DE2835221A1

DE2835221A1 - Verfahren zur herstellung von sollbruch- kerbscheiben

Info

Publication number: DE2835221A1
Application number: DE19782835221
Authority: DE
Inventors: Iii Edward Harbison Short; John Edwin Witten; Loren Edwin Wood
Original assignee: Black Sivalls and Bryson Inc
Current assignee: Black Sivalls and Bryson Inc
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1979-02-22
Also published as: JPS5448326A; FR2400154A1; US4122595A; GB2003061B; CA1088285A; GB2003061A

Description

BLACK, SIVALLS & BRYSON INC. 18 933

Houston, Texas
V.St.A.

Verfahren zur Herstellung von Sollbruch-Kerbscheiben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sollbruch-Kerbscheiben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind mit Sollbruch-Scheiben arbeitende Druckentlastungseinrichtungen bekannt, bei denen eine Sollbruch-Scheibe zwischen einlaß- und auslaßseitigen Stützgliedern derart abgestützt ist, daß Fluiddruck in einem Gefäß oder System, das vor Überdruck geschützt werden soll, über das einlaßseitige Stützglied auf die Sollbruch-Scheibe aufgebracht wird. Wenn der Druck einen konstruktiv vorbestimmten Bruchdruck der Scheibe übersteigt, so bricht diese unter gleichzeitigem Abbau des Druckes im Gefäß oder System.

Es sind zwei grundsätzliche Arten derartiger Sollbruch—Scheiben bekannt, nämlich die sog. "konventionellen" Scheiben, die einen konkav-konvexen Wölbungsteil aufweisen, der so angeordnet ist, daß der Fluiddruck auf die konkave Seite des Wölbungsteiles wirkt und die Scheibe auf Zug beansprucht, und die sog. "Umkehrscheiben¹', die ebenfalls einen konkav-konvexen Wölbungsabschnitt aufweisen, der aber so angeordnet ist, daß der Fluiddruck auf die konvexe Seite des Wölbungsabschnittes wirkt und so das Material auf Druck belastet. Bei beiden Bauarten von Sollbruch-Scheiben werden Kerben zur Erzeugung von Sollbruch-Linien verwendet, so daß die Scheibe beim Bruch entlang dieser

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Linien in einem vorbestimmten Muster definiert bricht. Unter Kerben ist dabei im vorliegenden Zusammenhang jede Art von Nuten oder sonstige Art von Linien mit relativ dünnem tragenden Material zu verstehen, die in der Bruchscheibe erzeugt werden.

Die "konventionellen" Sollbruch-Scheiben werden in der Regel nur dort eingesetzt, wo der konstruktive Sollbruch-Druck erheblich höher ist als der normalerweise von dem Fluid in dem zu schützenden Gefäß oder System auf die Scheibe aufgebrachte Druck. Wenn derartige "konventionelle" Scheiben in Fällen eingesetzt werden, in denen der konstruktive Sollbruch-Druck nahe an dem normalen, auf die Scheibe wirkenden Fluiddruck liegt, können die in der Scheibe aiiftretenden Spannungen zu einem vorzeitigen Bruch der Scheibe führen. Da "Umkehrscheiben" durch den darauf wirkenden Fluiddruck auf Druck belastet werden, kann der Druck, bei dem die Scheibe nach ihrer konstruktiven Auslegung brechen soll, relativ nahe an dem normalerweise auf die Scheibe wirkenden Fluiddruck liegen. Darüber hinaus können "Umkehrscheiben" Druckschwankungen in dem Gefäß oder dem System über lange Zeiträume hinweg ohne vorzeitigen Bruch widerstehen. Jedoch ergeben sich Probleme insoweit, als diese "Umkehrschei-■ ben" zuweilen unbeabsichtigt in die gegensinnige Wölbungsstellung umschnappen oder in dieser Art umschnappen statt zu brechen, Wenn dabei das von der Herstellung her festgelegte Verhältnis des Sollbruch-Druckes bei Zugspannungsbelastung zu dem Sollbruch-Druck bei Druckspannungsbelastung gering ist, so kann der für den Bruch der Scheibe bei Spannungsbeanspruchung erforderliche Fluiddruck nach dem Umschnappen größer sein als der Bruchdruck gemäß der konstruktiven Auslegung, wobei im Falle einer wesentlich größeren Festigkeit bei Zugbelastung des Materials extrem gefährliche Überdruckbedingungen in den zu schützenden Gefäßen oder Systemen auftreten können.

