DE1684556B2

DE1684556B2 - Trägerkonstruktion für die aus halbsteifem Kunststoffmaterial bestehenden Wände eines Flüssigkeitsbehälters

Info

Publication number: DE1684556B2
Application number: DE1684556A
Authority: DE
Inventors: Robert M. Marshall; Robert W. Wittebort
Original assignee: Allegheny Plastics Inc Coraopolis Pa (vsta)
Current assignee: Allegheny Plastics Inc Coraopolis Pa (vsta)
Priority date: 1967-07-26
Filing date: 1968-02-14
Publication date: 1975-11-13
Also published as: GB1202773A; DE1684556A1; US3451452A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trägerkonstruktion für die aus halbsteifem Kunststoffmaterial bestehenden Wände eines Flüssigkeitsbehälters, mit aus mehreren parallel zueinander angeordneten, mit Kunststoff umhüllten und an den Wänden anliegenden ivietallträgern.

Bei einer bekannten Trägerkonstruktion dieser Art (US-Patentschrift 26 38 138) werden als Trägerelemente Aluminiumrohre mit Rechteckquerschnitt verwendet, die mit Ausnahme ihrer Enden mit einer Kunststoffenmantelung umgeben sind. An den Ecken des Flüssigkeilsbehälters sind diese freiliegenden Enden der Trägerelemente mit weiteren Trägerelementen und der Behälterwand vernietet. Ein Behälter mit dieser Konstruktion ist wegen der freiliegenden Metallteile für aggressive Flüssigkeiten, insbesondere wenn diese höhere Temperaturen aufweisen, ziemlich ungeeignet.

Daneben war es bisher üblich, Stahl oder anderes durch Kautschuk oder Blei überzogenes Material für Wände, Boden und Deckel großer Flüssigkeitsbehälter, beispielsweise Behälter zum Beizen, Reinigen od. dgl. in der Stahlherstellung zu benutzen. Die Gründe hierfür sind zweifacher Natur:

Die Flüssigkeitsbehälter müssen große Volumina der Flüssigkeiten aufnehmen, die einen großen Druck auf Wände und Boden des. Flüssigkeitsbehälters ausüben und daher Materialien hoher Festigkeit, beispielsweise Stahl, erfordern. Ferner bestehen diese Flüssigkeiten oft aus Säuren in fast konzentrierter Form, die zum Korrodieren und Zerstören nichtgeschülzter Metalle in kürzester Zeit neigen. In letzter Zeit hat HCl weite Verwendung zum Beizen gefunden, eine Säure, deren Korrosion nur sehr schwierig zu steuern ist. Darüber hinaus sind für Metallbehälter feste und massive Gründungen erforderlich, die in der Konstruktion teuer sind und die im wesentlichen, sobald sie sich einmal an ihrem Ort befinden, unbeweglich sind, es sei denn, es würden schwere Maschinen wie Laufkatzen und dgl. vorgesehen.

Nun sind aber halbsteife bzw. halbharte flexible Materialien, insbesondere thermoplastische Materialien wie Polypropylen, Polyvinylchlorid und Polyäthylen verfügbar, die die geforderten antikorrosiven Eigens:l tften zur Verwendung bei der Herstellung solcher Flüssigkeitsbehälter aufweisen. Zusätzlich ist die Festigkeit der Thermoplaste, insbesondere von Polypropylen so ausreichend, daß freitragende Wände des Flüssigkeitsbehälters aus diesem Material herstellbar sind; Polypropylenbehälter können also mit ganz erheblichen Abmessungen konstruiert werden:

Beispielsweise können sie 6 m lang, 3 m breit und 3 111 hoch sein, so daß sie 54 ra¹ Flüssigkeit aufnehmen können. Allerdings tritt in einem solchen Flüssigkeitsbehälter aus thermoplastischem Material ein erheblicher Druck gegen die Innenseite der Wände des Flüssigkeiisbehälters auf, der versucht, diese nach außen zu drücken. Die Erwärmung auf erhöhte Temperaturen beeinflußt darüber hinaus die Festigkeit der Thermoplaste nachteilig. Diese hängen leicht durch, beulen aus und versagen, wodurch der Flüssigkeitsbehälter zerstört wird und sein Inhalt entweichen kann. Ein bisher zur Konstruktion eines Flüssigkeitsbehällers angewendetes Verfahren, wobei die Behälterwand Innen- und Außenwände (die letzteren aus Stahl) im Abstand aufweist, besteht darin, den Zwischenraum mit einem flüssigen Medium zu füllen, so daß ein Druck auf die Außen- und Innenwand (gebildet aus Kunststoff) ausgeübt wird und so dem Druck der Nutzflüssigkeit im Behälter entgegengewirkt wird. Mit einer solchen Konstruktion wird zwar das Korrosionsproblem überwunden, offensichtlich erfordert eine solche Konstruktion aber mehr Material für die Behälterkonstruktion, erfüllt aber nicht völlig das Ziel, da für die Außenwand immer noch ein starkes Material, beispielsweise Metall, verwendet werden muß. Eine doppelwandige Konstruktion erfordert damit wesentlich mehr Material und ist somit teurer als ein Kunststoffbehälter mit einfacher Wand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trägerkonstruktion der eingangs genannten Art zu schaffen, die zur Verstärkung halbsteifer Wände solcher Flüssigkeitsbehälter beitragen soll, die sonst unter dem Einfluß erhöhter Temperaturen zusammenfallen würden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder z. B. als Metallrohr ausgebildete Metallträger frei beweglich innerhalb eines Kunststoffmantelrohres

