DE1131470B

DE1131470B - High-pressure hollow body with strips wound in a spiral shape onto a core tube

Info

Publication number: DE1131470B
Application number: DEB47225A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Otto Konrad
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1957-12-21
Filing date: 1957-12-21
Publication date: 1962-06-14

Description

Hochdruckhohlkörper mit auf ein Kernrohr wendelförmig aufgewickelten Bändern Es ist bekannt, Hochdruckhohlkörper, insbesondere solche großer Abmessungen und für hohe Drücke, durch schraubenförmiges Aufwickeln von Bändern auf ein Kernrohr herzustellen. Dabei sind die Bänder meist gegenseitig versetzt und entweder untereinander verschweißt oder ähnlich einer Nut-und Federverbindung miteinander verzahnt. Die Verzahnung hat die Aufgabe, im Wickelverband die Längskräfte zu übertragen. Kräfte, die durch Reibung übertragen werden, bleiben bei der Berechnung derartiger Behälter im allgemeinen unberücksichtigt. Bei der Herstellung solcher Hochdruckhohlkörper mit untereinander verzahnten Bändern hat man bisher in das Kernrohr über seine gesamte Länge Nuten geschnitten, in die die Profilwülste bzw. Federn der Bänder als Zähne eingreifen. Dieses Einschneiden von Nuten erfordert einen hohen Zeitaufwand, und es muß außerdem der Werkstoff, der aus dem Kernrohr herausgeschnitten wird, durch neuen, nämlich durch die eingreifenden Wülste bzw. Federn des Wickelbandes, ersetzt werden.High-pressure hollow body with helically wound onto a core tube Ribbons It is known to use high-pressure hollow bodies, in particular those of large dimensions and for high pressures, by winding tapes helically onto a core tube to manufacture. The bands are mostly offset from one another and either one below the other welded or interlocked with one another in a similar manner to a tongue and groove connection. the Toothing has the task of transmitting the longitudinal forces in the winding bond. Forces, that are transmitted by friction remain in the calculation of such containers generally disregarded. In the manufacture of such high-pressure hollow bodies with interlocking bands you have so far in the core tube over its entire Length of grooves cut into which the profile beads or tongues of the bands act as teeth intervention. This cutting of grooves requires a lot of time, and the material that is cut out of the core tube must also pass through new ones, namely by the engaging beads or springs of the winding tape replaced will.

An Hochdruckhohlkörpern, die durch wendelförmiges Aufwickeln von glatten Bändern auf ein Kernrohr hergestellt sind, ist es zur Übertragung der Längskräfte auch bekannt, zwischen schichtweise aufeinanderfolgenden Wickellagen abstandgebende Elemente längs Mantellinien so einzulegen, daß in axialer Richtung Hohlräume entstehen, durch die Zuanker von einem Ende des Körpers bis zum anderen hindurchgeführt werden können. Der geschlossene Wickelverband mit rechnerisch erfaßbaren Tangentialspannungen wird bei dieser Konstruktion nachteilig aufgelöst. Die Herstellung derartiger Hochdruckbehälter ist außerdem schwierig und kostspielig. Ferner ist es bekannt, aus glatten, untereinander nicht verriegelten Bändern gebildete Wickellagen an Hochdruckbehältern durch radial eingesetzte Scherbolzen untereinander und mit dem Kernrohr zu verriegeln. Auch dieses Herstellungsverfahren ist schwierig und führt hinsichtlich der Vorausberechnung der zulässigen Spannungen in dem drucktragenden Mantel zu schlecht übersehbaren Verhältnissen. Dem eingangs beschriebenen Aufbau des Wickelmantels aus untereinander und mit dem Kernrohr verzahnten Bändern, die fortlaufend gewickelt sind, hat man daher allgemein den Vorzug gegeben.On high-pressure hollow bodies, which are made by helically winding smooth Tapes are made on a core tube, it is used to transmit the longitudinal forces also known to provide spacing between layers of successive winding layers Insert elements along surface lines in such a way that cavities are created in the axial direction, be passed through the anchors from one end of the body to the other can. The closed wound bandage with tangential stresses that can be determined by calculation is disadvantageously resolved in this construction. The manufacture of such high pressure vessels is also difficult and expensive. It is also known from smooth, among each other non-interlocked tapes formed winding layers on high pressure vessels by radially to lock inserted shear bolts with each other and with the core tube. This too Manufacturing process is difficult and leads in terms of forecast the allowable stresses in the pressure-bearing jacket are too difficult to overlook Circumstances. The structure of the winding jacket described above from one another and tapes that are interlocked with the core tube and are continuously wound therefore generally given preference.