Bei den bislang bekannten Verfahren zur Herstellung der sog. "Umkehrscheiben", also der gegen den Fluiddruck ausgewölbten Scheiben, wird im allgemeinen zunächst der konkav-konvexe Wölbungsabschnitt in den Scheiben bis zu einer bestimmten Wöl-

bungshöhe hergestellt, wonach die Kerben oder dergleichen an
einer Seite des konkav-konvexen Wölbungsabschnittes angebracht
werden. Die Anbringimg der Kerben erfolgt dadurch, daß die Scheiben unter Druck an ein scharfes Kesser oder dergleichen angelegt werden, so daß in dem gewünschten Muster ein Eindrücken der Kerben in das Metall erfolgt, wie dies aus der US-PS 3 921 556 bekannt ist. Die so hergestellten Kerben sind jedoch häufig von
nicht gleichförmiger Tiefe, und da das Metall durch die Einwirkung der Kerbmesser einer Kaltverfestigung unterliegt, ergeben sich Probleme sowohl im Zusammenhang mit der Herstellung als auch
mit der Benutzung so hergestellter Bruchscheiben. Weiterhin
können mit einem bestimmten Kerbmesser nur Scheiben einer bestimmten Wölbungshöhe hergestellt werden, wodurch die konstruktive Freizügigkeit durch die erforderliche Berücksichtigung der vorhandenen Werkzeuge erheblich vermindert wird und die Anzahl
der Herstellungsschritte erhöht wird, die erforderlich sind,
um einen Satz derartiger Bruchscheiben mit bestimmten konstruktiven Spezifikationen herzustellen.

Wesentliche Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung sowohl "konventioneller" als auch
von "Umkehrscheiben", welches wirtschaftlicher durchgeführt
werden kann und diese Probleme vermeidet; im Falle der Herstellung von "Umkehrscheiben" mit entsprechenden Kerben soll darüber hinaus eine größere Flexibilität der konstruktiven Auslegung derartiger Scheiben ohne nachteilige Auswirkungen auf die Herstellungsgenauigkeit und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung ermöglicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge-

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ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer üblichen Druckentlastungsvorrichtung mit einer Sollbruch-Kerbscheibe,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kerbscheibe gemäß Fig. 1, .

Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung der Vorrichtung nach erfolgtem Bruch der Scheibe,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Sieb zum Aufbringen eines korrosionsbeständigen Materials auf eine Bruchscheibe beim erfindungsgemäßen Verfahren, wobei ein gewünschtes Kerbenmuster auf einem Abschnitt der Scheibe vom Überzug freigehalten wird,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Scheibe mit einem darauf aufgebrachten Überzug aus korrosionsbeständigem Material und

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Einflusses einer Druckausbeulung und eines Anlassens auf das Verhältnis des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung des Materials zum Bruchdruck bei Druckspan— nungsbelastung des Materials.

Die Druckentlastungsvorrichtung 1o gemäß den Fig. 1 und 3 weist ein Paar von Stützgliedern 12 und 14 auf, zwischen denen eine Sollbruch-Kerbscheibe 16 dicht eingespannt und durch eine Mehrzahl von Kopfschrauben 18 am Umfang der Stützglieder 12 und 14 verspannt ist. Die Stützglieder 12 und 14 können in einer Vielzahl von Formen ausgebildet sein; beispielsweise können sie Flansche sein, die sich zu einem Anschweißen oder Anschrauben eignen, oder Teile, die zwischen Rohrflanschen oder dergleichen eingeklemmt werden können.

Auch die Bruchscheibe 16 kann in einer Vielzahl von Formen hergestellt werden. Bei dem in der Zeichnung veranschaulichten Beispiel ist die Bruchscheibe 16 kreisförmig ausgebildet und weist einen zentralen konkav-konvexen Wölbungsabschnitt

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auf, der an einen ringförmigen, flachen Flanscnabschnitt 22 über einen Übergangs abschnitt 24 angeschlossen ist, wobei der ringförmige, flache Flanschabschnitt 22 dicht zwischen komplementären, ringförmigen, flachen Dichtoberflächen an den Stützgliedern 12 und 14 eingespannt ist. Jedoch kann die Bruchscheibe 16 auch insgesamt völlig konkav-konvex ausgebildet sein, oder können anstelle des ringförmigen, flachen Flanschabschnittes 22 und der komplementären, flachen, ringförmigen Dichtoberflächen an den Stützgliedern 12 und andere Lagerformen und Lageranordnungen verwendet werden.

Wenn die Bruchscheibe 16 sog. "konventionelle" Bauart aufweist, also in üblicher Weise brechen soll, so wird der Fluiddruck aus dem zu schützenden Gefäß oder System über das Stützglied 14 auf die konkave Seite der Bruchscheibe übertragen. Wenn der auf die konkave Seite der Scheibe 16 übertragene Fluiddruck denjenigen Druck übersteigt, an dem die Scheibe gemäß der konstruktiven Auslegung brechen soll, so wird die Zugfestigkeit des Schoibenmaterials überstiegen und bricht die Scheibe.

