DE69000390T2

DE69000390T2 - Druckfluidumbehaelter.

Info

Publication number: DE69000390T2
Application number: DE9090420149T
Authority: DE
Inventors: Gerard Scremin
Original assignee: Application des Gaz SA
Current assignee: Application des Gaz SA
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2010-03-27
Also published as: DE69000390D1; GR900100216A; EP0390711B1; IT9019410A0; EP0390711A1; IT1239222B; GR1001115B; FR2645245B1; FR2645245A1; IT9019410A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter für ein unter Druck stehendes Fluid, vom Typ Wegwerf- oder Einwegverpackung, der im allgemeinen durch Zuschneiden und Pressen von relativ dünnem Stahlblech erzeugt wird, das gegen Korrosion und Oxidation zum Beispiel durch eine Auflage von Zinn oder anderem geschützt ist.
Unter "unter Druck stehendem Fluid" versteht man jeden Stoff oder jedes Gemisch von Stoffen in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand und unter Druck stehend. Aus dem Bereich dieser Fluide kann man beispielsweise ein Flüssiggas in reinem Zustand oder als Gemisch erwähnen, so wie handelsübliches Butan, das unter einem Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes und bei der Dampfspannung des Flüssiggases zwei Phasen aufweist, eine flüssige und eine gasförmige.
Diese Behälter weisen allgemein gesehen, wie es beispielsweise aus der DE-A-2 049 425 bekannt ist, als Hauptmerkmal einen metallischen Körper mit einer zylindrischen Wand auf, der an seinem unteren Ende eine kreisförmige Öffnung hat, sowie einen konkaven oder bauchigen metallischen Boden, der in einem längs des Durchmessers durch die Achse des Körpers gehenden Querschnitt die Form eines Gewölbes aufweist und die vorerwähnte kreisförmige Öffnung verschließt. Der Boden ist über eine ringförmige Verbindungsnaht dicht schließend mit dem Körper verbunden, z.B. durch eine äußere Wulst, die einerseits den die kreisförmige Öffnung begrenzenden Rand des Körpers und andererseits die die gerade Randung desselben Körpers übergreifende Seitenwand des konkaven Bodens miteinander verbindet.
Ausgehend von dieser allgemeinen Definition kann man folglich unterscheiden:
- die einstechbaren Kartuschen, bei denen der der ringförmigen Öffnung gegenüberliegende Teil des zylindrischen Körpers vollständig geschlossen ist und in stetiger Verbindung mit der zylindrischen Wand die Form einer konvexen Kappe hat; und wobei die obere konvexe Kappe in ihrer Mitte eine für das Durchstechen bestimmte Zone trägt, zum Beispiel in der Form eines hohlen kugelförmigen Bechers, um in fester und dicht schließender Weise mit einer Perforationsvorrichtung zusammenzuwirken, die zu einer Gebrauchsvorrichtung, zum Beispiel einem Kocher für die Küche, gehört.
- Kartuschen mit Ventil, bei denen der der runden Öffnung gegenüberliegende Teil der Körpers in der Form einer konvexen Kappe in stetiger Verbindung mit der zylindrischen Wand geschlossen ist; aber die konvexe obere Kappe trägt in ihrer Mitte eine mit einer außenliegenden Wulst umgebene kreisförmige axiale Öffnung, die geschlossen ist oder dazu bestimmt ist, in dicht schließender Weise von einem Entnahmeventil für unter Druck stehendes Fluid, insbesondere vom Aerosoltyp, verschlossen zu werden; dieses Ventil trägt in der Regel eine Kupelle mit nach außen umgebogenem Rand, der auf die die axiale Öffnung umgebende äußere Wulst aufgequetscht ist.
Alle diese Gefäße oder Behältnisse sind dem Fachmann wohl bekannt, zum Beispiel in Form von Aerosolkartuschen. Sie können entsprechend den verwendeten Maschinen oder Vorrichtungen auf verschiedene Weisen gefüllt werden, zum Beispiel:
- durch die kreisförmige Öffnung des "mit dem Kopf nach unten" angeordneten zylindrischen Körpers, mit darauffolgender Quetschverbindung des konkaven Bodens,
- bei den Kartuschen mit Ventil durch die axiale Öffnung des Körpers, mit darauffolgender Quetschverbindung des Ventiles.
Wohl gemerkt, die Erfindung betrifft gleichfalls die vorstehend definierten Gasbehälter, die vollständig geschlossen und mit unter Druck stehendem Fluid gefüllt sind.
Als nicht begrenzendes aber für den Stand der Technik repräsentatives Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 1 in vereinfachter Weise und im axialen Schnitt eine Kartusche mit Ventil, die unter Druck stehendes handelsübliches Butan enthält.
