DE3447589C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter oder eine Kammer, die Druck und durch eine Explosion, wie bei­ spielsweise Detonation oder Verpuffung, erzeugte Splitter halten kann.

Derartige Behälter sind allgemein als Detonationskammern bekannt. Sie werden im allgemeinen zum Schutz der Umgebung als Behältnis kritischer Herstellstufen bei der Herstellung von explosiven Substanzen, als Testbunker bei Versuchsdetona­ tionen solcher Substanzen und zum Testen von Splitterwaffen sowie zum Lagern von explosiven Gütern verwendet.

Die bisher zur Verfügung stehenden Konstruktionen von Detonationskammern bestanden immer aus massiven Beton­ bunkern, die in die Erde eingelassen waren. Es sind auch gewisse, primär sphärische, dickwandige Stahlkonstruktionen bekannt. Der Nachteil von leichteren Detonationskammerkon­ struktionen besteht bis zu einem gewissen Grad in den Schwierigkeiten bei der Erstellung zuverlässiger Modelle für die Festigkeitsberechnung. Während der letzten Jahre hat jedoch die Computertechnologie die Zusammenstellung von Berechnungsprogrammen ermöglicht, die die Berechnung der Festigkeit von mehrwandigen kugelförmigen und zylindri­ schen Körpern mit hoher Genauigkeit zulassen. Diese Be­ rechnungsprogramme eröffnen die Möglichkeiten für den Bau von leichten Detonationskammerkonstruktionen mit bekannter Festigkeit.

Einige dieser leichten Detonationskammerkonstruktionen sind in DE-OS 31 37 083, DE-OS 32 34 747 und DE-OS 34 37 534, schrieben. In der DE-OS 31 37 083 ist eine mehrschalige Konstruktion mit einer äußeren und einer inneren Stahlschale und einer Zwischenschale aus Kunststoffmaterial beschrieben, wobei die Zwischenschale verhindert, daß die beiden Stahl­ schalen mit gleicher Phase schwingen. Diese Konstruktion er­ füllt bezüglich Festigkeit alle geforderten und versprochenen Ansprüche, ist jedoch schwierg herzustellen und noch schwie­ riger zu reparieren und daher relativ teuer. Ihr niedriges Gewicht macht sie jedoch für mobile Anwendungen geeignet, beispielsweise zum Entschärfen von zunehmend auftretenden terroristischen Bomben und zum Aufnehmen von kritischen Prozeßstufen bei sonst harmlosen chemischen Herstellanlagen. Auf dem Gebiet der zuletztgenannten Anwendungen wird in der Tat häufig eine Detonationskammer oberhalb der Erdoberfläche angeordnet, was durch die anderen, für die Herstellanlagen gültigen Bedingungen bedingt ist.

Die aus der DE-OS 32 34 747 bekannte Detonationskammer ist eine zylindrische, einschalige Konstruktion mit Stirn­ teilen, die auf spezielle Art verstärkt sind. Die dritte Konstruktion ist eine teilweise doppelschalige, vorzugsweise zylindrische Detonationskammer, deren komplette innere Schale an ihren Stirnseiten zwischen kräftige Halterungen geklemmt ist, die an der Innenseite der Stirnseiten der zylindrischen Außenschalung befestigt sind. Diese Konstruktion ist relativ leicht herzustellen und auch relativ leicht zu reparieren. Der innere zylindrische Mantel der Kammer ist in der Tat der Teil, der in erster Instanz zerstört wird und ersetzt werden kann, nachdem die äußere Schalung der Kammer quer geteilt und auseinandergezogen worden ist. Die Reparatur wird dann durch Zusammenschweißen der äußeren Schalung beendet. Obwohl ein solcher Austausch der Innenwandung theoretisch relativ einfach ist, wird es trotzdem, teilweise infolge der erforder­ lichen qualifizierten Schweißarbeit, ein ziemlich teurer und zeitaufwendiger Vorgang sein.

Das Zerstörungsrisiko für Detonationskammern, die für Test­ zwecke vorgesehen sind, hängt in erster Linie vom Abfeuern von Ladungen ab, die eine Zunahme an Splittern ergeben.

