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Verstärkung von Ausschnitten für Abzweigungen u. dgl. in Wandungen
von Hohlkörpern Die Erfindung betrifft eine Verstärkung von Ausschnitten für Abzweigungen
u. dgl. in Wandungen von Hohlkörpern (mit kreisförmigem, elliptischem oder sonst
krummlinig umgrenztem Querschnitt) durch einen den schwächenden Ausschnitt einschließenden
und an der Wandung des Hohlkörpers dicht anliegenden Verstärkungsrahmen.
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Die bekannten, den schwächenden Ausschnitt der Hohlkörperwand einschließenden
und an dieser Wand dicht anliegenden Verstärkungsrahmen, die gewöhnlich bei runden
Ausschnitten angewendet werden, haben auf ihrem Umfange einen gleichbleibenden Querschnitt,
nämlich überall gleiche Breite und gleiche Dicke, und sie umschließen den Ausschnitt
genau, d. h. ihre Innenkante und Außenkante verlaufen parallel zur Ausschnittkante.
Die durch den Ausschnitt hervorgerufene Schwächung der Hohlkörperwand führt jedoch
zu sehr verwickelten Zusatzspannungen im Werkstoff, die sich nicht gleichmäßig über
die Ausschnittkante verteilen. Infolgedessen ist es notwendig, die gewöhnlichen
Verstärkungsrahmen sehr stark zu machen, um die Schwächung wieder auszugleichen.
Geschieht das nicht, so ist die Verbindung unsicher, und in jedem Falle findet bei
den gewöhnlichen Verstärkungsrahmen der Verlauf der Zusatzspannungen keine Berücksichtigung.
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Um die Zusatzspannungen in günstigerer Weise aufnehmen zu können,
ist vorgeschlagen worden, zwischen dem Haupthohlkörper und der Abzweigung einen
hochkant gestellten Kragen zur Verstärkung des durch die Abzweigung geschwächten
Teiles des Hohlkörpers anzuordnen. Dieser Vorschlag geht offenbar von der Überlegung
aus, an jeder Stelle der Verbindungsnaht einen Verstärkungsquerschnitt vorzusehen,
dessen größtes Widerstandsmoment jeweils etwa in der Richtung der Mittelkraft der
verschiedenen Zusatzspannungen liegt. Der Gedanke läßt sich jedoch in der Praxis
kaum vollständig verwirklichen; man muß sich mit einer mäßigen Annäherung an denselben
begnügen, und auch dann bildet der hochkant stehende Kragen, dessen Verlauf von
der Durchdringungslinie zwischen Hauptkörper und Abzweig bestimmt wird, ein schwer
herstellbares und kostspieliges Verstärkungsmittel. Hierzu kommt, daß der Kragen
genau auf der Verbindungsschweißnaht in der Durchdringungslinie
steht;
weshalb auch gefordert wird, daß die Kehle zu verstärken ist, d. h. man muß über
der Verbindungsnaht auf beiden Seiten des Kragens je eine besonders starke Kehlnaht
anbringen, um den Kragen genug zuverlässig mit dem Haupthohlkörper ll dem oder den
Abzweigen zu verbinden. 14 Ein anderer bekannter Vorschlag geht dahin, etwa in der
Mitte der seitlichen Teile der Durchdringungslinie zwischen dem Hauptkörper und
dem -Abzweig, wo die größte Beanspruchung aufzutreten pflegt, Versteifungskörper
an den Rohrwandungen anzubringen, von denen Verstärkungsrippen ausgehen. Damit kann
eine gute Wirkung erzielt werden, jedoch ist auch diese Art der Verstärkung verwickelt,
schwer herzustellen und kostspielig. Dort, wo der Ausschnitt seine größte Breite
hat, befindet sich beispielsweise ein Hohlzylinder mit T-förmiger Wandung als Versteifungskörper,
und von ihm gehen fünf Verstärkungsrippen strahlenförmig aus, um den Hauptkörper;
die Durchdringungsline und den Abzweig zu umfassen.
