DE2115647A1

DE2115647A1 - Schraubverschluß fur Hochdruckbe halter

Info

Publication number: DE2115647A1
Application number: DE19712115647
Authority: DE
Inventors: Donald Eh Warren Pa Witkin (V St A)
Original assignee: National Forge Co
Current assignee: National Forge Co
Priority date: 1970-06-11
Filing date: 1971-03-31
Publication date: 1971-12-16
Also published as: DE2115647C3; DE2115647B2; FR2095504A5; SE367682B; BE764788A; US3664540A; GB1337794A

Description

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. 225341

TELEGRAMME: ZUMPAT

POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO:
BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MÜNCHEN 2,

5/Ma
Docket 027

National Forge Company, Irvine, Warren County, Penns.

Schraubverschluß für Hochdruckbehälter

Die Erfindung betrifft einen Schraubverschluß für Hochdruckbehälter. Sie betrifft insbesondere ein Gewindesystem, bei dem die Spannungsbelastung auf den Gewindegängen zur Schaffung einer gleichmäßig ein Belastung gesteuert ist.

Bei bestimmten Anwendungsfällen von hohem Druck, wie beispielsweise bei denjenigen Fällen isostatischer Druckbehälter mit Schraubverschlüssen ist es wünschenswert, daß die Gewindegänge des Verschlusses gleichmäßig belastet werden. Es ist bekannt, daß die Spannungsverteilung auf den Gewindegängen von Schrciubverschlüssen für Druckbehälter derart ausgebildet ist, daß die höchste Axial spannung auf diejenigen Gewindegänge ausgeübt wird, die sich dem Inneren des Behälters am

BAD ORIGINAL

109851/0958

nächsten befinden, wobei die Spannung vom Inneren des Behälters aus nach außen hin abnimmt_o

Es ist ebenfalls bekannt, daß Radialbelastungen, die durch den Druck innerhalb des Druckbehälters hervorgerufen werden, • mit der Verschlußkonstruktion so zusammenwirken, daß erhöhte Axial spannungen im Verschlußbereich entstehen.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen Verschluß _ zu schaffen, bei dem die Belastungen, die direkt'auf die Gewinde-™ gänge einwirken, und insbesondere diejenigen Belastungen, die im Bereich des ersten Gewindeganges auf der Seite des Behälterinneren einwirken, verringert sind.

Insbesondere und im Hinblick auf die Schaffung eines verbesserten, flexiblen Gewindesystems, das aiif das Gewinde ausgeübten Axialspannungen gleichmäßig standhalten kann, ist der erfindungsgemäße Schraubverschluß für Hochdruckbehälter, bei dem ein Schraubenteil und ein Mutternteil auf dem Behälter entsprechend ineinander geschraubt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge auf dem Schraubenteil und dem Mutternteil so ausgebildet sind, daß sie bei Verschraubung in druckfreiem Zu-P stand des Behälters einen nach und nach zunehmenden Abstand zwischen den tragenden Flächen der entsprechenden Schrauben- und Mutterngewindegänge von einem Bereich aus, der vom Inneren des Behälters am weitesten entfernt ist_s zu einem Eiereich, der dem Behälterinneren am nächsten ist, aufweisen.

Der Abstand ist vorzugsweise am kleinsten in Höhe der äußersten Gewindegänge und am größten in Höhe der innersten Gewindegänge, wobei dieser Abstand so bemessen ist, daß im wesentlichen alle lasttragenden Oberflächen der Schrauben-Gewindegänge in Berührung mit den lasttragenden Oberflächen der Muttern- Gewindegänge sind, wenn ein vorbestimmter Druck inner-

BAD ORIGINAL

— 3 —
halb des verschlossenen Behälters erzeugt wird.

Der unterschiedliche Abstand zwischen den Gewindegängen ermöglicht es, daß die äußeren Gewindegänge zuerst belastet · werden, wenn der Behälter unter Druck gesetzt wird, und sich so die Hebel um einen vorbestimmten Betrag verbiegen. Wenn diese Verbiegung eingetreten ist, werden die inneren Gewindegänge nach und nach belastet, bis alle Gewindegänge im wesentlichen dieselbe Belastung tragen.