Aus US-PS 37 24 881 ist ein Hochdruckbehälter bekannt mit einer einteiligen Innenschale und einem diese umgebenden segmentierten Mantel, bestehend aus Ringlagen von sektor­ förmigen Elementen, die durch in Bohrungen der Elemente verlaufenden axialen Zugstangen zusammengehalten werden. Die DE-OS 14 75 743 beschreibt einen Kunststoffbehälter, auch für hohe Drücke, dessen tragende Wandung aus segment­ förmigen vorgefertigten Teilen zusammengesetzt ist, die durch ringförmige und axialverlaufende Befestigungsstränge zusammengehalten werden. Außen auf dieser Wandung befindet sich eine Deckschicht. Diese beiden vorbekannten Konstruk­ tionen eignen sich nicht als Detonationskammern, da bei ih­ nen die für die Druckdichtigkeit maßgebliche Innenwandung ungeschützt der Splitterwirkung ausgesetzt ist.

Ausgehend von einer Detonationskammer, der aus DE 31 37 083 bekannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Detonationskammer so auszugestalten, daß sie einfacher und aus billigerem Material herstellbar und einfacher zu repa­ rieren ist, ohne daß die Widerstandskraft der Detonations­ kammer beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Detonationskam­ mer.

Bei der erfindungsgemäßen Detonationskammer stellt die seg­ mentierte innere Schalung ein leicht auswechselbares Futter dar, welches der Splitterwirkung der Detonation ausgesetzt ist und die für die Druckfestigkeit verantwortliche Außen­ schale bedeckt und vor der Splitterwirkung schützt. Die als Futter dienende Innenschalung ist aus leicht auswechselba­ ren Segmenten, die nur einige wenige standardisierte Formen aufweisen müssen, zusammengesetzt, so daß jedes durch Splitter zerstörte Segment ausgewechselt werden kann. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Innen­ schalung nur die Funktion eines Futters hat, welches die Innenseite des Kammergehäuses gegen Splittereinwirkung schützen soll. Die Segmente der Innenschalung können daher aus relativ billigem Stahl hergestellt sein, obwohl sie relativ stabil dimensioniert sein müssen, um alle Splitter zu stoppen. Alle Druckbelastungen, die an der Detonationskammer an der Schalung auftreten, werden im Gegensatz hierzu, durch die gewöhnlichen Wände der Kammer absorbiert. Da das Futterstück keinerlei Druckbelastungen aufnehmen soll, besteht keine Notwendigkeit, die Futterstück­ abschnitte in der Kammer anstoßend zu befestigen. Im Gegen­ teil ist es von Vorteil, wenn die Futterstückabschnitte leicht in ihren Halterungen klappern können, da hierdurch das Auf­ treten von gleichphasigen Vibrationen der gewöhnlichen Außen­ wand und des Futterstückes der Kammer verhindert werden können.

Um einen adequaten Schutz gegen Splitter zu erzeugen, müssen die einzelnen Futterstückabschnitte eine halbwegs ge­ eignete Dicke aufweisen. Gleichzeitig impliziert dies, daß ihre Abmessungen in seitlicher Richtung begrenzt sein müssen, damit es nicht unmöglich wird, die verschiedenen Abschnitte ohne Kran oder andere Hebeeinrichtungen zu handhaben.

Bei einer äußerst vorteilhaften Ausführungsform des Futterstückes gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das Futterstück, wenn es die Mantelfläche einer zylindrischen Detonationskammer schützen soll, aus mehreren rechteckigen Teilen oder Kassetten, die in einer Richtung leicht gekrümmt sind, die Kante an Kante nebeneinander angeordnet sind, um einen Mantelring zu bilden, dessen Außendurchmesser im Innendurchmesser der Detonationskammer aufgenommen werden kann. Die Länge des Mantelringes in Längsrichtung der De­ tonationskammer und die Breite der Kassetten und damit indirekt auch ihre Anzahl pro Mantelring sind durch die Dicke des Futterstückes bestimmt, da jede Kassette von Hand zu handhaben sein soll. Um die zahlreichen Kassetten im zugehörigen Mantelring zusammenzuhalten sind entlang der Enden derselben Verbindungsringe oder Stirneisen vorge­ sehen, in denen die Kassetten mittels Stiften oder Bolzen aufgenommen werden können. Die Verbindungsringe selbst kön­ nen aus mehreren, miteinander verbundenen Teilen bestehen und jeder Teil soll als ein Verbindungsglied funktionieren. Das komplette Futterstück der Detonationskammer wird daher aus mehreren, aufeinanderfolgend angeordneten Mantelringen aus Kassetten gebildet, die voneinander durch Verbindungs­ ringe oder Stirneisen getrennt sind. Zum Verbinden der Kassetten und Stirneisen kann es zweckmäßig sein, Kassetten mit vorstehenden Stirnflanschen zu verwenden. Um die Verbin­ dung zwischen den Stirneisen und den nicht durch Splitter zerstörten Kassetten und damit das Auswechseln von zerstörten Kassetten schwieriger zu machen, sollte die Verbindung zwi­ schen den Stirneisen und den Kassetten durch Schutzabschnitte wie beispielsweise ein leicht entfernbares, anliegendes U-Stück, das an der Innenseite des Stirneisens befestigt ist, geschützt sein.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt :

Fig. 1 eine Detonationskammer im Längsschnitt;

Fig. 2 die Detonationskammer gemäß Fig. 1 im Schnitt II-II;

Fig. 3 einen Teil der in Abschnitte unterteilten inneren Schalung der Detonationskammer in perspektivischer Darstellung;

Fig. 4 eine Kassette der inneren Schalung in vergrößerter perspektivischer Darstellung; und

Fig. 5 die Verbindung zwischen zwei benachbarten Mantel­ ringen aus Kassetten mit der dazwischenliegenden ringförmigen Halterung in einem Schnitt in ver­ größertem Maßstab.

In den verschiedenen Figuren wurden entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, obwohl sie in unterschiedlichen Maßstäben dargestellt sind.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Detonations­ kammer 1 besteht aus einem äußeren zylindrischen Mantel 2 innerhalb dessen Enden vier starke Pfosten 3-6 sind. Der Pfosten 4 ist in diesen Figuren nicht dargestellt. Die innere Kammer 9 der Detonationskammer, die an den Enden mittels Stirnwänden 7 und 8 geschlossen ist, ist innerhalb und zwischen diesen Pfosten 3-6 eingeklemmt. Zusätzlich zu den an dem Pfosten anliegenden Stirnwänden 7 und 8 besteht die innere Kammer aus einer Mantelwand 10, in der mehrere Beobachtungsöffnungen 11 angeordnet sind.

In den Stirnwänden sind jeweils Türen 12 und 13 vor­ gesehen. Diese Türen öffnen sich nach innen in die Kammer 9 hinein. Sie werden durch die Pfosten 3-6 und die Querbal­ ken 14-17 gehalten. Zwischen den Stirnwänden 7 und 8 und der Mantelwandung 10 sind mehrere dreieckige Verstärkungs­ platten 19 eingeschweißt. Zusätzlich ist die Detonations­ kammer mit einer gitterförmigen Grundplatte 18 versehen.

Die unterteilte Innenwandung gemäß der vorliegenden Erfindung ist entlang der Innenseite des mittleren Ab­ schnittes der Schalungswand 10 der inneren Detonations­ kammer angeordnet. Die besagte unterteilte, innere Wandung enthält rechteckige Platten oder Kassetten 20, die in einer Richtung leicht gebogen sind, welche nebeneinander ange­ ordnet sind, um Mantelringe zu bilden, die die Innenseite der Mantelwandung 10 entlang dem Teil, an dem sie ange­ ordnet sind, vollständig bedecken.

Wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, hat jede Kassette einen rechteckigen Grundteil 21, der entlang einer Achse leicht gebogen ist, und zwei Enden 22 und 23. Die Enden folgen der Krümmung des Grundteils. Der einfachste Weg der Herstellung dieser Enden ist es, sie vorzuformen und dann an Ort und Stelle festzuschweißen. Jedes Ende hat zwei oder mehr Durchgangsbohrungen 25-28. Die Enden sind mit dem jeweiligen Grundteil über die Länge ihrer eigenen Ver­ bindungsstelle 24 verschweißt. Die Enden 22, 23 der Kassette sind an Befestigungsringen 29 aufgenommen, die zwischen den einzelnen Mantelringen aus Kassetten angeordnet sind. Die Befestigungsringe 29 können, wie dies aus der Fig. 3 zu er­ sehen ist, aus mehreren Teilen 31-34 bestehen, die mittels Bolzen 30 miteinander verbunden sind. In den Befestigungs­ ringen 29 sind mehrere Öffnungen 35, deren Abstand zueinander dem Abstand zwischen den Bohrungen in den Enden der Kassetten entspricht.

