DE2161041C3 - Vorrichtung zur Herstellung von konkav-konvexen Sollbruchscheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von konvex-konkaven Sollbruchscheiben mit einem ringförmigen Flansch, der zwischen zwei ringförmigen Spanngliedern gehaltert ist, während der die Scheibe formende Druck auf die später konkave Seite der Scheibe einwirkt, wobei das dieser Druckeinwirkung abgekehrte Spannglied im Übergangsbereich zwischen Flansch und gewölbtem Teil der Scheibe ausgerundet ist.

Konkav-konvexe Sollbruchscheiben werden als Sicherheitseinrichtungen, z. B. für Druckkessel verwendet, wobei der Druck auf die konvexe Seite der Scheibe wirkt. Durch derartige Scheiben läßt sich ein zulässiger Betriebsdruck erreichen, der bis zu 90% des Bruchdruckes betragen kann. Die Bestimmung des jeweiligen Bruchdruckes, der bei gegebenem Material im wesentlichen von der Kontur der Scheibe abhängt, ist jedoch äußerst schwierig.

Es ist eine Vorrichtung zur Herstellung von konkav-konvexen Sollbruchscheiben bekannt, die aus ringförmigen Spanngliedern besteht, bei denen die der Spannfläche zugekehrte Innenkante des einen Spanngliedes stark abgerundet ist. Zwischen diese Ringe wird eine glatte Blechscheibe eingespannt. Mit einem von der Seite mit dem nicht abgerundeten Spannring beaufschlagten hydraulischen Druck wird die Blechscheibe zu der erwünschten Sollbruchscheibe verformt bzw. gewölbt, wobei sie sich gegen die Abrundung des zweiten Ringes abstützt und dabei eine entsprechende Kontur erhält. Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich jedoch keine exakten Konturen formen, so daß der Bruchdruck nicht genau bestimmt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Sollbruchscheiben hergestellt werden können, die einen sehr hohen Betriebsdruck zulassen und deren Bruchdruck sich ohne die Durchführung von Vergleichsversuchen aus dem Herstellungsverfahren mit großer Genauigkeit bestimmen läßt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Ausrundung aus zwei Abschnitten zusammensetzt, nämlich einer Abrundung mit kleinem Radius etwa nach der Art einer lediglich leicht gebrochenen Kante und einer sich an diese Abrundung anschließenden konischen Verengung auf den Innendurchmesser der Spanngüeder.

Mit einer derartig ausgebildeten Abstützkante ergeben sich genaue und genau reproduzierbare Scheibenkonturen, so daß der Bruchdruck mit hoher Genauigkeit aus der Größe des Formdruckes bestimmt werden kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere in einem relativ hohen, zulässigen Betriebsdruck und der Möglichkeit, aus dem zum Wölben der Scheibe aufgewendeten Formdruck mit sehr großer Genauigkeit den Bruchdruck zu bestimmen, so daß nach einigen Vorversuchen Vergleichsversuche überflüssig werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine Sollbruchscheibe 10 und deren Anordnung. Die Sollbruchscheibe 10 ist aus einer Metallplatte konkavkonvex geformt und steht auf ihrer konvexen Seite unter der Einwirkung eines durch den Pfeil 11 angedeuteten Überdrucks. Nach außen geht sie in einen umlaufenden flachen Flansch 12 über, der zum Lagern und Einspannen in einen Sitz dient, der von zwei Spanngliedern 13 und 14 gebildet wird.

Das innere oder druckseitige Spannglied 13 weist eine ringförmige Ausnehmung für den Sitz 15 auf, in dem der Flansch 12 abgestützt und in der gewünschten koaxialen Zuordnung von Sollbruchscheibs 10 und Spanngliedern 14 und 13 gehalten ist. Nach innen läuft

so der Sitz 15 am Übergang vom Ringflansch 12 zur konvexen Seite der Sollbruchscheibe 10 in eine schräge Kante 16 aus, die durch Schleifen oder sonstige Bearbeitung gebildet ist. Dabei ist der untere, an den Sitz 15 stoßende Rand 22 der Kante 16 nicht scharf, sondem etwas abgerundet.

Das auslaßseitige oder der Druckseite abgewandte Spannglied 14 weist an seiner dem einlaßseitigen Spannglied 13 zugewandten Seite einen der ringförmigen Ausnehmung 15 entsprechenden Sitz 17 auf, der nach außen durch eine ringförmige Abstufung 18 begrenzt ist, die in eine äußere ringförmige Ausnehmung 19 übergeht und einen derartigen Durchmesser aufweist, daß sich der Sitz 17 paßgerecht in die ringförmige Ausnehmung 15 des einlaßseitigen Spannglieds 13 einsetzen läßt und dabei mit seiner äußeren, ringförmigen Ausnehmung eine aus dem einlaßseitigen Spannglied 13 außerhalb der ringförmigen Ausnehmung 15 vorspringende Fläche überdeckt.

Der Sitz 17 des auslaßseitigen Spannglieds 14 ist innen, gegenüber der abgeschrägten Kante 16 des Sitzes 15 des einlaßseitigen Spar.ngliedes 13 durch eine Kante 20 begrenzt, die ungebrochen ist, d. h. in rechtwinkliger Form den inneren Kreisumfang des acjslaßseitigen Spannglieds 14 bildet. Die in der Zeichnung nicht besonders gekennzeichneten innerey Durchmesser der beiden Spannglieder 13 und 14 sind gleich. Mit Hilfe von Schrauben 21 oder von anderen geeigneten Verbindungsmitteln lassen sich die Spannglieder 13 und 14 miteinander verspannen und schließen dabei den Flansch voll zwischen sich ein.