Wenn die Scheibe 16 eine sog. "Umkehrscheibe" ist, so wirkt der Fluiddruck des zu schützenden Gefäßes oder Systems über das Stützglied 12 auf die konvexe Seite des konkav-konvexen Wölbungsabschnittes 2o. Wenn der auf die konvexe Seite der Scheibe 16 wirkende Fluiddruck denjenigen Druck übersteigt, an dem die Scheibe gemäß der konstruktiven Auslegung brechen soll, so schnappt der konkav-konvexe WoIbungsabschnitt 2o um und bricht, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist.

Um Schwächungslinien oder Sollbruch-Linien in den konkav-konvexen Abschnitt 2o der Scheibe 16 zu erzeugen, wird hierin ein Muster 26 aus Kerben eingebracht, so daß der konkav-konvexe Abschnitt 2o beim Bruch entlang dieser Schwächungslinien bricht und in einer vorbestimmten Weise öffnet. Die Kerben 26 oder dergleichen können entweder an der konvexen oder an

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der konkaven Seite des konkav-konvexen Abschnittes 2o angebracht werden und dienen als Schwächungs~ oder Sollbruchlinien, entlang denen die Scheibe beim Bruch aufreißt, damit die Scheibe vollständig geöffnet wird und die Anzahl und das Auftreten loser Teile vermindert wird, welche von der Scheibe vollständig abgerissen werden.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist das Kerbenmuster vier Haupt-Kerbabschnitte 28 auf, die von einem Zentralabschnitt 32, der mit dem Mittelpunkt des konkav-konvexen Abschnittes 2o zusammenfällt, radial nach außen in Richtung auf den Übergangsabschnitt 24 verlaufen. Die äußeren Enden der Kerben 28 sind jeweils an ein Paar von divergierenden, gebogenen zusätzlichen Kerben 42 und 44 angeschlossen. Jede zusätzliche Kerbe 42 und 44 ist in einer solchen Richtung gebogen, daß ihre konvexe Seite außen liegt und sich zu dem benachbarten Übergangsabschnitt 24 der Scheibe 16 erstreckt. Die Kerben 28 können in Zick-Zack-Form oder irgendeiner anderen Form ausgebildet sein, sind jedoch bevorzugt geradlinig ausgebildet und in rechten Winkeln zueinander angeordnet, wodurch der konkav-konvexe Wolbungsabschnitt 2o der Bruchscheibe 16 in vier Quadranten unterteilt wird. Jedoch können auch mehr oder weniger Kerben verwendet werden, die sich im Mittelpunkt der Scheibe 16 treffen oder sich diesem annähern, und kann eine Vielzahl von Kerbenmustern anderer Art, als dies zeichnerisch veranschaulicht ist, verwendet werden.

Wie aus Fig. 3 im Falle einer "Umkehrscheibe" mit auf das Fluid hin gerichteter konkaver Auswölbung ersichtlich ist, schnappt bei Überschreiten des konstruktiv vorgesehenen Bruchdruckes in dem durch das Stützglied 12 auf die Scheibe 16 einwirkenden Fluid der konkav-konvexe Wolbungsabschnitt 2o in die gegensinnige Wölbungsrichtung um und reißt sodann entlang den Schwächungslinien, die durch die Kerben 28, 42 und 44 gebildet sind, wodurch vier große Bruchstücke 46 und vier kleine Bruchstücke 48 entstehen, die blattartig ausgebildet sind und mit ihrer Basis am Rest der Scheibe 16 hängen. Die-

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selbe Art des Bruches tritt auf, wenn die Geheibe 16 in der üblichen Weise bricht, mit dem einzigen Unterschied, daß die am Restmaterial hängenden Bruchstücke 46 und 4?- in die Öffnung des Stützgliedes 12 hineingebogen werden und der Fluiddruck aus dem zu schützenden Gefäß oder System abgebaut wird, welches an der Seite des Stützgliedes ΛΛ angeordnet ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung derartiger Sollbruch-Kerbscheiben wird zunächst ein flacher Abschnitt eines Blechmaterials in die gewünschte Umfangsform gebracht, also etwa kreisförmig wie im Falle der Scheibe 16 gemäß Fig. 2 ausgeschnitten, wonach ein Überzug aus einem flexiblen, korrosionsbeständigen Material auf eine Seite des Ausschnittes derart aufgebracht wird, daß ein Schwächungsmuster ungeschützt auf einem Teil des Ausschnittes verbleibt. Sodann wird der das Muster der SchwUchungslinien enthaltende Teil des Ausschnittes in die konkav-konvexe Wölbungsform gebracht, also der konkav-konvexe Wölbungsabschnitt 2o der Scheibe 16 erzeugt und diejenige Seite des konkav-konvexen Wölbungsabschnittes, welche das Schwächungslinienmuster enthält, über eine solche Zeitspanne mit einem korrosiven Fluid behandelt, welche ausreicht, um die ungeschützten späteren Schwächungslinien in Kerblinien einer gewünschten Tiefe umzuwandeln, wonach das korrosionsbeständige Material von dem Ausschnitt wieder entfernt werden kann.