Es wurde nun gefunden, daß man eine Verzahnung des Kernrohres mit den Bändern über die ganze Rohrlänge nicht durchzuführen braucht, wenn man die Anordnung und Zahl der Verzahnungselemente dem jeweiligen Fluß der von Verbindungselementen an den Enden des Wickelhohlkörpers auf das Kernrohr oder auf die Wickellagen übertragenen Längskräfte anpaßt.It has now been found that you can have a toothing of the core tube the tapes over the entire length of the pipe do not need to be carried out if the arrangement and number of toothed elements to the respective flow of connecting elements transferred at the ends of the hollow winding body to the core tube or to the winding layers Adjusts longitudinal forces.

Dabei ist der Fall der Übertragung der z. B. von einem Verschluß ausgeübten Längskräfte vom Kernrohr auf die Wickellagen, bei dem die Axialkräfte über das Kernrohr in die Wickellagen geleitet werden müssen, von dem anderen Fall zu unterscheiden, bei dem die Verschlußkräfte von einem Flansch über die Wickellagen in das Kernrohr eingeleitet werden. Bei der Übertragung der Verschlußkräfte vom Kernrohr auf die Wickellagen benötigt man so viele Nuten, wie axial voll belastete Bänder in dem schwächsten in Wicklungsrichtung des Wickelverbandes geführten Schnitt vorhanden sind. Bei der Einleitung der Verschlußkräfte vom Flansch über die Wicklungen in das Kernrohr sind so viele Nuten in jeweils voller Windung notwendig, wie das Kernrohr in bezug auf die Aufnahme der Längskräfte axial tragende Bänder ersetzen kann. In beiden Fällen ist vorauszusetzen, daß Kernrohr und Bänder dieselben Festigkeitswerte besitzen. Andernfalls muß die Anzahl der Nuten noch im Verhältnis der Festigkeitswerte der zur Anwendung kommenden unterschiedlichen Werkstoffe . vergrößert bzw. kann sie verkleinert werden.It is the case of the transmission of the z. B. exerted by a closure Longitudinal forces from the core tube on the winding layers, in which the axial forces over the core tube must be passed into the winding layers, to be distinguished from the other case, in which the locking forces from a flange over the winding layers into the core tube be initiated. When transferring the locking forces from the core tube to the Winding layers require as many grooves as there are axially fully loaded belts in the weakest cut in the winding direction of the wound bandage are. When introducing the locking forces from the flange through the windings in the core tube, as many grooves in each full turn are necessary as the core tube can replace axially bearing bands with regard to the absorption of the longitudinal forces. In In both cases it must be assumed that the core tube and the strips have the same strength values own. Otherwise, the number of grooves must still be in proportion to the strength values the different materials used. enlarged or can they are scaled down.

Demzufolge zeichnet sich erfindungsgemäß ein durch wendelförmiges Aufwickeln von Bändern auf ein Kernrohr hergestellter Hochdruckhohlkörper, bei dem die an den Enden durch Verbindungselemente, z. B. von einem Verschlußdeckel, auf das Kernrohr oder auf die Wickellagen übertragenen Längskräfte anteilig vom Kernrohr und von den Wickellagen aufgenommen werden, dadurch aus, daß die Wickellagen nur in der Nähe der Enden des Hohlkörpers formschlüssig, z. B. durch eine Zahn- bzw. Nut-und- Feder-Verbindung, mit dem Kernrohr verbunden sind, während am mittleren glatten Teil des Hohlkörpers zwischen dem Kernrohr und der ersten Wickellage nur Reibungsschluß besteht.Accordingly, according to the invention, a is characterized by a helical one Winding of tapes on a core tube manufactured high-pressure hollow body, in which the ends by connecting elements, for. B. from a cap on the core tube or the longitudinal forces transmitted to the winding layers proportionately from the core tube and are taken up by the winding layers, in that the winding layers only in the vicinity of the ends of the hollow body positively, for. B. by a tooth or Groove-and- Spring connection, connected to the core tube while on the middle smooth part of the hollow body between the core tube and the first winding layer there is only frictional engagement.