gelagert ist, das sich mindestens über die Lange des Metallträger erstreckt.

Zweckmäßige Ausführurigsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich ai». den Unteransprüchen. Es versteht sich, daß der Ausdruck »Wände« auch ilen Boden und den Deckel eines Flüssigkeitsbehälters umfaßt, die ebenfalls durch die erfindungsgemüße Trägerkonstruktion versteift werden können.

Die erfindungsgemäße Trägerkonstrukron erfüllt rieht nur hervorragend ihre Aufgabe, sondern ist darüber hinaus korrosionsbeständig und paßt sich großen Temperaturschwankungen leicht an.

Im folgender, wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt _;5

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Flüssigfceitsbehälters in Form eines rechteckigen Prismas mil einer bevorzugten Ausführungsform der Trägerkonitruktion

Fig. 2 einen Schnitt längs der Ebene Il in Richtung des Pfeiles 11 in Fig.!,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen Flüssigkeitsbehälter in Form eines rechteckigen Prismas mit einem Deckel,

Fig.4 einen Schnitt durch einen Teil des Deckels nach Fig. 3, längs der Linie IV-IV in F i g. 3.

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt durch eine Verbindung eines Rohres der Trägerkonstruküon mit einer Behälterwand und

Fig. 6 eine Vergrößerung des Ausschnittes Vl der Fig. 1, der längs einer Horizomalebene durch die Verbindung geschnitten ist.

In Fig. 1 ist ein Flüssigkeitsbehälter· 10 in Form eines rechteckigen Prismas dargestellt. Er besteht aus Seitenwänden 12 und Stirnwänden 14. Eine Randleiste 16 verläuft um den oberen Rand des Flüssigkeiisbehälters und dient zur Halterung eines (in F i g. 1 nicht dargestellten) Deckels. Vertikale Rippen 18 sind mit den Wänden 12, 14 verbunden und rings um den Behälter im Abstand angeordnet. Längs des unteren Endes der Seitenwände sind mit Abstand zueinander mehrere Füße 20 angeordnet und mit abwechselnden, die Seitenwände tragenden Rippen verbunden. Die Füße 20 reichen bis unter den Behälterboden (ebenfalls in F i g. 1 gezeigt) und erheben ihn über den Boden der Arbeitshalle. Eine Einlaßöffnung 22. eine Auslaßöffnung 24 und eine Überlauföffnung 26 sind in der Stirnwand 14 vorgesehen.

Die Trägerkonstruktion umfaßt eine Vielzahl von rohrförmigen Trägerelemenien 28, die horizontal quer zu Seilen- und Stirnwänden des Flüssigkeitsbehälters verlaufen. Jedes Trägerclement verläuft durch eine Reihe von Rippen 18, und liegt an der zugehörigen Wandoberfläche an. Weilcrc in Fig. 2 dargestellte rohrförmige Trägerelemcnte 28 verlaufen quer zum Flüssigkeitsbehälter und senkrecht zu den Seitenwän ^s<> den unterhalb und in der Nähe des Be'nälterbodcns.