Die in Frage kommenden korrosionsbeständigen Materialien sollten flexibel genug sein, um bei der Ausbildung des konkav-konvexen Wölbungsabschnittes keine Mikro- oder Makrorisse zu erzeugen. Das korrosionsbeständige Material kann auf jede geeignete Weise aufgebracht werden, bei der das gewünschte Kerbmuster ungeschützt auf dem Blechausschnitt verbleibt, und verschiedene korrosive Fluide, wie wässrige Säurelösungen, und Techniken zur Beaufschlagung des Blechausschnittes mit dem korrosionsbeständigen Material und dem Schwächungslinienmuster können verwendet werden.

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Ein besonders geeignetes und derzeit bevorzugtes korrosionsbeständiges Material für das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Verbindung auf Asphaltbasis, welche durch die Firma Colonial Printing Ink Company unter der Handelsbezeichnung ER 1o93, Black Acid Resist, auf den Markt gebracht wird, eine Verbindung, die gut in Chloräthan löslich ist. Eine derzeit bevorzugte Vorgehensweise zum Aufbringen des korrosionsbeständigen Materials auf den Blechausschnitt ähnelt einem Siebdruck und verwendet einen Seidensieb. In Fig. 4 ist ein solcher Sieb 5o veranschaulicht, der einen Rahmen 52 aus Metall oder Holz besitzt, der ein durchlässiges Material 54 in seinem Innenraum abstützt, beispielsweise grob gewebte Seide. Teile des grob gewebten Materials 54 sind mit einer undurchdringlichen Substanz, wie Polyvinylchlorid oder einem anderen Kunststoff, abgedeckt, wodurch sich eine gewünschte Form für den verbleibenden, durchlässigen Teil des Materials ergibt. Im Beispielsfalle ist der Außenbereich 56 des Materials 54 in der Nachbarschaft des Rahmens 52 mit einem Plastikmaterial derart abgedeckt, daß ein kreisförmiger, durchlässiger Materialbercich verbleibt. Linien 6o aus Plastikmaterial sind in diesem Zentralbereich so angeordnet, daß sich das gewünschte Kerbmuster ergibt, welches von dem undurchlässigen Kunststoff nachgezogen wird.

Der Sieb 5o wird über den Blechausschnitt gelegt, und das korrosionsbeständige Material wird über die Oberseite des Materials 54 gebürstet, so daß es durch die durchlässigen Abschnitte des Materials 54 auf den Blechausschnitt gelangt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, führt dieses Vorgehen zu einem Überzug 64 aus korrosionsbeständigem Material auf dem Blechausschnitt 62, welcher das gewünschte Kerbmuster 66 auf dem Blechausschnitt frei und ungeschützt läßt.

Nach dem Absetzen, Abbinden, Aushärten oder dergleichen des Überzuges 64 wird derjenige Teil des Ausschnittes 62, der

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das korrosionsbeständige Material und das Kerbmuster 66 aufweist, in den konkav-konvexen v/ülbiinjsabsciu.i tt umgeformt. Hierzu wird der Ausschnitt -/,vi schon einer: Γ ,..ar von G tützgj iedern zur Ausformung konkav-::onvoxar Aufwölbungen in Blechausschnitten eingespannt und einem Druckfluid, vie Druckluft, ausgesetzt. Durch Einwirkung des Fluiddruckec auf eine Seite in einer solchen Höhe, welcher die Fließgrenze des Materials für den Blechausschnitt übersteigt, wird der konkav-konvexe Wölbungsabschnitt im Blechausschnitt ausgeformt. Nach der Ausformung wird diejenige Seite des konkav-konvexen Wölbungsabschnittes, welche den Überzug 64 aus korrosionsbeständigem Material und das Kerbmuster 66 aufweist, mit einem korrosiven Fluid über eine solche Zeitspanne in Berührung gebracht, welche ausreicht, um die Schwächungs- oder Kerblinien bis in eine bestimmte Tiefe hinein zu korrodieren und so das Kerbmuster zu erzeugen. Hierzu wird der Ausschnitt bevorzugt zwischen ein zweites Paar von Stützgliedern eingespannt und wird die mit dem Überzug versehene Seite einer oder mehreren Sprühdüsen ausgesetzt, die an einen Vorrat einer wässrigen Säurelösung konstanter Stärke und Temperatur angeschlossen sind, wobei die Säurelösung mit konstanter Geschwindigkeit über eine solche Zeitspanne gesprüht wird, welche ausreicht, um die Schwächungslinien bis in die gewünschte Tiefe hinein zu korrodieren. Nachdem die Kerblinien in dem Ausschnitt ausgebildet sind, wird dieser aus den Stützgliedern entnommen und wird das korrosionsbeständige Material von dem Ausschnitt entfernt, wozu eine Ablösung in einem geeigneten Lösungsmittel dienen kann.