Es wurde bereits angedeutet, daß die Kartusche neben der Ladung 1 an flüssigem Butan, die eine Grenzfläche 2 zwischen der Ladung und der gasförmigen Decke 3 bestimmt, umfaßt:
- einen metallischen Körper (4) mit zylindrischer Wand (4a), der an seinem unteren Ende eine kreisförmige Öffnung (4b) und an seinem gegenüberliegenden oberen Ende in Verbindung mit der Wand (4a) eine konvexe Verschlußkappe (4c) aufweist; die letztere trägt eine axiale Öffnung (4d) mit einer ringförmigen und außenliegenden Wulst (4e);
- ein Entnahmeventil (5) mit auf die Wulst (4e) aufgequetschter Kupelle (6), welche die Öffnung (4d) verschließt; dieses Ventil vom beispielsweise "weiblichen" Typ trägt eine Rückschlagklappe (50), welche an und für sich das Ventil bildet;
- einen metallischen konkaven Boden (7), welcher die kreisförmige Öffnung (4b) des Körpers (4) verschließt;
- einen Falz (8), welcher die Wand des Körpers (4) und die des Bodens (7) zusammenfügt, indem er diese beiden Komponenten auf dicht schließende Weise in der Form einer ringförmigen gemeinsamen und außenliegenden Wulst verbindet und aneinander befestigt.
Bezugnehmend auf Fig. 2, die in vereinfachter Weise und in starker Vergrößerung auseinandergezogen sowie in einem Schnitt längs des Durchmessers zugleich den Falz und die angrenzenden Teile des Körpers (4) und des Bodens (7) zeigt, ist die Struktur der Falz wie folgt:
- der Boden (7) hat allgemein gesehen die Form einer Wölbung;
- der die kreisförmige Öffnung (4b) begrenzende Rand des Körpers (4) ist nach der Art eines nach außen gedrehten Verankerungshakens (4f) gestaltet und umfaßt zwei Schenkel, und zwar eine gerade Randung (4g) bzw. einen außenliegenden nach außen umgebogenen Rand (4h), jeweils parallel zu der zylindrischen Wand (4a) des Körpers; diese beiden Schenkel sind durch einen gekrümmten Abschnitt (4i) voneinander getrennt;
- der konkave Boden (7) weist bezogen auf den Behälter von innen nach außen nacheinander einen zu der Achse (9) des Körpers symmetrischen inneren kreisförmigen Bogen (7a), eine die gerade Randung (4g) des Körpers (4) überlappende innere Seitenwand (7b) und einen den Verankerungshaken (4f) des kreisförmigen Randes des Körpers (4) umkantenden und einbindenden äußeren Haken (7c) auf; dieser Haken (7c) ist mit der Seitenwand durch einen zu dem gekrümmten Abschnitt (4i) homologen gekrümmten Abschnitt (7d) verbunden; dieser die Form einer Haarnadel aufweisende Haken (7c) umfaßt zwei gerade Schenkel, die parallel zu dem außenliegenden, nach außen umgebogenen Rand (4h) sind, der eine (7e) außerhalb des Hakens (4f) und der andere (7f) innerhalb des letzteren; die beiden Schenkel (7e) und (7f) sind durch einen gekrümmten Abschnitt (7g) miteinander verbunden.
Da es sich um dünnwandige Behälter mit einer unter Druck stehenden entflammbaren Ladung handelt, müssen die vorstehend beschriebenen Kartuschen sicher sein und insbesondere dem Druck widerstehen. Insbesondere aus diesem Grund hält man an dem konkaven Boden fest, der gegenüber dem Druck einen wirklich guten mechanischen Widerstand aufweist, obwohl er sich unter der Wirkung eines sehr hohen Druckes in eine konvexe Konformation umwandeln kann, wobei er das Volumen der Kartusche vergrößert.
In dieser Hinsicht und unter der Wirkung eines zunehmenden inneren Druckes kann man eine derartige Kartusche durch zwei Druckschwellwerte unterscheiden und charakterisieren.
Der erste bezieht sich auf den Druck der ersten permanenten (also irreversiblen oder endgültigen) und sichtbaren Verformung; dieser Schwellwert wird daher Prüfdruck genannt. Bei diesem Druckschwellwert erfährt die ganze Kartusche oder ein Teil davon (im wesentlichen Körper plus Boden) eine nicht elastische Verformung, wodurch das innere Volumen der Kartusche erhöht wird, aber ihre gesamte Dichtheit nicht verändert wird. Oberhalb dieses Druckschwellwertes geht die selbe Verformung weiter oder andere Verformungen tauchen auf, bis zur "Erschöpfung" aller lokalen oder globalen Verformungsmöglichkeiten der Kartusche, wobei aber immer die Dichtheit der letzteren bewahrt wird.