Die Erfindung kann auf Behälter mit isostatischem Druck oder auf Druckbehälter anderer Art angewendet werden. .Sie ist auf Gewindeformen mit parallelen oder schraubenförmigen Gewindegängen anwendbar. Die Gewinde können kontinuierliche Schrauben- und Mut tern gewinde sein oder unterbrochene, parallel*-oder schraubenförmige Gewindegänge aufweisen, wie sie allgemein für Gewehrverschlüsse von Ati'lleriegeschützen verwendet werden. In jedem dieser Fälle kann das erfindungsgemäße Gewindeprofil an den besonderen Verwendungszweck angepaßt sein.

Im folgenden werden beispielsweise, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Mittel schnitt eines Teils des Verschlußbereiches eines Hochdruckbehälters, wobei eine Gewindeform entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;

Fig. 2_ zeigt Teile des Schraubverschlusses der Fig. 1 in zum Zwecke der Verdeutlichung vergrößertem Maßstab, wobei gestrichelt in übertriebener Darstellung die Gewindeverbiegung gezeigt ist, die bei Druckbelastung des Kessels erfolgt;

BAD ORIGINAL

109851 /0958

Fig. 3 zeigt einen senkrechten Mittel schnitt eines Abschnittes des Verschlußbereiches eines Hochdruckkessels mit einer Gewindeform entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Teil eines Hochdruckbehälters 10 bezeichnet, der.mit einer Gewindeöffnung 12 versehen ist, in die ein Schraubverschluß 14 zum Verschließen des Behälterinneren-eingeschraubt ist. Der Behälter 10 kann jede Form aufweisen. Die Öffnung 12 ist mit einem Innengewinde versehen, das mit 16 bezeichnet ist, während der Verschluß 14 ein ^ Außengewinde 18 aufweist.

Der Schraubverschluß ist mit Sägezahngewinden dargestellt, jedoch ist die Gewindeform nicht auf diese Gewindeart beschränkt, wie zuvor angegeben wurde.

Beim Schraubverschluß entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das innere Ende des Verschlußgewindes so zurückgesetzt, daß ein Abstand 22 zwischen der lasttragenden Oberfläche des Verschlußstopfens und der inneren Endfläche 24 des Behältergewindes entsteht. Die übrigen Gewindegänge des Verschlußstopfens weisen in Richtung nach außen geringer werdende Abstände 26 zwischen der lasttragenden Oberfläche der Gewinde-™ gänge des Behälters und des Stopfens auf.

Der Gewindeabstand verändertsich also von einem Größtwert zwischen den inneren Enden der Gewindegänge des Stopfens und des Behälters bis hin zu etwa 0 zwischen den äußeren Enden 28 und 30 der Gewindegänge. Diese Abstände verbessern die Lastverteilung auf den Gewindegängen, indem sie die unterschiedliche elastische Verformung der Gewindegänge ausgleichen.

Das Ausmaß unterschiedlicher elastischer Verformung kann für einen speziellen Typ eines Schraubverschlusses berechnet worden,

BAD ORIGINAL
1 0 9 8 5 1/0958

wobei die physikalischen Eigenschaften des bei der Konstruktion verwendeten Materials berücksichtigt werden, indem die Gewindegänge in einem mathematischen Modell als Kragarme betrachtet werden.

In Fig. 2 ist die Funktion der Abstände in übertriebener Darstellung gezeigt. Wenn eine Last auf den Boden des Verschlußstopfens 14 aufgebracht wird, wie etwa durch Aufbringen eines Druckes in dem Behälter 10, tragen zunächst das äußere Ende 28 des Stopfengewindes und das äußere Ende 30 des Behältergewindes die Belastung, weil nur sie am Anfang im wesentlichen keinen Abstand ζwischeneinander aufweisen.

Wie in gestrichelten Linien gezeigt ist, verformen sich das Behältergewinde 30 und das Verschlußstopfengewinde 28 elastisch, so daß sich der Verschlußstopfen in gewissem Ausmaß nach außen bewegen kann. Dadurch wird bewirkt, daß der Abstand 22 zwischen den innersten, lasttragenden Gewindegängen und ebenso die übrigen Abstände 26 verringert werden, bis die inneren Gewindeenden 20 und 24 miteinander in Berührung kommen und Last aufnehmen. Durch geeignete Berechnung der verschiedenen Gewindeformen kann die Last im wesentlichen auf die Gewindegänge gleichmäßig verteilt werden, und die Höchstbelastung auf den inneren Gewindegängen wird erheblich reduziert. Die Gewindeabstände 22 und 26 sind zur Verdeutlichung erheblich übertrieben. Der Maximalabstand 22 beträgt bei einem Druckbehälter mit Schraubverschluß entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung etwa o,25 mm.