An jeder vertikalen Ecke 30 des Flüssigkeitsbehälters treffen sich die in einer Horizontalebene der Trügerkonstruktion vorhandenen rohrförmigen Trügerelcmente, etwa unter rechten Winkeln, wie bei 32 dargestellt, und die Enden der Trägerelemente, beispielsweise 28a und 28a sind miteinander über eine Eckenkonstruktion verbunden, die genauer im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben werden sol!,

In F i g. 2 ist die Trägerkonstruktion in einem Schnitt längs der Linie Il in F i g. I zu sehen. Jedes rohrförmige Trägerelement 28 besteht aus einem Metallrohr 26 aus Stahl oder einem anderen Metall, das unter erhöhten Temperaturbediiigungen erhebliche Festigkeit aufweist. Das Metallrohr 26 wird lose in ein korrosionsbeständiges Kunststoffmantelrohr 38 eingeführt. Das Metallrohr 36 kann in Längsrichtung frei innerhalb des Kunststoffmanielrohres 38 verrutschen, eine Toleranz in der Größenordnung von 0,050 cm ist vorgesehen. Bevorzugt wird Polypropylen als Mantelrohrmaterial verwendet. Die rohrförmigen Trägerelemente 28 sind längs einer Behälterwand derart angeordnet, daß sie an der Außenfläche der Wand eng anliegen.

Ein in F i g. 2 dargestellter Boden 40 des Flüssigkeitsbehälters wird ebenfalls durch eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Trägerelementen 28 gestützt, die aus einem Metallrohr 36 bestehen, das in ein Kunststoffmantelrohr aus Polypropylen gesteckt ist. Die Trägerelemente erstreckten sich zwischen den Seitenwänden 12 und sind so angeordnet, daß der Boden 40 des Flüssigkeitsbehälters auf der Oberkante einer Reihe von Trägerelementen 28 ruh). Die Trägerelemente werden in der in Fig. 5 gezeigten Weise gehalten und sind in die Seitenwände 12 eingeschoben.

Wie vorher erwähnt, läßt sich die Trägerkonstruktion insbeondere auf Flüssigkeitsbehälter in Siahlhersieliungsanlagen verwenden, wo als Teil der Aufbereitung gewöhnlich Säurebäder, beispielsweise HCI und H2SO4 benutzt werden. Von besonderer Wichtigkeit ist es daher, daß solche Flüssigkeitsbehälter mit einem Verschluß verschen werden, so daß in seiner Nähe stehende Arbeiter nicht den Säuredämpfen und/oder einem vom Flüssigkeitsbehälter stammenden Sprühregen ausgesetzt sind.

Hierzu ist ein Behälterverschluß in Form eines verstärkten Deckels 42 ( F i g. 3 und 4) vorgesehen, bei dem ebenfalls die erfindungsgemäßen Merkmale der Trügerkonstruktion verwirklicht sind.

In den F i g. 3 und 4 ist ein Deckel 42 mit einer oberen Wand 44 dargestellt, die von der Mitte des Flüssigkeitsbehäliers zu jedem Rand an jeder Stirnwand 14 schräg abfällt. Eine Lippe 46 ragt vom Rand der oberen Wand im wesentlichen vertikal nach unten und bildet die Verbindung zur Randleiste 16. Die Verbindung der Lippe 46 mit den Wänden 12, 14 kann entweder überlappend oder in anderer Weise erfolgen.

An Hubansätzen 48, von denen vier in Fig. 3 dargestellt sind und die mit der oberen Wand 44 des Deckels verbunden sind, kann der Deckel angehoben und vom Flüssigkeitsbehälter mittels eines Kranes oder einer anderen Vorrichtung abgehoben werden. Konsolen 50 sind an den Enden des Deckels angeordnet und ermöglichen das Stapeln einer Anzahl von Deckeln, und zwar einer über dem anderen, wenn diese von einem Flüssigkeilsbehälter entfernt worden sind.

Die Trägerkonstruk'.ion für den Deckel umfaßt mehrere rohrförmige Trägerelemente 28, von denen jedes ein mit einem Kunststoffmantelrohr 38 überzogenes Metallrohr 36 aufweist. Die Trägerelemenle sind so gelagert, daß die Unterseite der oberen Wand 44 des Deckels eng an ihnen anliegt. Erreicht wird dies, indem die Trägerelemente in die herabhängende Lippe 46 des Deckels in der in F i g. 5 gezeigten Art eingeführt werden.

Eine Art der Verbindung und Lagerung eines Trägerelements 28 mit einem Metallrohr 36 mit einem dieses umgebenden Kunststoffmantelrohr 38 ist in F i g. 5 dargestellt. Eine Bohrung mit im wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der Außendurchmesser des Kunststoffmantelrohres wird durch eine gerade Wand Whindurcheebohrt. bei der es sielt um eine der

überstehenden Stirn- und Seilenwändc 14, 12 des Flüssigkeitsbehälters oder um eine nach unten ragende Giebelwand (Lippe 46) des Deckels handelt. Das Metallrohr 36 innerhalb des Kunststoffmanlclrohres 38 erstreckt sich nicht über dessen gesamte Länge. Fin Kunststoffstopfen 54, der ebenfalls aus Polypropylen hergestellt ist, wird in das Ende des Kunststoffmantelrohres 38 eingeführt und mit diesem längs des Umfanges des Stopfens 54 verschweißt. Somit wird das Metallrohr

Hinblick auf den großen Ausdehnungskoeffizienten de; Kunststoffes großen Abmessungsänderungen ausgesetzt. Es ist wichtig, diese Änderungen in jcdci Trägerkonslruktion vorzusehen. Für diesen Zweck wurde eine besondere Eckenverbindung für die Trägerkonstruktion beschaffen.