Der zweite Schwellwert bezieht sich auf den Zerreißdruck der Kartusche, bei dem die letztere ihre Dichtheit einbüßt und folglich leckt.
Umso höher der Prüfdruck und der Zerreißdruck einer Kartusche sind, umso besser ist die Sicherheit bei Lagerung, Transport und Verwendung einer derartigen Kartusche. So sind gleichfalls die in den verschiedenen Ländern in den in Sachen der Sicherheit auf diese Wegwerfverpackungen anwendbaren jeweiligen Regelungen enthaltenen technischen Prinzipien, da allgemein für diese Länder gilt:
- der Prüfdruck (Pep) muß wenigstens gleich der Dampfspannung des Gases bei einer Temperatur T multipliziert mit einem Koeffizienten x sein;
- der Zerreißdruck (Pec) muß wenigstens gleich der selben Dampfspannung multipliziert mit einem Koeffizienten y sein;
- x liegt zwischen 1,5 und 1,55 und y liegt zwischen 1,8 und 1,9;
- die festgehaltene Temperatur T liegt zwischen 50ºC und 55ºC.
Vor diesem Hintergrund hat die Anmelderin mit Bezug auf die in sechs Teilfiguren (3e bis 3f) aufgespaltene Figur 3 festgestellt, daß eine Kartusche wie die mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebene vollständig den in Sachen der Sicherheit anwendbaren Regelungen entsprechen kann, wobei sie die nachstehend erklärten sekundären Charakteristiken zeigt.
Entsprechend der Kurve der hydraulischen Prüfung aus Fig. 3a erhöht man den hydraulischen Druck in dem Inneren einer wie in den in Fig. 1 und 2 beschriebenen Kartusche und beobachtet gleichzeitig über der Zeit die Entwicklung des Innendruckes und die Verformungen des Falzes (8) und/oder des konkaven Bodens (7).
Gemäß Fig. 3b hat die Falz (8) zu Beginn die in Fig. 2 in Explosionsdarstellung gezeigte Form.
Während der Phase 1 nimmt der Druck bis zu dem Punkt A schnell zu, welcher dem Prüfdruck (Pep) entspricht. Bei diesem Druck stellt man eine erste lokale und in jedem Falle unsymmetrische Verformung fest, die entweder gemäß Fig. 3c aus einem Verrutschen der Seitenwand (7b) des Bodens (7) gegenüber der gerade Randung (4g) des Körpers oder gemäß Fig. 3d aus einem konvexen Buckel besteht, der in dem bogenförmigen Abschnitt (7a) der Wölbung (7) auftaucht. Gemäß der anwendbaren Regelung liegt der so bestimmte Prüfdruck um das x-fache über dem Dampfdruck von handelsüblichem Butan bei der Temperatur T, zum Beispiel bei 3,1 bar.
Während der Phase 2 nimmt der Druck zu allererst unerwartet ab und oszilliert dann in Abhängigkeit von neuen lokalen oder globalen Verformungen der Wand der Kartusche, bis zu der vollständigen Umstülpung des Bodens (8) gemäß Fig. (3e). Da am Ende der Phase 2 alle Möglichkeiten für lokale Deformation "erschöpft" sind, nimmt der Innendruck erneut bis zu dem Punkt B zu, welcher dem Druck zum Zerreißen der Kartusche durch Entrollen und Auseinandergehen des Falzes (8) gemäß Fig. (3f) entspricht. Der so bestimmte Zerreißdruck liegt um das y-fache oberhalb des Dampfdruckes von handelsüblichem Butan bei der Temperatur T, gemäß der anwendbaren Regelung zum Beispiel bei 2,8 bar.
Entsprechend der vorstehenden experimentellen Beschreibung beobachtet man, daß der Prüfdruck (Pep) oberhalb des Zerreißdruckes (Pec) liegt, obwohl die in Kraft befindliche Regelung eingehalten wird und vor dem Zerplatzen verschiedene Verformungen auftreten.
In bestimmten Grenzfällen kann diese Überhöhung den Drucküberschuß in der Kartusche vorzugsweise in Richtung des Zerplatzens der letzteren lenken, zum Beispiel wenn der Boden einen gewissen Widerstand gegenüber der Umstülpung aufweist.
