) hat keilförmige Ränder und ist als massiver Bodenrand ausgebildet. Er ist dicker als der zylindrische Teil der Druckgasflasche und hat einen mindestens so stark bemessenen Querschnitt (F, G, H), daß er die Spannungen am Schalenrand in der Übergangszone der Bodenschale zum zylindrischen Behälterteil aufnimmt.

2. ,Druckgasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfassungsring (F, G, H) der Bodenschale nach der einen Seite einen keilförmig verjüngten, in die Wandung des zylindrischen Behälterteils übergehenden Bereich (H) hat und nach der anderen Seite einen nach seiner Standfläche hin keilförmig verjüngten Standring (F) bildet, dessen Standfläche geringfügig tiefer als der tiefste äußere Punkt der Bodenschale liegt.

3. Druckgasbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Mitte parallelwandige Bodenschale eine sich nach dem Umfassungsring (F, G, H) erweiternde Übergangszone hat.

4. Druckgasbehälter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R_k) an der Übergangsstelle der Bodenschale in den zur Zylinderwand gerichteten, keilförmig verjüngten Bereich (if) des Umfassungsringes (F, G, H) beliebig ist.

5. Druckgasbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R_k) an der Übergangsstelle der Bodenschale in den zur Zylinderwand gerichteten, keilförmig verjüngten Bereich (H) des Umfassungsringes (F, G, H) zweckmäßig das 0,05fache des Behälterdurchmessers (D) ist.

6. Druckgasbehälter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (S_b)

der Bodenschale in ihrer Mitte im wesentlichen die gleiche ist wie die zylindrische Wandstärke (Z) des Druckgasbehälters.

7. Druckgasbehälter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der Bodenschale innerhalb des 0,7- bis 3fachen Betrages des Behälterdurchmessers liegt.

8. Druckgasbehälter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden mit dem Rand seines im Querschnitt keilförmig verjüngten Teiles (H) nahtlos in die Zylinderwand übergeht.

9. Druckgasbehälter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden mit dem Rand seines im Querschnitt keilförmig verjüngten Teiles (H) an die Zylinderwand angeschweißt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 426 603.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen