DE4403770A1

DE4403770A1 - Verfahren zur Erfassung der elastisch-plastischen Dehnung bei der Druckprobe von Behältern

Info

Publication number: DE4403770A1
Application number: DE4403770A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl Ing Rasche; Gerd Dipl Ing Junker
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Mcs Cylinder Systems 46535 Dinslaken De GmbH
Priority date: 1994-02-02
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: DE4403770C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der elastisch-plastischen Dehnung bei der Druckprobe von Behältern, insbesondere mit Faserverbundwerkstoffen verstärkten Metallflaschen, gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Behälter zur Speicherung von Gasen müssen vor Auslieferung und in Abhängigkeit von der Art des zu speichernden Gases nach Ablauf spezifischer Fristen wiederkehrend einer Druckprobe unterzogen werden. Der dafür vorgeschriebene Prüfdruck beträgt in der Regel das 1,5-fache des Betriebsdruckes. Nach Ablauf der zuvor erwähnten Fristen ist eine Wiederholungsprüfung vorgeschrieben, um nachzuprüfen, ob der Behälter weiterhin dem Prüfdruck ohne unzulässige plastische Dehnung standhält sowie um die elastische Dehnung zu messen. In einer der Vorschriften ist festgelegt, daß in diesem Fall die bleibende Dehnung 5% des Druckvolumens nicht überschreiten darf. Anderenfalls darf der Behälter nicht weiter verwendet werden.

Eines der üblichen Meßverfahren zur Erfassung der elastisch-plastischen Dehnung arbeitet nach dem Verdrängungsprinzip. Der mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gefüllte Behälter wird in eine mit Flüssigkeit gefüllte Wanne gelegt und unter Prüfdruck gesetzt. Die sich bei Erreichen des Prüfdruckes ergebende Dehnung bedeutet eine Volumenvergrößerung des Behälters, die als über laufende Menge der Flüssigkeit meßtechnisch erfaßt wird. Dieses Verfahren ist nicht sehr vorteilhaft, da es nur mit großem Aufwand automatisierbar ist und die Behälter zusätzlich auch von außen getrocknet werden müssen. Außerdem kann die Überlaufmenge nicht unmittelbar mit der Druckmeßanzeige verknüpft werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur genauen Erfassung der elastisch-plastischen Dehnung bei der Druckprobe von Behältern, insbesondere mit Faserverbundwerkstoffen verstärkte Metallflaschen anzugeben, das in einfacher Weise eine Automatisierung zuläßt und bei dem eine Außentrocknung der Behälter nicht erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik wird nicht die Überlaufmenge meßtechnisch erfaßt, sondern die für das Erreichen des Prüfdruckes notwendige weitere Flüssigkeitszufuhr in Form einer Wegänderung. Dazu wird ein Druckübersetzer, bestehend aus Zylinder und Kolben, der eine Spindel mit einer hohen Gangübersetzung aufweist, an einem offenen Ende des Behälters angeschlossen. Die Wegänderung des Spindelantriebes wird abgegriffen und mit der parallellaufenden Druckanzeige in einer Auswerteeinheit zusammengeführt. Beide Meßdaten können grafisch beispielsweise mittels eines XY-Schreibers aufgetragen werden.

Um nicht von einer Meßmethode abhängig zu sein, wird als Nachkontrolle vorgeschlagen, die bei der Entspannung des Druckbehälters auf Normaldruck sich ergebende Flüssigkeitsabgabe in einer Meßküvette zu erfassen. Im Idealfall ist die Flüssigkeitsmenge zur Erreichung des Prüfdruckes gleich der abgegebenen Flüssigkeitsmenge nach der Entspannung.

Die temperaturabhängige Kompressibilität und Volumenänderung des Druckmediums wird für diesen Vergleich rechnerisch berücksichtigt. Um größere Abweichungen zu vermeiden, werden Füll- und Druckvolumen einem temperaturgeregelten Reservoir entnommen, so daß die vorherrschende Raumtemperatur, Behältertemperatur und die Temperatur des Füll- bzw. Druckmediums sehr gut übereinstimmen.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die bisherige Überlaufmethode entfällt und damit auch die zusätzliche Außentrocknung des Behälters nicht erforderlich ist. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Meßverfahren ideal für eine automatische Erfassung geeignet, wobei dies gleichzeitig auch im Zuge der verschärften Anforderungen hinsichtlich der Qualitätssicherung als vorzeigbare und nachprüfbare Dokumentation benutzt werden kann. Durch die weiterhin vorgeschlagene Nachkontrolle kann ohne zusätzlichen Aufwand die angewandte Meßmethode überprüft werden.

In der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung des Zusammenhanges zwischen Druck- und Flüssigkeitsmenge.

In Fig. 1 ist in einem Prinzipbild die erfindungsgemäße Meßeinrichtung dargestellt. Am Behälter 1 ist am unteren offenen Ende 2 ein Druckübersetzer 3 angeschlossen, der eine Spindel 4 mit hoher Gangübersetzung aufweist. Die weiteren Einzelheiten des Spindelantriebes sind weggelassen worden.

An einer Parallelleitung 5 ist das Druckmeßgerät 6 angeschlossen. Spindelantrieb und Druckmeßgerät 6 sind über Leitungen 7, 8 mit einer Auswerteeinheit, beispielsweise einem XY-Schreiber 9 verbunden. Am oberen offenen Ende 10 des Behälters 1 ist eine Meßküvette 11 angeschlossen.

Das Prüfverfahren läuft in folgenden Schritten ab. Der Behälter 1, vorzugsweise eine mit Faserverbundwerkstoffen verstärkte Metallflasche wird mittels eines hier nicht dargestellten Säulenschwenkkranes von der waagerechten in die senkrechte Lage geschwenkt und in die Aufnahme einer Waage (nicht dargestellt) abgesenkt. Nach Lösen der Spannzange (nicht dargestellt) wird das Leergewicht des Behälters 1 ermittelt und dokumentiert. Anschließend wird der Behälter 1 in die Ausgangslage zurückgeschwenkt, um die Füll 3- und Druckarmatur 6, sowie die Meßküvette 11 manuell anzuschließen.

Der weitere Vorgang läuft wie folgt automatisch ab.

- Schwenken und Absenken in die Aufnahme der Waage
- Spülen mit 30 Grad Celsius warmem Wasser bis der Behälter 1 die Wassertemperatur erreicht hat
- Schließen der oberen Behälteröffnung 10
- Ermittlung des gefüllten Behältergewichtes (drucklos)
- Zugabe von weiterer Flüssigkeit aus dem Druckübersetzer 3 bis zum vorgegebenen Prüfdruck P₁ bei gleichzeitiger Dokumentation 9 des Druckanstieges und der Volumenzunahme
- Ablauf der eingestellten Haltezeit bei Prüfdruck P₁
- Öffnen der oberen Behälteröffnung 10
- Rückführung der druckspezifischen Flüssigkeit in eine Meßküvette 11
- Entleerung des Behälters 1 mit Druckluft (Rückführung der Flüssigkeit in einen Sammelbehälter)
- Trocknung mit Druckluft bis die geforderte Restfeuchtigkeit im Behälter 1 erreicht ist
- Spülen mit Stickstoff
- Schwenken in die Ausgangslage, um die Armaturen 6, 11 manuell zu entfernen.

Nach der Druckprüfung werden die Behälteröffnungen 2, 10 manuell mit Plastikstopfen verschlossen.

In Fig. 2 ist grafisch der Zusammenhang zwischen Druck- und Flüssigkeitsmenge dargestellt. Beispielsweise ist auf der Abszisse 23 die Flüssigkeitsmenge in Milliliter und auf der Ordinate 24 der Druck in bar abgetragen. Bei der Erstprüfung verläuft im Regelfall der Anstieg 20 linear bis zum Niveau 21 des vorgeschriebenen Prüfdruckes Pl. Nach der Entlastung kehrt der Meßwert wieder in die Ausgangslage zurück. Der mögliche Verlauf bei einer Wiederholungsprüfung ist ebenfalls dargestellt. Der anfängliche Anstieg ist gleich dem bei der Erstprüfung, dann erfolgt aber ein Abknicken 22 bis zum Erreichen des vorgeschriebenen Prüfdruckes Pl. Nach der Entlastung ergibt sich eine bleibende Dehnung Epsilon, die beispielsweise kleiner 5% ist und so Rückschlüsse auf die Alterung des Druckbehälters 1 zuläßt.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der elastisch-plastischen Dehnung bei der Druckprobe von Behältern, insbesondere mit Faserverbundwerkstoffen verstärkten Metallflaschen, bei dem der Behälter mit einer Flüssigkeit gefüllt und durch weitere Flüssigkeitszufuhr unter einen vorgeschriebenen Prüfdruck gesetzt wird und nach Erreichen des Prüfdruckes die sich ergebende Dehnung des Behälters ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhr bis zum Erreichen des Prüfdruckes als Wegänderung erfaßt und grafisch über den Druck aufgezeichnet und anschließend der Behälter auf Normaldruck entspannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nachkontrolle die während der Entspannung sich ergebende Flüssigkeitsabgabe gemessen wird, wobei die temperaturabhängige Kompressibilität und Volumenänderung des Füll- bzw. Druckmediums rechnerisch berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füll- und Druckmedium einem temperaturgeregelten Reservoir entnommen wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Füllaggregat, einer Druckerhöhungseinrichtung und einem Druckmeßgerät, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckerhöhungsaggregat ein Druckübersetzer (3) verwendet wird, dessen Kolben mit einer eine hohe Gangübersetzung aufweisenden Spindel (4) versehen ist und an einem offenen Ende (2) des Behälters (1) angeschlossen ist, wobei der Spindelantrieb und das Druckmeßgerät (6) über eine Leitung (7, 8) mit einer Auswerteeinheit (9) verbunden sind.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten offenen Ende (10) des Behälters (1) eine Meßküvette (11) angeschlossen ist.