Wie in F i g. 6 dargestellt, wird eine Stirnwand 14 mit einer Seitenwand 12 in einer Eckverbindung 56 verbunden. Entsprechend den Trägerelementen 28

gegen korrosive in die Trägerkonstruktion eintretende io aufgebaute Trägcrelemente 58 und 60 verlaufen entlang Flüssigkeit abgedichtet. Das Trägerelement 28 wird der Stirn- und Scilenwände und liegen direkt an ihnen

an. Jedes Ende 62 des Trägerelementes 60 liegt etwa

bündig mit der Außenfläche 64 der Seitenwand 12 und ist so ausgebildet, daß sein Kunststoffmantelrohr 66 am 15 Kunststoffmantelrohr 68 des Trägerelementes 58 im wesentlichen an seinem gesamten Umfang bündig anliegt. Das Metallrohr 70 ist mit einem Stopfen 72 versehen, der bei 74 vor dem Zusammenbau mit ihm verschweißt ist. Der Stopfen 72 besitzt eine mittige

dann so weit in die Bohrung in der Wand Wgeschoben, bis das Ende des Kunststoffmantelrohres 38 bündig mit oder innerhalb der Außenfläche der Wand IV zu liegen kommt.

Das Ende des Kunststoffmantelrohres wird dann bei 55 längs seines Umfanges an die Wand geschweißt.

Kunststoff besitzt einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als Metall, insbesondere Polypropylen besitzt

einen Ausdehnungskoeffizienten, der etwa das 6fache 20 Gewindebohrung 78. des von Stahl beträgt. Es hat sich herausgestellt, daß sich Das Ende 80 des Metallrohres 81 ist mit Bohrungen 82

das Kunststoffmantelrohr aus Polypropylen bei Lage- und 84 versehen, die mit der Gewindebohrung 78 im rung flüssigen Inhalts bei niedriger Temperatur in Stopfen 72 fluchten. Ein durch die Bohrungen im Abhängigkeit von der verminderten Temperatur der Trägerelement 58 eingeführter Schraubenbolzen 86 Trägerkonstruktion wesentlich mehr zusammenzieht als 25 wird in die Gewindebohrung 78 fluchtend mit der das darin befindliche Metallrohr. Das Metallrohr Längsachse des Trägerelementes 60 eingeschraubt. Eine versucht also, den Stopfen 54 aus dem Fnde des zwischen Beilagscheiben 90 und 92 auf dem Schrauben-Kunststoffmantelrohres herauszudrücken. Um dies zu bolzen 68 zwischen dessen Kopf 76 und dem verhindern, wird eine dünne Kunststoffschaumkappe 57. Trägerelement 58 vorgesehene Schraubenfeder 88 die ebenfalls aus Polypropylen bestehen und einen 30 spannt das Trägerelement 60 gegen das Trägerelement Durchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des 58 vor. Somit sind die Trägerelemente 58 und 60 frei und Metallrohres 36 aufweisen kann, gegen das Ende des können sich relativ zueinander bewegen, wenn sich die Metallrohres angeordnet, bevor das Ende des Kunst- Trägerkonstruktion aufgrund von Temperaturänderunstoffmantelrohres mit dem Stopfen verschlossen wird. gen der Wände in Abhängigkeit von der Temperaturän-Zieht sich das Kunststoffmantelrohr aus Polypropylen 35 derung des Inhaltes des Flüssigkeitsbehälters ausdehnt zusammen und wird somit zugleich der Stopfen 54 und zusammenzieht.

mitgenommen, so wird die Schaumkappe 57 zwischen Ähnliche Eckenverbindungen sind an jeder der vier

Stopfen und dem Ende des Metallrohres 36 zusammen- Ecken des Flüssigkeitsbehälters vorgesehen. Der das gedruckt und absorbiert dessen Kraft, wobei eine entgegengesetzte Ende des Trägerelementes 58 mit geringe oder eine sehr geringe Kraft auf den Stopfen 40 dem parallel zum Trägerelement 60 längs der übertragen wird. entgegengesetzten Seite der Wand des Flüssigkeitsbe-

