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Schnellverschluß für Druckbehälter
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Die Erfindung betrifft einen Schnellverschluß für Druckbehälter, der
mindestens ein jochartiges, zwei Flansche des Druckbehälters umgreifendes Klammerelement
umfaßt.
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Klammerelemente zum Verklemmen von Teilen eines Druckbehälters, z.
B. von Behälter und seinem Deckel, sind bekannt. In einer 1970 erschienen Druckschrift
(Zusammenstellung der Segmentklammerflansche ähnlich DIN 28032/34/36 von Walter
G. Rathmann, Koblenz, Deckblatt, Blatt Nr. 150 - 152) werden Segmentklammer-Flansch-Verbindungseinrichtungen
beschrieben, die aus mehreren Klammerelementen bestehen, die durch jochartige Elemente
die miteinander zu verklemmenden Flansche umgreifen. Die beiden Joche sind zueinander
beweglich und werden mittels einer Bolzenschraubverbindung zum Verklemmen der Flansche
zusammengedrückt.
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Die Klammerelemente sind mit einer Scharnier an dem Behälter schwenkbar
befestigt, damit sie nicht verlorengehen können.
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Segmentklammerschrauben der dargestellten Art haben den großen Nachteil,
daß das öffnen und Schließen des Behälter sehr zeitraubend ist, da jede einzelne
Schraube mittels Schraubenschlüssel
gelöst und wieder angezogen
werden muß. Dieser Zeitverlust ist umso nachteiliger, je kürzer der Verfahrenstakt
ist.
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Ein weiterer schwerwiegender Nachteil liegt darin, daß das manuelle
Anziehen der Schrauben bei unsachgemäßem Vorgehen zu ungleichmäßiger mechanischer
Belastung und in Extremfällen sogar zu Undichtigkeit führen kann, wobei Undichtigkeiten
insbesondere bei innerhalb des Behälters befindlichen aggressiven Medien zu untragbaren
Gefährdungen des Bedienungspersonals führen kann.
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Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Klammer schrauben liegt darin,
daß das öffnen und Schließen dieser Klammerschrauben grundsätzlich nicht automatisierbar
ist.
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Nachteilig ist auch das hohe Gewicht der einzelnen Klammerelemente,
wodurch die Handhabung dieser Einrichtung erschwert und auch die Unfallgefahr (insbesondere
die Quetschgefahr) wächst.
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Bekannt sind auch Schnellverschlüsse der Bajonettart, bei der zum
öffnen des Bajonettverschlusses grundsätzlich eine Hebe- und Drehbewegung erforderlich
ist. Hebe- und Drehbewegungen führen zu extrem hohen Verschleißbelastungen der Behälter-
bzw. Deckeldichtung. Daher sind bei derartigen Bajonettverschlüssen sog. Flachdichtungen
erforderlich, die teuer in der Herstellung sind und trotzdem noch hohen Reibungsverschleiß
aufweisen. Die Dichtkraft dieses Bajonettverschlusses bekannter Art ist daher auch
wesentlich geringer als es bei Verschlüssen der Fall ist, bei denen keine Drehbewegung
erforderlich ist und bei denen daher die kostengünstigere 0-Ringdichtung eingesetzt
werden kann, die noch den weiteren Vorzug der wesentlich geringeren erforderlichen
Dichtkraft besitzt, die um den Faktor 7 - 8 unter dem der Flachdichtung eines Bajonettverschlusses
liegt.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil eines Bajonettverschlusses liegt
in der Tatsache, daß die mechanische Festigkeit derartiger Verschlüsse wesentlich
schwieriger zu berechnen ist, als es bei Klammerelementen der Fall ist, die einfache
und mechanisch sehr leicht definierbare Gebilde darstellen. Die rechnerische Unsicherheit
bei der Dimensionierung eines Bajonettverschlusses führt zwangsläufig zu vergleichweise
überdimensionierten Bauweisen.
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Die Herstellungskosten eines Bajonettverschlusses sind extrem hoch,
trotzdem ist der Anwendungsbereich hinsichtlich des Druckes und des Durchmessers
begrenzt. Bei Veränderung dieser Parameter ist eine Neukonstruktion erforderlich.
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Ein weiterer Nachteil liegt in dem hohen Kraftaufwand, der zur Betätigung
des Bajonettverschlusses erforderlich ist.
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Bekannt ist auch ein sog. Keilverschluß (siehe Propektblatt 71511
der Fa. Conrad Engelke), bei welchem Schließsystem der Deckel in einer Führung läuft
und beim Schließen in einer Rinne keilförmig festgehalten wird. Dieser Keilverschluß
besitzt gegenüber dem Bajonettverschluß möglicherweise Vorzüge, jedoch weist er
prinzipiell den Nachteil eines sehr hohen Öffnungsaufwandes und auch den Nachteil
der sehr hohen Dichtungsreibung auf.
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Sowohl beim Bajonettverschluß als auch beim Keilverschluß ergibt sich
auch noch als weiterer Nachteil der sehr hohe Wartungsaufwand, der für die Reinigung
des in die Ecken und Hinterschneidungen gedrungenen Schmutzes erforderlich ist.
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Ein weiterer Nachteil dieser beiden Verschlüsse liegt noch darin,
daß beim Anschweißen des Verschlusses an den Deckel oder den Behälter extrem sorgfältig
gearbeitet werden muß, damit sich beim Schweißen durch die dabei entstehenden Spannungen
die einzelnen Teile nicht verziehen. Ein dennoch entstandener Verzug ist durch Glühen
nicht mehr korrigierbar,
da der Verschluß in Verbindung mit dem
Kessel nicht mehr ohne Spezialmaschinen nachgearbeitet werden kann.
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Andersartig entstandene Beschädigungen der Verschlußsysteme können
meist nur durch kompletten Tausch des gesamten Behälters beseitigt werden, was zu
extrem hohen Kosten führen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verschlußsystem zu schaffen, das
nicht nur wesentlicher schneller arbeitet, als mit Segmentklammerschrauben arbeitende
Verschlüsse, sondern bei dem auch keine ungünstigen Flachdichtungen erforderlich
sind, und das auch ohne großen Kosten an den jeweiligen Verwendungszweck angepaßt
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird bei einem Schnellverschluß für Druckbehälter,
der mindestens ein jochartiges, zwei Flansche eines Druckbehälters umgreifendes
Klammerelement umfaßt, die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß das jochartige
Klammerelement an einem Jochende eine an einen Flansch angreifende hydraulische
Druckkolbeneinrichtung enthält.
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Durch diese Anordnung entfällt das zeitraubende Verschrauben der Klemmeinrichtung,
so daß diese Einrichtung selbst noch für sehr schnelle Taktfrequenzen geeignet ist.
Vorteilhaft ist auch, daß diese Verschlußart durch einfache Vorrichtungen automatisierbar
ist. Werden mehrere Verschlußelemente (z. B.
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gemäß den TüV-Vorschriften mindestens vier Verschlußelemente) verwendet,
so ergibt sich automatisch eine gleichmäßige Verklemmung des gesamten Deckels, im
Gegensatz zu der bisher bekannten Schraubverbindung, bei der ein ungleichmäßiges
Anziehen der Schrauben leicht zu Undichtigkeiten führen konnte.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß sie
universell anwendbar ist, z. B. nicht nur für Rundbehälter, sondern auch für Rechteckbehälter
und Behälter nahezu beliebiger Geometrie , z. B. auch für Schiffsschotte und ähnliches.
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Durch Hinzufügen oder Entfernen entsprechender Einheiten läßt sich
der erfindungsgemäße Schnellverschluß an jede gewünschte Druckhöhe und an jede gewünschte
Behältergröße anpassen.
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Die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Schnellverschlusses sind
vergleichsweise gering. Auch ist eine nachträgliche Ausrüstung eines beispielsweise
mit Segmentklammerschrauben ausgerüsteten Behälters im Hinblick auf eine Automatisierung
durch den erfindungsgemäßen Verschluß möglich, was bei einem Bajonettverschluß z.
B. nicht der Fall wäre.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterführung der Erfindung kann das Klammerelement
an dem anderen Jochende eine Schraubbefestigung zur Verschraubung mit dem anderen
Flansch enthalten.
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Durch die Schraubbefestigung können die Klammerelemente nicht verlorengehen,
sind aber andererseits je nach Bedarf entfernbar.
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Statt dessen kann natürlich auch eine Verschweißung, Verlötung oder
eine andere Art der Befestigung vorgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Druckkolbeneinrichtung
eine Rückholfeder auf. Beim Beseitigen des hydraulischen Druckes auf die Kolbeneinrichtung
kehrt dieser somit in seine Ausgangslage zurück und gibt den Flansch frei, wodurch
sich die Entfernung des Klammerelementes bzw.
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das Herausheben oder Herausschwenken des Deckels erleichtert.
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Statt der Rückholfeder kann auch die Druckkolbeneinrichtung neben
der blzuführung für das Verschieben des Kolbens noch eine Ölzuführung für die Rückführung
des Kolbens umfassen, über die zum Öffnen hydraulische Flüssigkeit zugeführt wird,
so daß der Kolben statt durch Federkraft durch hydraulischen Druck in seine Ausgangslage
zurückgebracht wird.
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In vielen Fällen ist es zweckmäßig oder vorgeschrieben, mehrere Klammerelemente
vorzusehen, die dann zweckmäßigerweise durch zumindest teilweise flexible hydraulische
druckübertragende Glieder mit einer Hydraulikeinheit verbunden sind. Dadurch können
alle Klammerelemente zentral gleichzeitig betätigt werden, was die Geschwindigkeit
des Öffnens und des Verschließens des Druckbehälters noch vergrößert.
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Die hydraulischen druckübertragenden Glieder können eine Ringleitung
bilden, die alle Glieder miteinander verbindet, wodurch es entbehrlich wird, jedes
einzelne Klammerelement mit der Hydraulikeinheit direkt zu verbinden.
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Eine bestimmte Vielzahl Klammerelemente ist mit dem Behälter, eine
weitere Vielzahl mit dem Deckel verbunden. So ist gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ein Teil der Klammerelemente mit dem einen Flansch (z. B. dem Deckelflansch),
ein anderer Teil mit dem anderen Flansch (z. B. dem Behälterflansch) verbunden.
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Ist der Deckel um eine zur Behälterachse parallele, außerhalb des
Behälters liegenden Achse verschwenkbar, ist es zweckmäßig, etwa die Hälfte der
Klammerelemente auf etwa dem halben Umfang des Deckels, beginnend bei seinem Drehpunkt,
festzulegen, während die übrigen Klemmelemente am Behälterflansch befestigt sind,
die den Deckel im verschlossenen Zustand am anderen halben Umfang umgreifen.
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Handelt es sich dagegen um einen, z. B. nach oben senkrecht zur Behälterachse
abziehbaren Hubdeckel, wird die obere Hälfte des Deckelflansches und die untere
Hälfte des Behälterflansches mit Klammerelementen versehen.
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Selbstverständlich sind noch andere Anordnungen je nach Geometrie
der miteinander zu verbindenden Bauteile möglich.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung von Ausführungsbeispielen sowie aus
der folgenden Beschreibung.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines mit einem Deckel versehenen
Druckbehälters, bei dem Deckelflansch und Behälterflansch durch im Querschnitt dargestellte
erfindungsgemäße Klammerelemente zusammengehalten werden; Fig. 2 eine Detailansicht
eines der in Fig. 1 dargestellten Klammerelemente; Fig. 3 eine Vorderansicht auf
eine Druckbehälteröffnung mit weggeschwenktem Deckel, um die Möglichkeit der Anordnung
von mehreren, mit einer gemeinsamen Hydraulikeinheit verbundenen Klammerelemente
darzustellen; und Fig. 4 schematisch eine andere Deckelanordnung mit mehreren Klammerelementen.
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In Fig. 1 ist ein Druckbehälter 1 dargestellt, auf den ein Deckel
2 eingeschwenkt und mittels zweier Klammerelemente 3 verriegelt ist. Druckbehälter
und Deckel weisen jeweils einen Flansch 4 bzw. 5 auf. Mit dem Flansch 4 des Behälters
1 ist das rechts dargestellte Klammerelement 3 mittels einer Schraubverbindung 6
verbunden, während das links dargestellte Klammer element 3 am Flansch 5 des Deckels
in gleicher Weise befestigt ist.
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Zwischen den beiden Flanschen ist eine 0-Ringdichtung 7 innerhalb
einer Einsenkung im Deckelflansch 5 angeordnet. Wird die im Klammerelement angeordneten
Kolbeneinrichtung 8 durch
Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit durch
die Bohrung 9 betätigt, preßt sich die Unterseite des Kolbens 8 gegen die Oberseite
des Deckelflansches 8 und drückt diesen gegen den Behälterflansch 4, wobei die O-Ringdichtung
7 soweit verformt wird, daß eine hermetische Abdichtung des Druckbehälters gewährleistet
wird.
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In Fig. 2 ist das Klammerelement 3 in seinem Zusammenwirken mit dem
Deckelflansch 5 und dem Behälterflansch 4 in größeren Einzelheiten dargestellt.
Insbesondere ist zu erkennen, daß die Kolbeneinrichtung aus einer zylindrischen
Bohrung 20 innerhalb des einen Schenkels des jochförmigen Klammerelementes 3 besteht,
in die ein Kolben 21 gleitend eingeführt ist. Der untere Kopfteil 22 des Kolbens,
der einen etwas geringeren Durchmesser als der übrige Teil des Kolbens 21 aufweist,
dringt durch die innere Schenkelfläche des Joches nach außen, um mit dem Oberteil
23 des Deckelflansches 5 in Berührung zu kommen, wenn der Kolben betätigt und nach
unten verschoben wird. Dies geschieht dadurch, daß über die schon erwähnte Bohrung
9 hydraulische Flüssigkeit zugeführt wird, die den Kolben gegen Federkraft nach
unten bewegt. Damit die hydraulische Flüssigkeit nicht zwischen der Wand des Kolbens
und der zylindrischen Bohrung nach außen treten kann, sind Dichtungen 24 in der
Zylinderwand vorgesehen.
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Auf einem Bolzen 26, der sich innerhalb einer Bohrung 29 im Kolben
21 befindet, ist eine Druckschraubenfeder 25 geführt, die mit ihrem einen Ende an
einem Bolzenkopf 27 und ihrem anderen Ende an einem Sicherungsring 28 anliegt, der
in die Bohrung des Kolbens 21 eingepaßt ist. Der Bolzen 26 besitzt an seinem Ende
ein Gewinde 30, mit dem er in einen Deckel 31 eingeschraubt ist. Der Deckel 31 ist
seinerseits in die zylindrische Bohrung 20 mittels Gewinde 32 eingeschraubt und
dichtet die zylindrische Bohrung mit Hilfe einer Dichtung 33 nach außen hin ab.
Auf den durch den Deckel 31 hindurchtretenden Bolzen 30 ist noch eine abdichtende
Verschlußmutter 34 aufgeschraubt.
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Die Bohrung 9 für die Zufuhr von hydraulischer Flüssigkeit endet in
einem Anschluß 35, in dem eine Hydraulikleitung eingeschraubt werden kann.
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Das untere Ende des Joches des Klammerelementes 3 besitzt eine Bohrung
36, durch die eine Schraube 6 hindurchgesteckt ist, die an ihrem Ende mit einem
Gewinde 37 versehen ist, das in ein Gewindesackloch 38 im Behälterflansch 4 eingeschraubt
ist. Auf diese Weise wird das Klemmelement entfernbar am Behälterflansch festgehalten.
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Wird über die Bohrung 9 hydraulische Flüssigkeit der Kolbeneinrichtung
8 zugeführt, drückt die hydraulische Flüssigkeit auf die Oberseite des Kolbens und
bewegt diesen gegen die Druckkraft der Feder 25 nach unten, wodurch auch der Kopf
22 nach unten verschoben wird und mit der Oberseite 23 des Deckelflansches 5 in
Eingriff tritt. Mit weiterer Erhöhung des Druckes der hydraulischen Flüssigkeit
verformt sich die O-Ringdichtung 7, bis die beiden aneinandergrenzenden Flächen
der Flansche 4 und 5 aufeinanderliegen, wobei die Dichtung 7 dafür sorgt, daß der
Innenraum des Behälters 1 hermetisch vom Außenraum abgeschlossen ist.
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Wird der Druck entfernt, führt die Feder 25 den Kolben wieder nach
oben und gibt den Deckelflansch frei, so daß der Deckel 2 aus dem Joch heraus geschwenkt
werden kann, ohne daß die O-Ringdichtung 7 noch auf der Flanschfläche des Behälterflansches
4 aufliegt. Eine Beschädigung der O-Ringdichtung beim Ausschwenken und Wiedereinschwenken
des Deckels 2 wird dadurch vermieden.