Der Überzug 64 kann vor oder nach der Ausformung des konkavkonvexen Wölbungsabschnittes auf den Ausschnitt aufgebracht werden,und die Kerblinien können von jeder Seite des Ausschnittes aus ausgeformt werden. Derzeit jedoch ist bevorzugt, die Kerblinien in den Ausschnitt einzubringen, nachdem der Wölbungsabschnitt ausgeformt worden ist, um sicherzustellen, daß die Kerblinien gleichförmige Tiefe und Größe aufweisen, um so Verformungen der Kerben während der Ausformung des Wölbungsab-

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schnittes zu vermeiden. Da darüber hinaus die Ausbildung des Wölbungsabschnittes zu einer Schwächung des Metalles im Sinne einer Verringerung der Wandstärke führt, wobei der Wölbungsabschnitt an seinem Wölbungsscheitel dünner ist als an den Seiten, sind die Schwächungslinien besonders ausgeprägt im mittleren Bereich des Wölbungsabschnittes, wenn nach der Auswölbung erst die Kerben gleichförmiger Tiefe in den dann dünneren Bereich im Zentrum des Wölbungsabschnittes eingebracht werden. Dies ist insofern von Vorteil, als dann die Bruchscheibe definiert vom Zentralbereich des Wölbungsabschnittes aus nach außen aufreißt.

Bei einem derzeit bevorzugten Verfahren sur Herstellung eines Satzes von Sollbruch-Kerbscheiben als "Umkehrscheiben" aus Blech mit bestimmten Sollbruch-Drucken wird zunächst das " Blech in eine Mehrzahl von ebenen, kreisförmigen Ausschnitten mit einem Durchmesser aufgeteilt, der zwischen die Stützglieder der bestimmten zu verwendenden Größe paßt. Ein Überzug aus flexiblem korrosionsbeständigem Material der oben erläuterten Art wird sodann auf eine Seite der Ausschnitte in der ebenfalls bereits erläuterten Weise aufgebracht, wodurch das gewünschte Kerbmuster ungeschützt in einem Zentralbereich der Ausschnitte verbleibt. Im wesentlichen gleiche konkavkonvexe Wölbungsabschnitte werden dann in den einzelnen Ausschnitten durch Aufbringen von Fluiddruck auf diejenigen Seiten ausgeformt, welche das korrosionsbeständige Material und die Kerbmuster aufweisen, wobei die angelegten Drücke den Fließpunkt des Metalles überschreiten, aus dem die Ausschnitte gebildet sind. Dieser Ausformungsschritt wird so gesteuert, daß die konkav-konvexen Wölbungsabschnitte, die in jedem Blechausschnitt gebildet werden, im wesentlichen dieselbe Scheitelhöhe oder Wölbungshöhe aufweisen. Diese Scheitelhöhe ist der Abstand vom Scheitel des konkav-konvexen Wölbungsabschnittes zu der horizontalen Ebene der Umfangsabschnitte der Scheibe. Nach der Ausformung der Wölbungsabschnitte'werden die Ausschnitte mit einem korrosiven Fluid, beispielsweise einer wässrigen

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Säurelösung, in Berührung gebracht, wozu die Säurelösung aufgesprüht wird. Die Konzentration, die Temperatur und weitere Parameter des korrosiven Fluids sind genau ausgesteuert, so daß Kerben gleichförmiger Tiefe in jeden der Metallausschnitte hineinkorrodiert werden. Nach der Ausbildung der Kerben werden die Metall-Ausschnitte gesäubert und wird das korrosionsbeständige Material durch Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel von den Ausschnitten entfernt. Wenigstens ein Ausschnitt - gegebenenfalls auch mehrere - werden sodann zwischen Stützgliedern eingespannt, die an eine Quelle für Druckfluid angeschlossen sind, und zwar derart, daß die konvexen Seiten der Ausschnitte auf die Druckfluid-Queile hinzeigen. Zunehmender Fluiddruck wird auf die Ausschnitte aufgebracht, bis die konkav-konvexen Abschnitte der Ausschnitte umschnappen und brechen und so den Sollbruch-Druck der Abschnitte definieren, also denjenigen Druck, der auf die konvexe Seite aufgebracht werden muß, um zu einem Umschnappen und Aufreißen des konkav-konvexen Wölbungsabschnittes entlang den durch die Kerben darin erzeugten Schwächungslinien zu führen.