Für besondere Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, die Sollbruchscheibe 10 im Bereich des Übergangs zwischen der konkav-konvexen Sollbruchscheibe 10 und dem umlaufenden flachen Flansch mit einer Rille oder Sicke zu versehen.

Die Sicherheitsvorrichtung nach der Erfindung läßt sich in an. einem in der Zeichnung nicht dargestellten Flansch eines Druckkessels oder einer damit verbundenen Rohrleitung anbringen. In der neutralen Ebene der Scheibe, d. h. in der Fläche, in der sich eine in die Sicherheitsvorrichtung eingespannte ebene Scheibe befinden würde, wird die Spitze einer Schneidvorrichtung angeordnet, so daß beim Eintreten eines Überdrucks, der die konkav-konvexe Sollbruchscheibe 10 durchbiegt, diese beim Erreichen der neutralen Ebene zerschnitten wird, wodurch in an sich bekannter Weise eine Druckminderung bewirkt wird.

Zur Herstellung einer solchen Sicherheitsvorrichtung wird eine flache Sollbruchscheibe zwischen den Spanngliedern 13 und 14 eingeklemmt und einem vorher bestimmten Formdruck unterworfen, so daß sie die in der Zeichnung dargestellte gewölbte Form annimmt. Durch die Ausbildung der Spannglieder wird sichergestellt, daß an den Berührungsstellen der Sollbruchscheibe keine Spannungen entstehen, wie es bei den üblichen scharfen oder auch abgerundeten Kanten der Fall ist. Dazu trägt auch der im Bedarfsfall leicht abgerundete untere Rand der abgeschrägten Kante 16 bei. Außerdem bleibt der Radius der Wölbung der Sollbruchscheibe 10 genau reproduzierbar, so daß sich eine stark verbesserte Zuverlässigkeit ergibt.

Die Sollbruchscheiben nach der Erfindung werden in folgenden Verfahrensschritten hergestellt:

1. Eine flache Scheibe des zu verwendenden Materials, wie z. B. Stahl, Nickel oder Aluminium, wird einem wachsenden Druck unterworfen, der sie zunächst wölbt und schließlich zerstört Dieser »Bruchdruck des Materials« wirkt auf die konvexe Seite der Wölbung.

ίο 2. Eine äquivalente Scheibe 10 wird in die Spannglieder 13 und 14 eingeklemmt und mit einem Formdruck gewölbt, der 40 bis 55 % des »Bruchdrucks des Materials« entspricht.

3. Nach dem Einbau, z. B. in den Druckkessel, wird die konvexe Seite der Sollbruchscheibe 10 dem Überdruck ausgesetzt.

4. Bei einem bestimmten Überdruck, dem »Umkehrdruck« (reversal pressure), biegt die Sollbruchscheibe 10 sich durch und wird beim Durchgang durch die neutrale Ebene zerschnitten. Der Urakehrdruck ist also gleich dem Bruchdruck der Sollbruchscheibe.
Es ist einleuchtend, daß bei konkav-konvexen Sollbruchscheiben der Umkehrdruck vom Formdruck abhängt, und zwar nimmt bei normalen Haltern der Umkehrdruck stetig mit dem Formdruck zu.

Bei der hier dargestellten Anordnung hat sich nun herausgestellt, daß von bestimmten Werten des Formdrucks ab, die im Bereich von 40 bis 55% des »Bruchdrucks des Materials« liegen, der Umkehrdruck praktisch konstant bleibt und sich so mit hoher Genauigkeit aus dem aufgewendeten Formdruck bestimmen läßt. Wenn man also einmal für eine durch Größe, Dicke und Material definierte Scheibenart den »Bruchdruck des Materials« und nach dem Einspannen in die Vorrichtung den Umkehrdruck bei einem Formdruck gemessen hat, der 40 bis 55 % des »Bruchdrucks des Materials« beträgt, so läßt sich daraus mit einer Genauigkeit von ±2% für alle äquivalenten, entsprechend hergestellten Sollbruchscheiben der Umkehrdruck und damit der Bruchdruck für alle Scheiben bestimmen, deren Formdruck 40 bis 55% des »Bruchdrucks des Materials« beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von konvexkonlcaven Sollbruchscheiben mit einem ringförmigen Flansch, der zwischen zwei ringförmigen Spanngliedern gehaltert ist, während der die Scheibe formende Druck auf die später konkave Seite der Scheibe einwirkt, wobei das dieser Druckeinwirkung abgekehrte Spannglied im Übergangsbereich zwischen Flansch und gewölbtem Teil der Scheibe ausgerundet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausrundung aus zwei Abschnitten zusammensetzt, nämlich einer Abrundung (22) mit kleinem Radius etwa nach der Art einer lediglich leicht gebrochenen Kante und einer sich an diese Abrundung anschließenden konischen Verengung (16) auf den Innendurchmesser der Spannglieder (13).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Spannglied (14) einen am inneren Durchmesser von einer rechtwinkligen Kante (20) begrenzten Sitz aufweist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den von dem zweiten Spannglied (14) begrenzten Bereich auf die Scheibe (10) ein Formdruck wirkt, der 40—55% des Bruchdruckes des Scheibenwerkstoffes beträgt.

4. Auf einer Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3 zu verformende Scheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchscheibe (10) im Bereich des Überganges von dem Flansch (12) zu dem konvex gewölbten Teil der Scheibe (10) mindestens eine Rille oder Sicke aufweist.