Die Kassetten 20 werden mit den Halteringen 29 mittels glatter Stifte 36 (siehe Fig. 5) verbunden, die durch die jeweiligen Bohrungen gesteckt werden. Zusätzlich wird die Verbindung zwischen benachbarten Kassetten und dazwischen­ liegenden Befestigungsringen durch eine U-förmige Schutz­ schiene 37 abgedeckt, die an der Innenseite des Befesti­ gungsringes aufgenommen ist und die mit ihren Flanschen 38, 39 bis über die zugehörigen Öffnungen reicht, um zu ver­ hindern, daß die Stifte herausfallen. Die Schutzschiene 37 ist an ihrem jeweiligen Befestigungsring 29 mittels einge­ schraubter Bolzen 40 befestigt.

Beim Verbinden der Teile wird keine absolute Passung erwartet. Im Gegenteil ist es von Vorteil, wenn die Teile zueinander Spiel haben, um in Phase befindliche Vibrationen zu verhindern. Die Bohrungen für die Stifte und Bolzen können daher leicht unrund sein.

Bezüglich der Ausarbeitung der Schutzschienen 37 be­ wirken diese auch durch ihr übergreifen der Enden 22, 23 der Kassetten 20, daß ein Weggleiten dieser Enden und der Halte­ ringe 29 verhindert wird.

Claims (8)

1. Detonationskammer zum Halten von bei einer Explosion, wie beispielsweise Detonation oder Verpuffung, erzeugtem Druck und Splittern, dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht aus einem äußeren einschaligen oder mehr­ schaligen Gehäuse (2, 9) zum Aufnehmen des auftreffenden Druckes und einer unterteilten inneren Schalung, die in dem Gehäuse angeordnet ist und aus leicht auswechselbaren Teilen (20, 29) aufgebaut ist, um die bei der Explosion entstehenden Splitter aufzunehmen.

2. Detonationskammer nach Anspruch 1 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (2, 9) be­ steht aus einem zylindrischen Mantel (10), der an den Enden durch Querbalken (7, 8) abgeschirmt ist, und daß die unterteilte innere Schalung, die wenigstens den mittleren Teil der Innenseite des Mantels (10) bedeckt, rundherum aus rechteckigen Platten oder Kassetten (20) besteht, die in einer Richtung leicht gebogen sind und nebeneinander zu Mantelringen angeordnet sind, die an der Innenseite des Mantels (10) anliegen.

3. Detonationskammer nach Anspruch 2 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die innere Schalung bildenden Platten oder Kassetten (20) zu Mantelringen mittels Halteringe (29) zusammengehalten werden, die zwischen jedem Mantelring angeordnet sind und der Innenseite der Manteloberfläche der äußeren Schalung (10) folgen und in denen jede der Platten oder Kassetten (20) aufgenommen ist.

4. Detonationskammer nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß jeder an den Enden der Platten oder Kassetten angeordnete Haltering (29) aus mehreren, miteinander verbundenen Teilen (31-35) zusammengesetzt ist.

5. Detonationskammer nach Anspruch 4 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Platte oder Kassette (20) mit entlang der gebogenen Kanten vorstehenden Enden (22, 23) versehen ist, die Montageelemente (36) zur Befestigung der Halteringe (29) aufweisen.

6. Detonationskammer nach Anspruch 5 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Halteringen (29) Schutzelemente (37) befestigt sind, um die Verbindung zwi­ schen diesen und den benachbarten Platten oder Kassetten (20) zu schützen.

7. Detonationskammer nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Halteringe (29) und die Platten oder Kassetten (20) mittels Sperrstiften (36) miteinander verbunden sind, die durch einander benachbarte Öffnungen in den Enden dieser Teile eingesetzt sind, wobei diese Sperrstifte (36) durch die Schutzelemente (37) der Halte­ ringe (29) in Form gebogener U-förmiger Teile, die nach unten über die Öffnungen für die Sperrstifte ragen, an ihrem Platz gehalten werden.

8. Detonationskammer nach jedem der vorstehenden An­ sprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen allen Teilen der inneren Schalung ein kleines Spiel zwischen den Teilen aufweist.