Um sicherzustellen, daß die so hergestellten Scheiben einen solchen Bruchdruck bei Zugspannungsbelastung aufweisen, der sicherstellt, daß, wenn die Scheiben umschnappen, jedoch nicht aufreißen, oder versehentlich seitenverkehrt zwischen einem Paar von Stützgliedern montiert sind, nicht übermäßiger Druck erforderlich ist, um die Scheiben in der Zugspannungsbelastung zu brechen, sollte das Verhältnis des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung auf einen Wert von 1,5 oder weniger gesteuert werden. Unter Bruchdruck bei Zugspannungsbelastung ist dabei derjenige Druck zu verstehen, der beim Einwirken auf die konkave Seite zum Bruch der Scheibe führt. Da unter den bestehenden Vorschriften für Druckgefäße und Druckleitungen der Testdruck des Druckgefäßes und Drucksystems etwa 1,5 mal so hoch angesetzt wird wie derjenige Druck, für den das Gefäß oder System in normalem Betrieb ausgelegt ist, ist anzustreben, daß die mit der Wölbung

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gegen das Druckmedium, also als "Umkehrscheiben'¹, eingesetzten Sollbruch-Kerbscheiben einen Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung haben, der bei oder unterhalb desjenigen Druckes liegt, für den die konstruktive Auslegung erfolgt ist, und einen Bruchdruck bei Zugspannungsbelastung, der nicht höher als 1,5 mal so groß ist. Dies stellt sicher, daß auch dann, wenn die Scheiben in umgedrehter Stellung eingebaut werden oder beschädigt werden und umschnappen, ohne zu brechen, ein Bruch schließlich auftritt, bevor die Druckhöhe im Gefäß oder im System den Testdruck überschreitet.

Wenn das Verhältnis des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung bei den erfindungsgemäß hergestellten Scheiben größer ist als 1,5, erfolgt eine Druckausbeulung und ein Anlassen oder Spannungsfrei-Glühen der Scheiben zur Verminderung dieses Verhältnisses auf einen Wert von 1,5 oder weniger. Insbesondere aus Fig. 6 sind die Auswirkungen einer solchen Druckausbeulungs- und Anlaßbehandlung ersichtlich. Unter Druckausbeulung ist dabei zu verstehen, daß die konkaven Seiten der Scheiben einem Fluiddruck in einer Höhe von etwa 85 % bis 95% des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung ausgesetzt werden, so daß die Scheitelhöhen der konkav-konvexen Wölbungsabschnitte erhöht werden, was zu einer Erhöhung des Bruchdruckes bei Druckspannungsbelastung und damit zu einer Verminderung des Verhältnisses des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung führt.

Eine Anlaßbehandlung oder ein Spannungsfrei-Glühen der Scheiben besteht in einer Erwärmung der Scheiben auf eine Temperatur zwischen etwa 73o°C und 11oo°C für eine Zeitspanne von etwa 5 bis 15 Minuten, wonach die Scheiben auf Raumtemperatur abkühlen können. Die Anlaßbehandlung beseitigt Spannungen in den Scheiben und vermindert den Bruchdruck bei Zugspannungsbelastung mehr als den Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung,

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wodurch das Verhältnis des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung weiter herabgesetzt wird. Die besonderen zeitlichen und temperaturmäßigen Steuerungen für die Anlaßbehandlung der Scheiben aus verschiedenen Metallen sind in der US-PS 3.921 ^56 näher erläutert, auf die wegen weiterer Einzelheiten insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird.

In einer geringfügig abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wenn das Verhältnis des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung bei 1,5 oder weniger liegt, das Metall des Bleches zunächst in eine Mehrzahl von ebenen Ausschnitten der gewünschten Umfangsausbildung aufgeteilt. Ein Überzug aus einem flexiblen, korrosionsbeständigen Material der weiter oben erläuterten Art wird sodann auf eine Seite jedes der Ausschnitte aufgebracht, derart, daß ein Kerbmuster auf jedem der Ausschnitte ungeschützt verbleibt. Sodann werden diejenigen Teile der Ausschnitte, welche das korrosionsbeständige Material und das Kerbmuster enthalten, in im wesentlichen identische konkav-konvexe Wölbungsabschnitte umgeformt. Nach dieser Umformung werden zwei oder mehr dieser Ausschnitte mit einem korrosiven Fluid in Berührung gebracht, und zwar für gleiche Zeitspannen, so daß im wesentlichen die gleichen Kerben in die Ausschnitte hineinkorrodiert werden. Die Ausschnitte werden sodann gesäubert, und ein erster der gekerbten Abschnitte wird sodann an seiner konkaven Seite erhöhtem Fluiddruck unterworfen, so lange, bis der Wölbungsabschnitt bricht; hierdurch wird der Bruchdruck bei Zugspannungsbelastung bestimmt. Anschließend wird auf die konkave Seite eines zweiten gekerbten Abschnittes Fluiddruck in einer Höhe im Bereich von etwa 85% bis etwa 95% des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung aufgebracht, wodurch der konkav-konvexe Wölbungsabschnitt unter Vergrößerung seiner Scheitelhöhe weiter ausgebeult wird. Der zweite Abschnitt wird sodann spannungsfreigeglüht oder angelassen, so daß hierin bestehende Spannungen abgebaut werden, wonach erhöhter Fluiddruck auf die konvexe Sei-