Es ist auch möglich, da-s Behähltergev/inde 16 oder sowohl das Gewinde 16 als auch das Verschlußs-bopfengewinds 18 bei anderen Ausführungsformen ml t sich ändernde» Profil i^r:ii£si·rüsten*

:· υ >j Ii a 1 / U ΐ! D a

'Fig.,3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem Druckbehälter 10 mit einer Gewindeäffnung 12 und einem Innengewinde 16 gezeigt. Ein Schraubverschlußstopfen 34 befindet sich in der Gewindeöffnung 12. Der Verschlußstopfen 34 besitzt eine Gewindeform 36, deren Steigung von einer Übereinstimmung mit dem Gewinde 16 am äußeren Ende 38 des Gewindes 36 bis hin zu einem vorbestimmten Maximum am inneren Ende 40 des Gewindes 36 zunimmt.

Die zunehmende Steigung oder Teilung des Gewindes 36 hat zur Folge, daß der Würzeldurchmesser in Richtung des Behälterinneren abnimmt» Daher ist der Wurzeldurchmesser des äußeren Endes 38 (D,) größer als der Wurzeldurchmesser D₉ am inneren Ende 40 des Gewindes.

Die unterschiedliche Steigung des Gewindes 36 zusammen mit der Abnahme des Gewindewurzeldurchmessers sorgt für einen unterschiedlichen Gewindeabstand 42 ^wische dem Innengewinde 12 und dem Außengei-jinde 36, der sich dabei von einem Minimum am äußeren Ende 38 des Gei-jindes zu einem Maximum am inneren Ende 40 des Gewindes ändert_o

Bei anderen Ausführungsformen ist das Innengewinde des Behälters mit einer sich ändernden, zum Behälterinneren hin abnehmen= den Steigung versehen und besitzt einen Gewindewurzeldurch-Eise s s er j der zum Inneren des Behälters hin zunimmt ο Bei weite== iron Ausführungformen ändern sich die Steigungen des Schraube= gewindeteils und des Mutterngewindeteils entsprechend^ so daß sin sich ändernder Abstand zwischen den Gewindegangen von si η ssb vorbestliMiten Minimum arei äußerster. Iziäs des Gewindes SH ©iziesi vorbestimmten MasdLKiuse ara innersten Ende des Gewindes ©•mtstshto

1ÖS8S1/Ö355

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 ermöglicht es der durch unterschiedliche Steigung entstehende, sich ändernde Abstand 42, daß die Gewinde gleichmäßig belastet werden,· wenn sich der Kesser unter Druck befindet, so daß etwa alle Gewindegänge die gleiche Belastung tragen.

109851 /0958

Claims

Patentansprüche

1. Gewindeverschluß für Hochdruckbehälter mit einem Schraubengewindeteil und einem Mutterngewindeteil auf dem Behälter, die ineinander geschraubt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (L6, 18) auf dem Schraubgewindeteil und dem Mutterngewindeteil so ausgebildet sind, daß sie bei Verschraubung in druckfreiem Zustand des Behälters einen zunehmend größer werdenden Abstand (26) zwischen den last— tragenden Oberflächen der entsprechenden Schrauben- und Mutterngewindegänge von einem Bereich, der vom Inneren des Behälters am entferntesten ist, zu einem Bereich, der dem Behälterinneren am nächsten ist, hin aufweisen.

2. Schraubverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (2£)am äußeren Gewindeende ein Minimum und am inneren Gewindeende ein Maximum (22) aufweist, wobei der Abstand zwischen den Gewindegängen so bemessen ist, daß im wesentlichen alle lasttragenden Flächen des Schraubengewindeteils in Berührung mit dem lasttragenden Flächen des Mutternteils stehen, wenn der vorgeschriebene Druck in dem -verschlossenen Behälter erzeugt wird.

3. Schraubverschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Schraubteile eine gleichbleibende Gewindesteigung aufweist, wobei sein Gewinde um einen Betrag zurückspringt, der von einem vorgeschriebenen Maximum am Gewindeende auf der inneren Behälterseite zu etwa Null am Gewindeende auf der äußeren Behälterseite abnimmt.

10985 1/0958

4. Schraubverschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nach und nach zunehmende Abstand dadurch gewonnen wird, daß zumindest eines der Gewindeteile mit · einer in Richtung des Behälterinneren zunehmenden Steigung versehen ist.

109851/0958