An Hand der Abbildungen sei die Erfindung näher erläutert: Die Abb.1 zeigt einen Längsschnitt durch einen nach dem Wickelverfahren hergestellten Hochdruckhohlkörper, bei dem mit a ein an den Enden durch Böden e verschlossenes Kernrohr bezeichnet ist; b sind zwei Wickellagen, die aus gegeneinander versetzt auf das Kernrohr wendelförmig aufgewickelten Bändern bestehen und durch Nuten c sowie Federn d untereinander und mit dem Kernrohr verriegelt sind. In diesem Fall werden die Kräfte durch die Böden e in das Kernrohr und vom Kernrohr in die beiden Wickellagen geleitet. In dem für die Aufnahme der Längskräfte schwächsten Querschnitt A-A ist nur die innere Lage der Wickelbänder mit Längskräften belastet. Zur Übertragung dieser Belastung in die Wickellagen genügt je eine Feder an den Enden des Kernrohres.The invention is explained in more detail using the figures: Fig.1 shows a longitudinal section through a high-pressure hollow body produced by the winding process, where a denotes a core tube closed at the ends by bottoms e is; b are two winding layers that are offset from one another in a helical manner on the core tube There are wound tapes and grooves c and springs d with each other and are locked to the core tube. In this case the forces are through the floors e into the core tube and from the core tube into the two winding layers. In the for the absorption of the longitudinal forces, the weakest cross-section A-A, is only the inner layer the wrapping tapes are loaded with longitudinal forces. To transfer this load in one spring at the ends of the core tube is sufficient for the winding layers.

Zur Erläuterung dieser Tatsache können folgende Überlegungen dienen. Die in die Lage l eingeleitete Kraft wird durch die Lage 2 über den ersten Windungsstoß der ersten Lage weitergeleitet. Diese Kraft ist so groß, daß die Lage bei entsprechendem Innendruck bis zur Streckgrenze beansprucht wird. Eine weitere Kraft kann also nicht mehr eingeleitet werden. So wie die erste und zweite Lage am Wicklungsanfang belastet sind, so werden auch alle folgenden Windungen in diesen beiden Lagen beansprucht.The following considerations can serve to explain this fact. The force introduced into position 1 is passed through position 2 via the first winding joint forwarded to the first layer. This force is so great that the situation with the appropriate Internal pressure is stressed up to the yield point. So another force cannot more to be initiated. Just as the first and second layers are loaded at the beginning of the winding are, then all the following turns are also stressed in these two positions.

In ähnlicher Weise verhält es sich auch bei beliebig vielen Wickellagen, die über dem Kernrohr aufgebracht werden. Der Herstellungsvorgang der nach der Lehre der Erfindung angewendeten Nut-und-Feder-Verbindung ist andererseits auch einfacher als die Ausführung gewindeartiger Verbindungselemente zur Übertragung der Kräfte vom Kernrohr auf das Band, und umgekehrt. Zur Herstellung eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgeführten Hochdruckhohlkörpers müßte dann das Kernrohr mit einer gewindeartigen Nut versehen werden. Das Band für die erste Wickellage müßte einen entsprechenden Gewindeschnitt auf der Unter- und Oberseite erhalten. Das würde aber bedeuten, mindestens für die erste und verschiedene andere Lagen, in denen die Übertragung der Kräfte nur an den Enden stattfindet, besondere Bänder an die mit gewindeartigen Nuten versehenen Endstücke anschweißen zu müssen. Die im Rahmen der Erfindung gegebenen Vorteile hinsichtlich der einfacheren Herstellungsweise eines gewickelten Hochdruckhohlkörpers würden dabei wieder entfallen.It behaves in a similar way with any number of wrapping layers, which are applied over the core tube. The manufacturing process according to the teaching The tongue-and-groove connection used in the invention is, on the other hand, also simpler as the execution of thread-like connecting elements for the transmission of forces from the core tube to the tape, and vice versa. To make one with the features the invention executed high-pressure hollow body would then have to be the core tube with a thread-like groove are provided. The tape for the first winding layer should have one corresponding thread cut on the underside and top. But that would mean at least for the first and various other locations in which the transfer the forces only take place at the ends, special ligaments attached to those with thread-like Having to weld on grooved end pieces. The given within the scope of the invention Advantages with regard to the simpler production method of a wound high-pressure hollow body would be omitted again.