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te des konkav-konvexen Wo lbungs ab schnitt es aufgebracht wird, bis der zweite Abschnitt umschnappt und bricht; hierdurch wird der Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung bestimmt. Wenn der Bruehdruck bei Druckspannungsbelastung zu hoch oder zu niedrig liegt, werden zwei oder mehr zusätzliche Ausschnitte mit dem korrosiven Fluid für längere oder kürzere Zeitabschnitte in Berührung gebracht und werden anschließend der Bruchdruck bei Zugspannung sbe lastung und der Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung in der geschilderten Weise nochmals bestimmt. Dieses Verfahren wird an weiteren Ausschnitten erforderlichenfalls unter ständiger Änderung der Tiefe der einkorrodierten Kerben so lange wiederholt, bis ein gewünschter Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung erzielt ist. Wenn der gewünschte Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung erzielt ist, werden die verbleibenden Metallausschnitte mit dem korrosiven Fluid für diejenige spezielle Zeitspanne in Berührung gebracht, die zu dem gewünschten Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung des Prüflings geführt hat, wonach die weitere Druckausbeulung und die Anlaßbehandlung folgen, so daß ein Satz von Sollbruch-Kerbscheiben als "Umkehrscheiben" mit in Richtung auf das Druckfluid weisender Auswölbung geschaffen wird, -welcher den gewünschten Sollbruch-Druck bei Druckspannungsbelastung ergibt. Wenn, nachdem auf diese Weise der gewünschte Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung erzielt worden ist, das Verhältnis des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung über 1,5 liegen sollte, so wird die Druckausbeulung und die Anlaßbehandlung wiederholt oder abgewandelt, um ein Verhältnis von 1,5 oder weniger zu erzielen.

Die speziellen Eigenschaften bezüglich es Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung und/oder des Bruchdruckes bei Druckspannungsbelastung der gekerbten Bruchscheiben ändern sich mit einer großen Anzahl von variablen Parametern, wie etwa der Größe der Scheiben, der Dicke des verwendeten Blechmetalles, der speziellen Art des Metalles, aus dem die Scheiben bestehen, der Scheitelhöhe der konkav-konvexen Auswölbungsabschnitte, des

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speziellen verwendeten Kerbmusters, der Tiefe der in die Scheibe eingebrachten Kerben usw. Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Sollbruch-Kerbscheiben mit gewünschtem Bruchdruck bei Zugspannungsbelastung und/oder bei Druckspannungsbelastung werden Orientierungsversuche eingesetzt, um zu bestimmen, welche Werte für diese Parameter verwendet werden sollten.

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Claims

ÄLTE

Dr. rer. nat. DIETER LOUIS Dipl.-Phys. CLAUS PÖHLAU DipL-lng. FRANZ LOHRENT2 8S00 NORNBERQ

KESSLERPLATZ 1 BLACK, SIVALLS & BRYSON IiJC. 13.933

Houston, Texas 2835221

V.St.A.

Patentansprüche

(1.) Verfahren zur Herstellung einer Sollbruch-Kerbscheibe, bei dem ein ebener Ausschnitt aus Metallblech in die gewünschte Umfangsform gebracht, konkav-konvexe Auswölbungsabschnitte in dem ebenen Ausschnitt ausgeformt und in den Wolbungsabschnitten Kerben angebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überzug aus flexiblem, korrosionsbeständigem Material auf eine Seite des Ausschnittes derart aufgebracht wird, daß ein gewünschtes Kerbmuster ungeschützt auf einem Toil dos Ausschnittes verbleibt, daß der das Kerbmuster aufweisende Teil des Ausschnittes in die konkav-konvexe Auswölbung umgeformt wird, daß diejenige Seite der konkav-konvexen Auswölbung, welche das Kerbmuster enthält, mit einem korrosiven Fluid über eine solche Zeitspanne in Berührung gebracht wird, welche eine Korrosion der dem Kerbmuster entsprechenden Kerben mit einer geeigneten Tiefe in den Ausschnitt hinein ergibt, und daß das korrosionsbeständige Material von dem Ausschnitt abgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung des konkav—konvexen Abschnittes nach dem Aufbringen des Überzuges durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung einer Gruppe oder eines Satzes aus Sollbruch-Kerbscheiben aus Metallblech, die mit ihrer Auswölbung dem Fluiddruck entgegengerichtet sind und einen vorbestimmten Bruchdruck aufweisen, gekenn-

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ORIGINAL INSPECTED

zeichnet durch folgende Schritte:

a) Aufteilen des Metallbleches in eine Mehrzahl von ebenen Ausschnitten;

b) Aufbringen eines Überzuges aus flexiblem, korrosionsbeständigem Material auf eine Seite jedes der Ausschnitte derart, daß ein gewünschtes Kerbmuster an Teilen der Ausschnitte ungeschützt bleibt;

c) Ausformen dieser das korrosionsbeständige Material und das Kerbmuster enthaltenden Teile der Ausschnitte in im wesentlichen identische konkav-konvexe Auswölbungen;

d) Beaufschlagen der die Kerbmuster aufweisenden Seiten der konkav-konvexen Auswölbungen der Ausschnitte mit einem korrosiven Fluid für eine solche Zeitspanne, welche zu einer ausreichenden korrodierenden Bildung von Kerben entsprechend dem Kerbmuster von einer gewünschten, im wesentlichen gleichen Tiefe in den Ausschnitten ausreicht;

e) Abnehmen des korrosionsbeständigen Materials von den Ausschnitten.

Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den v/eiteren Verfahrensschritt:

f) Aufbringen von erhöhtem F'luiddruck auf die konvexe Seite der konkav-konvexen Auswölbungen eines oder mehrerer Ausschnitte so lange, bis die Auswölbung in die andere Wölbungsrichtung umschnappt und bricht, um so den Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung der Ausschnitte zu bestimmen.

Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende weitere Verfahrensschritte:

g) Aufbringen eines erhöhten Fluiddruckes auf die konkave Seite der konkav-konvexen Auswölbungen eines oder mehrerer der Ausschnitte so lange, bis die Auswölbung bricht, um so den Bruchdruck der Ausschnitte bei Zugspannungsbelastung zu bestimmen;

h) Aufbringen eines Fluiddruckes auf die konkave Seite der konkav-konvexen Auswölbungen jedes der verbleibenden Ab-

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schnitte in einer Druckhühc unterhalb des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung, wodurch die Scheitelhöhen der Auswölbungen vergrößert und dao Verhältnis des Bruchdruckes bei Zugspannungsboleistung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung der Ausschnitte vermindert wird;

i) Anlassen oder Spannungsfreiglühen der Ausschnitte aus Metallblech zum Abbau darin aufgebauter Spannungen und zur weiteren Verminderung des Verhältnisses des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung auf einen Wert von höchstens noch 1,5; und

j) Wiederholen des Schrittes f) zur Bestimmung des Bruchdruckes der angelassenen Ausschnitte bei Druckspannungsbelastung .

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Schritt h) aufgebrachte Fluiddruck zwischen 85% und 95% des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

f) Aufbringen eines erhöhten Fluiddruckes auf die konkave Seite des konkav-konvexen Auswölbungsabschnittes eines ersten gekerbten Ausschnittes so lange, bis die Auswölbung bricht, um so den Bruchdruck dieses Ausschnittes bei Zugspannungsbelastung zu bestimmen;

g) Aufbringen eines Fluiddruckes auf die konkave Seite des konkav-konvexen Auswölbungsabschnittes eines zweiten gekerbten Ausschnittes in einer Höhe von zwischen 85% und 95% des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung, wodurch die Scheitelhöhe des Auswölbungsabschnittes vergrößert und das Verhältnis des Bruchdruckes bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung vermindert wird;

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h) Anlassen oder Spannungsfrei-Glühen des ζveiten gekerbten Ausschnittes zum Abbau darin enthaltener Spannungen und zur weiteren Verminderung des Verhältnisses des Bruchdruckes bei Zugsp&nnungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung auf einen Wert von höchstens 1,5;

i) Aufbringen eines erhöhten Fluiddruckes auf die konvexe Seite des konkav-konvexen Auswölbungsabschnittes des zweiten gekerbten Ausschnittes so lange, bis der Aus— Wölbungsabschnitt umschnappt und bricht, um so den Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung des Ausschnittes zu bestimmen;

j) Wiederholen der Schritte d) bis i) an weiteren Ausschnitten unter Änderung der Zeitspannen, in denen diese Ausschnitte in Berührung mit dem korrosiven Fluid sind, um so die Tiefe der in die Ausschnitte korrodierten Kerben zu ändern, bis ein gewünschter Bruchdruck bei Druckspannung sbelastung im Schritt i) erzielt ist; und schließlich

k) Ausführen der Schritte d), e), g) und h) an jedem der verbleibenden Ausschnitte unter Verwendung der Berührungszeit mit dem korrosiven Fluid und Erzielung der entsprechenden Kerbentiefe, welche zum gewünschten Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung führte, um so eine Gruppe von Sollbruch-Kerbscheiben mit dem gewünschten Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung und dem gewünschten Verhältnis des Bruchdrucks bei Zugspannungsbelastung zum Bruchdruck bei Druckspannungsbelastung von 1,5 oder veniger herzustellen,

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschnitt in Kreisform hergestellt wird und daß die Kerben von einem Zentralteil des Auswölbungsabschnittes des Ausschnittes radial nach außen verlaufen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Kerbenmuster wenigstens drei Hauptkerbenabschnitte enthalten

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sind, die vom Zentralteil des konkav-konvexen Auswölbungsabschnittes radial nach außen zum Umfang des konkav-konvexen Auswölbungsabschnittes verlaufen, und daß die äußeren Enden der Hauptkerbenabschnitte an zwei zusätzlichen, divergierenden Kerben anschließen, die von den Hauptkerbenabschnitten nach außen divergieren.

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