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Demgegenüber ist gemäß der Erfindung der Verstärkungsrahmen nach Art
eines Bogenzweiecks mit nach den Spitzen hin allmählich dünner werdenden Wangen
ausgebildet, und er liegt mit seiner kurzen, der Ausschnittweite gleichen oder annähernd
gleichen Achse in der Richtung der Mittelachse des Haupthohlkörpers sowie mit seiner
langen Achse quer zu dieser Höhlkörperachse.
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Der neue Verstärkungsrahmen besitzt seinen größten Querschnitt dort,
wo die Längsmäntellinie des Haupthohlkörpers am meisten geschwächt ist, und er erstreckt
sich an der Stelle des Ausschnittes, an der die Quer- oder Rundmantellinie am meisten
geschwächt ist, mit seinen sich allmählich verjüngenden Wangen am weitesten über
den Ausschnitt hinaus. Es wird mindestens eine gleich gute Wirkung wie mit den bekannten
Sondervorschlägen erzielt, denn alle Spannungen einschließlich der Biegungsspannungen
werden sehr günstig aufgenommen. Dabei zeichnet sich jedoch der neue Verstärkungsrahmen
durch eine überlegene Einfachheit in seiner Gestalt und in seiner Herstellung aus.
Mit der größeren Einfachheit verbindet sich aber auch die Erleichterung einer genauen
Werkstattausführung, und je vollwertiger die Ausführung gelingt, um so größer ist
die Betriebssicherheit.
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Bei einem im Verhältnis zum Haupthohlkörper sehr großen Ausschnitt
umschließt der Verstärkungsrahmen gemäß der Erfindung den Hohlkörper so weit, daß
die beiden Rahmenspitzen sich diametral gegenüber der Ausschnittmitte nahezu öder
ganz berühren. An sich ist es bekannt, durch Verstärkungsrippen den Hohlkörper im
Bereich eines Ausschnittes ganz oder im wesentlichen ganz zu umfassen, jedoch nicht
in solcher Weise, daß ein :.infächer Verstärkungsrahmen entsteht, der em Bogenzweieck
ähnlich ist. Bisher hat ii lit vielmehr verwickeltere Formen ange-`' '`det, bei
denen die Durchdringungslinie lit Rippen besetzt und in Ergänzung dazu der Hohlkörper
mit weiteren Rippen umfaßt ist.
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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt. Es bedeuten Fig. i bis q. einen Grundriß, zwei Schnitte, 2-2 und 3-3,
und eine Ansicht eines verstärkten eingeschweißten Abzweiges, Fig.5 bis 7 einen
Grundriß und zwei Schnitte, 6-6 und 7-7, eines aufgeschweißten Abzweiges, Fig.8
einen Schnitt durch einen schräg angesetzten Abzweig, Fig.9 und 1o eine Ansicht
und einen Schnitt, ro-ro, eines tangential angesetzten Stutzens o. dgl., Fig. 1i
und 12 eine Seitenansicht und Unteransicht eines sehr weiten Stutzens, Fig.
13 eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 2, Fig. 1q. und 15 eine
Seiten- und Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform. Gemäß Fig. i bis "q. hat
der Haupthohlkörper i, z. B. ein Behältermantel oder eine Rohrleitung; einen beispielsweise
kreisrunden Ausschnitt 2; in den ein Bord 3 oder ein Stutzen o. dgl. bei 4, 5 eingeschweißt
ist. Um diesen Abzweig ist ein Verstärkungsrahmen 6-7-8-9 gelegt, der einem Bogenzweieck
ähnelt, mit seiner kurzen Achse in der Längsmantellinie, Richtung der Mittelachse
des Hauptkörpers, liegt und hier den Abzweig g eng umschließt sowie seine größte
Dicke besitzt, siehe auch den durch die Längsmantel-Linie gelegten Schnitt nach
Fig. 3. Die lange Achse des Verstärkungsrahmens liegt quer dazu, und die Spitzen
1o, 1i liegen in der Richtung der Rundmantellinie in beträchtlicher Entfernung von
denn Abzweig 3 (vgl. F ig. 2), aus der ersichtlich ist, daß die Wangen des Verstärkungsrahmens
zu den Spitzen hin allmählich dünner werden. Der Rahmen 6-7-8-9 wird mit dem Hohlkörper
i durch eine Außennaht 12 und eine Innennaht 13 sowie in den Zwickeln auch
mit dem Abzweig 3 verschweißt: Während der Verstärkungsrahmen bei dem beschriebenen
Beispiel aus vollmassigem Flachstahl hergestellt ist, zeigen Fig. 5 bis 8 Beispiele,
bei denen die Wangen des Verstärkungsrahinens "aus mehreren dicht nebeneinander
hochkant stehenden und einzeln mit der Haupthohlkörperwandurig r9 fest verschweißten
Nachbarstreifen
16, 17, 18 und 20, 21, 22 zusammengesetzt sind. Der Abzweig 14 ist am Ausschnitt
13 auf die Wandung i9 aufgeschweißt und gemäß dem gezeichneten Beispiel zunächst
von einem Ring 15 umgeben, an den der Verstärkungsrahmen sich an-.', schließt. Die
Schweißnähte werden bis zu: den Spitzen 23 und 24 sorgfältig ausgeführt. Fig.8 zeigt
dieselbe Verstärkung für einen schrägen Stutzen 26 am Ausschnitt 25 mit einem den
Stutzen umgebenden Ring 33 und einem gleichfalls aus drei Nachbarstreifen 27, 28,
29 -zusammengesetzten Verstärkungsrahmen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.9 und io entspricht an und für sich
dem Beispiel nach Fig. i bis 4, übereinstimmende Bezugszeichen. Der Unterschied
liegt darin, daß der -i-#l)zweig 3 nicht radial, sondern tangential an den Hauptkörper
i angesetzt ist.
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Gemäß Fig. i i und 12 hat der Abzweig 37 des Haupthohlkörpers 35 dieselbe
Weite wie letzterer. Die Durchdringungslinie 36 liegt ringsum frei, denn die Wangen
38 und 39 des Verstärkungsrahmens sind in der durch die Ausschnittmitte gehenden
Längsmantellinie (Fig. i i oben) um einen geringen Betrag vom Stutzen 37 abgerückt.
Diametral gegenüber der Ausschnittmitte berühren die Wangen 38, 39 sich und sind
bei 40 verschweißt (Fig. 12).
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Bei jeder der bisher beschriebenen Ausführungsformen kann man gemäß
Fig. 13, die an sich der Fig.2 entspricht, in das ganze Feld, das innen durch den
Abzweig 3 und außen durch den Verstärkungsrahmen begrenzt ist, zur Vergrößerung
der Steifigkeit eine Füllplatte 3o einlegen und, wie angedeutet, an ihren Rändern
festschweißen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 und 15 ist vorzugsweise ebenfalls
für Fälle bestimmt, in denen der Abzweig 41 dieselbe Weite wie der Haupthohlkörper
31 besitzt. Die Wangen des Verstärkungsrahmens bestehen wie in Fig.5 bis 8 aus Hochkantstreifen
42, 43, 44, 45 und 46, die jedoch nur in und nahe der kurzen Rahmenachse unmittelbar
benachbart sind, während sie sich nach den Rahmenspitzen hin mehr und mehr voneinander
entfernen. Dabei treffen sich z. B. die beiden Streifen 45 in der Spitze 47, während
die beiden Streifen 46 bei 48 sich kreuzen. Zur Abstützung gegeneinander können
die übrigen Streifen durch Querstege 49, 50 verbunden sein. Alle Streifen
sind fest mit der Hohllörperwand verschweißt.