Eine Befestigungsart alternativ zu Fig. 5. mit der ein
Trägerelement in seiner Lage zwischen einem Paar
ebener paralleler Wände, beispielsweise einer der
Wände 12, 14 oder den sich gegenüberstehenden 45 element hat eine Länge, die im wesentlichen gleich der Giebelwänden Lippen 46. gehalten wird, besteht darin. Länge der Wand ist, die es in einer einzigen auf der Innenseite der Wände eine flache Kunststoffplatte zu befestigen, die größer als der Querschnitt eines
Kunststoffmantelrohres 38 ist. Ein Loch von im

wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie das 5° menziehen können, ohne daß die Trägerkonstruktion Kunststoffmantelrohr ist in der Platte und der Wand die geschweißten Enden und Stopfen zerstören würde, angebracht. Das mit einem Metallrohr versehene
Kunststoffmantelrohr wird in das Loch eingeführt und
verläuft so, daß das Außenende des Kunststoffmantelrohres innerhalb des Loches in der Platte endet. Ein 55 mensetzungen überzogen. Polypropylenstopfen, ähnlich dem Stopfen 54, wird in Vorstehend wurde eine Trägerkonstruktion mit

das Ende des Kunststoffmantelrohres eingeführt und einem frei in einem Kunststoffmantelrohr gelagerten eine Schweißung vorgenommen, die das Loch in der Metallrohr beschrieben. Die Trägerkonstruktion kann Wand füllt und das Loch schließt und das Metallrohr aber auch als Metallschienen- oder I-Trägcrkonstrukgegen aggressive Elemente abdichtet. 60 _tj_on aufgebaut sein, die lose in einem Kunststoffmantel-

Temperaturänderungen des flüssigen Inhaltes der rohr mit rechteckigem, quadratischem oder sonstigem Flüssigkeitsbehälter bewirken eine Ausdehnung bzw. Querschnitt gelagert ist. das im allgemeinen der Gestalt eine Zusammenziehung der Behälterwände. Aus Kunst- von Schiene, Balken oder Träger entspricht. Stoffmaterial bestehende Flüssigkeitsbehälter sind im

hälters angeordneten Trägerelement (in Fig.6 nicht dargestellt) verbindende Schraubenbolzen fluchtet mit der Längsachse des Trägerelementcs 58. Jedes Trägerhorizontalen Ebene trägt. Solch eine Eckverbindung erlaubt es, daß sich die Behälterwände in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen ausdehnen und zusam-

Um das sonst freiliegende Metall, Schraubenbolzen und Unterlegscheiben gegen Korrosion zu schützen, werden diese mit Polypropylen oder anderen Kunststoffzusam-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

t--.it-

Claims

Patentansprüche:

1. Trägerkonstruktion für die aus hulbsteifcm Kunststoffmaterial bestehenden Wände eines F'üssigkeitsbehälters. mit aus mehreren parallel zueinander angeordneten, mit Kunststoff umhüllten und an den Wänden anliegenden Melallträgern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder /.. B. als Metallrohr (36, 70, 71) ausgebildete Metallträger frei beweglich innerhalb eines Kunststoffmantelrohres (38, 66, 68) gelagert ist, das sich mindestens über die Länge des Metallträger erstreckt.

2. Trägerkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmantelrohr (38, 66, 68) aus einem thermoplastischem Material, z. B. Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyäthylen, besteht.

3. Trägerkonstruktion nach einem der Ansprüche

1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmantelrohr (38, 68) durch einen mit seinem Ende fest verbundenen Kunststoffstopfen (54) verschlossen ist.

4. Trägerkonstruktion nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kunststoffmantelrohres (38) zwischen dem Ende des Mantelrohres (36) und dem Kunststoffstopfen (54) eine Kunstschaumkappe (57) angeordnet ist.

5. Trägerkonstruktion nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Kunststoffmantelrohren (68, 66) und den Metallrohren (70, 81) gebildeten Trägerelemente (60, 58) an den Ecken des Behälters aneinanderstoßen und durch eine federnde Verbindung aneinander befestigt sind.

6. Trägerkonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eckverbindung zweier Trägerelemente (60, 58) aus einem Schraubenbolzen (86) besteht, der durch Bohrungen (82, 84) im ersten Trägerelemeni (58) hindurchgeführt und in ein mit einer Gewindebohrung (78) versehenen, am Ende des Metallrohres (70) des zweiten Tragerelementes (60) befestigten Stopfens (72) einschraubbar ist, wobei zwischen dem Kopf (76) des Schraubenbolzens (86) und dem Kunststoffmantclrohr (68) des ersten Trägerelements (58) eine Schraubenfeder (88) angeordnet ist.