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Statt der Rückführung des Kolbens durch die Feder 25 kann eine zweite
Hydraulikbohrung 40 (gestrichelt dargestellt) vorgesehen werden, durch die hydraulische
Flüssigkeit an die untere Fläche des Kolbens 21 geführt werden kann. Soll das Klammerelement
3 den Deckel 2 freigeben, wird also durch diese Bohrung 40 hydraulische Flüssigkeit
eingeführt und der auf die Unterseite des Kolbens ausgeübte Druck verschiebt diesen
wieder
nach oben und bringt ihn in seine Ausgangsstellung zurück.
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In Fig. 3 ist dargestellt, wie mehrere Klammerelemente 3 an Deckel
2 und Behälter 4 befestigt sein können, und zwar in der Weise, daß ein Einschwenken
des Deckels 2 um eine Drehachse 50 so möglich ist, daß die an den Flanschen von
Deckel bzw. Behälter befestigten Klammer elemente die Deckelbewegung nicht behindern.
Dazu sind auf dem Flansch 4 des Behälters 1 auf der rechts von der Drehachse 50
gelegenen Hälfte vier Klammerelemente angeordnet, während die linke Hälfte des Behälterflänsches
frei bleibt, um die Schließbewegung des Deckels 2 nicht zu behindern. Damit auch
die linke Hälfte des Behälterflansches mit dem Deckel fest verklemmt wird, sind
die entsprechenden Klammerelemente auf dem Deckelflansch 5 angeordnet, und zwar
auf dessen links von der Drehachse 50 gelegenen Hälfte des Flansches 5.
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Die einzelnen Klammerelemente 3 sind durch Druckleitungsglieder 51,
52 und 53 miteinander und mit einer Hydraulikeinheit 54 verbunden. Durch diese Druckleitungsglieder
wird von der Hydraulikeinheit 54 den Kolben in den Klammerelementen hydraulische
Flüssigkeit zugeführt, woraufhin diese simultan den Deckel an dem Behälter festklemmen.
Die Druckleitungsglieder können flexibel ausgeführt sein, insbesondere ist das für
die Druckleitung 52 zweckmäßig, die die Klammerelemente des Deckels mit denen des
Behälters verbindet. Flexible Druckleitungen erleichtern auch die Änderung der Anordnung
der einzelnen Klammer elemente.
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Statt die Druckleitungsglieder in Form einer Ringleitung anzuordnen,
kann natürlich auch jedes einzelne Klammerelement direkt mit der Hydraulikeinheit
54 verbunden sein, wenn dies aus betrieblichen Gründen (z. B. bei erforderlicher
getrennter Steuerung der einzelnen Klammerelemente) erforderlich sein sollte.
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Werden zum Zurückführen des Kolbens keine Federn verwendet, sondern
wird, wie in Fig. 2 dargestellt, eine zusätzliche Hydraulikbohrung 40 vorgesehen,
sind entsprechende zusätzliche Leitungen erforderlich, die jedoch in Fig. 3 nicht
dargestellt sind.
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In Fig. 4 ist in stark schematisierter Form noch ein andere Anordnung
wiedergegeben, bei der der Deckel 2 mit Hilfe einer Hubeinrichtung 60 senkrecht
zur Achse des Druckbehälters 1 auf und nieder bewegt werden kann. Auch hier ist
wieder ein Teil der Klammerelemente 3 auf dem Flansch des Deckels 2 angeordnet,
nämlich auf der oberen Hälfte, während der andere Teil der Klammerelemente 3 auf
dem Flansch des Druckbehälters 1 (nämlich auf dessen unterer Hälfte) montiert sind.
Auch hier ist es erforderlich, die Klammer elemente mittels Druckleitungen untereinander
und mit der Hydraulikeinheit 54 zu verbinden, wobei auch hier wieder flexible Leitungen
51, 52, 53 zweckmäßig sind, insbesondere wieder für die Verbindung der Klammerelemente
des Deckels und der des Druckbehälters (Druckleitung 52).
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Jede andere geometrische Form und auch jede andere Art von druckdichter
Verbindung kann mittels der erfindungsgemäßen Klammerelemente verwirklicht werden.
Bei besonders stark belasteten Bereichen können die Klammer elemente 3 dichter nebeneinander
angeordnet werden, während bei weniger stark belasteten Bereichen die Abstände größer
gehalten werden können. Dadurch ist eine individuelle Anpassung an die jeweiligen
Bedürfnisse möglich, was zu einer außerordentlich wirtschaftlichen und flexiblen
Schnellverschlußeinrichtung führt.
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Patentansprüche:
L e e r s e i t e