Die Abb.2 zeigt einen ähnlichen mit einem Flansch f versehenen Hochdruckwickelkörper. Die Kräfte werden hierbei durch den auf der zweiten Wickellage aufgebrachten Flansch f in die Wickelbänder b und über die Bänder anteilig in das Kernrohr a geleitet. Auch in diesem Fall trägt im Querschnitt A-A nur die innere Lage. Da deren Stärke der Kernrohrwandstärke gleich ist, genügt es, den anteiligen Kraftfluß über je eine Feder an jedem Keinrohrende in das Kernrohr einzuleiten. Die Abb.3 zeigt einen ähnlichen Belastungsfall, bei dem von vier aufgelegten Bandlagen jeweils nur zwei Bandlagen Längskräfte aufnehmen. In diesem Ausführungsbeispiel sind auf ein Kernrohr a drei Wickellagen b aufgelegt. In die Nuten c dieser Wickellagen sind Federnd eingelegt, um das Kernrohr mit den Bändern und die Bänder untereinander zu verriegeln. Die Verschlußkräfte werden von dem Deckel über den Flansch f in die Wickellagen und von den Wickellagen anteilig in das Kernrohr geleitet. In dem für die Aufnahme der Längskraft schwächsten Querschnitt A-A des Wickelhohlkörpers sind in diesem Fall zwei Bänder durch die Längskraft belastet. Das Kernrohr selbst hat aber nur die Stärke eines Wickelbandes und kann somit nur ein Drittel der Längskraft aufnehmen. Es wird also an jedem Ende des Wickelkörpers zur Einleitung der Kraft in das Kernrohr nur eine Nut-Feder-Brücke benötigt.Figure 2 shows a similar high pressure winding body provided with a flange f. The forces are generated by the flange applied to the second winding layer f is passed into the wrapping tapes b and proportionally via the tapes into the core tube a. In this case, too, only the inner layer bears in cross-section A-A. Because their strength the core tube wall thickness is the same, it is sufficient to determine the proportional power flow over one Introduce the spring into the core tube at each end of the no tube. Figure 3 shows a similar one Load case in which only two of the four layers are applied Absorb longitudinal forces. In this embodiment, there are three on a core tube a Wrap layers b applied. In the grooves c of these winding layers are spring loaded, to lock the core tube with the straps and the straps with each other. the Closure forces are from the lid via the flange f in the winding layers and partly routed from the winding layers into the core tube. In the one for the inclusion of the The weakest longitudinal force cross-section A-A of the hollow winding body are in this case two ligaments loaded by the longitudinal force. The core tube itself only has that Strength of a wrapping tape and can therefore only absorb a third of the longitudinal force. So it is at each end of the bobbin to introduce the force into the core tube only one tongue and groove bridge is required.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. High-pressure hollow body with preferably on a core tube using shrinkage tensions, helically wound tapes, at which at the ends by connecting elements, for. B. from a cap, Longitudinal forces transmitted to the core tube or to the winding layers proportionately from the Core tube and are received by the winding layers, characterized in that the winding layers (b) only in the vicinity of the ends of the hollow body in a form-fitting manner, e.g. B. by a tooth or a tongue-and-groove connection, connected to the core tube (a) are, while on the middle smooth part of the hollow body between the core tube and the first winding layer is only frictional.

2. High pressure hollow body according to claim 1 with connecting elements acting on the core tube, characterized in that at the ends of the core tube to transfer the locking forces from the core tube the wrapping layers have at least as many tongue-and-groove connections in each full Winding are incorporated, as in the cross-section with the weakest longitudinal forces (A-A) axially fully loaded ligaments are present (Fig. 1).

3. High pressure hollow body according to claim 1 with connecting elements engaging the winding layers, characterized characterized in that at the ends of the core tube for the transmission of the locking forces from the winding layers to the core tube at least as many tongue-and-groove connections are incorporated in each full turn, like the core tube with respect to the Absorption of the longitudinal forces can replace axially bearing strips (Fig. 3). Into consideration Drawn pamphlets: German Patent Nos. 697 891, 719 819, 755 738, 891239, 930 606.