In dem Bestreben, über die durch die in Kraft befindlichen Regelungen vorgesehene Sicherheitsschwelle hinauszugehen, hat die vorliegende Erfindung nach Mitteln gesucht, welche die Überhöhung des Zerreißdruckes der Kartusche, also (Pec), bezogen auf den Prüfdruck der letzteren, also (Pep), sicherstellen, und zwar auf eine Weise, um den mit Bezug auf die Fig. 3 beschriebenen Ablauf, d.h. wobei ein Zerplatzen immer auf eine oder mehrere dicht schließende Verformungen der Kartusche folgt, sicherzustellen und zu gewährleisten.
Ein erster Lösungsweg des so gestellten Problemes besteht darin, zu bedenken, ob der Prüfdruck den Zerreißdruck übersteigt, weil der konkave Boden einen zu starken Widerstand gegenüber der Umstülpung aufweist. Man hat folglich versucht, den konkaven Boden zu schwächen, indem man seine Verformbarkeit nach außen verbessert.
Eine erste Lösung, die darin besteht, ein relativ nachgiebiges Stahlblech zu verwenden, muß zurückgewiesen werden, da sich der Boden dann viel zu früh umstülpt.
Eine zweite Lösung, die darin besteht, ein relativ noch dünneres Blech zu verwenden, muß gleichfalls zurückgewiesen werden, weil das Falzen die Verwendung von Blechen mit Minimum Dicke impliziert.
Eine dritte Lösung, die darin besteht, die Konkavität zu verringern, d.h. den Krümmungsradius des Bodens zu vergrößern, muß gleichfalls zurückgewiesen werden, weil sie einerseits die Möglichkeit verringert oder abschafft, die Kartuschen übereinander aufzustapeln, und weil sie andererseits die von der Ausstülpung des konkaven Bodens begleitete Zunahme des Sicherheitsvolumens begrenzt oder sogar unmöglich macht.
Um das selbe technische Problem zu lösen, hat daher die vorliegende Erfindung einen anderen Lösungsweg in Betracht gezogen, welcher erfinderisch ist und in der folgenden Weise formuliert werden kann. Wenn der Zerreißdruck weniger wichtig bleibt als der Prüfdruck, liegt das daran, weil gemäß Fig. 2 die Seitenwand (7b) der Wölbung (7) des konkaven Bodens zu leicht bezogen auf die gerade Randung (4g) des Körpers (4) nachgibt oder gleitet. Dieses Gleiten wird u.a. durch den Arbeitsweg von herkömmlichen Preßwerkzeugen begünstigt, was den inneren Druck nach der Art eines "Keiles" zwischen den Abschnitten (4g) und (7b) wirken läßt.
Ausgehend von dieser Feststellung hat die Erfindung alle Mittel recherchiert, die es erlauben, die Möglichkeiten des Gleitens des Bodens bezogen auf den zylindrischen Körper des Gasbehälters zu verringern oder zu behindern.
Erfindungsgemäß und mit Bezug auf die einen Schnitt längs des Durchmessers darstellende Fig. 4 wurde allgemein gefunden, daß eine Überlappungszone, die sich zwischen der Seitenwand (7b) des konkaven Bodens (7) und der geraden Randung (4g) des zylindrischen Körpers (4) in einer Höhe zwischen einem der ringförmigen Verbindungsbahn (8) entsprechenden unteren Niveau und einem oberhalb der Bahn gelegenen oberen Niveau erstreckt, zu einer guten Stütze der Wölbung (7a, 7b) an dem Körper (4) führt, was jegliches Zerplatzen oder mögliches Ausströmen unter der Wirkung des Innendruckes während der sichtbaren Verformung oder Verformungen des Gasbehälters verhindert.
Die erfindungsgemäße Lösung zeigt sich in einer Überlappungszone, die sich in der Höhe zwischen einem an der Basis des Falzes (8) gelegenen unteren Niveau und einem oberhalb der letzteren gelegenen oberen Niveau erstreckt.
Wenn die Höhe der Überlappungszone durch das Verhältnis (siehe Fig. 4) der inneren Höhe (c) der Seitenwand (7b) zu der äußeren Höhe (s) des Falzes ausgedrückt ist, hat man vorzugsweise gefunden, daß dieses Verhältnis wenigstens gleich sein muß, um das nachgesuchte Resultat zu erhalten. Unterhalb dieses Wertes erhält man nämlich eine große Nähe zwischen dem Prüfdruck und dem Zerreißdruck oder einen geringeren Wert des letzteren gegenüber dem ersteren.
Mit Bezug auf die der Fig. 3 entsprechenden aber für eine erfindungsgemäße Kartusche vorgesehene Fig. 5 erhält man eine Kurve der hydraulischen Prüfung, welche die folgenden Charakteristiken aufweist:
- der Druck Pec liegt wirklich oberhalb des Druckes Pep,
- die dicht schließende Verformung des Bodens betrifft prinzipiell den Bogen (7a) des Bodens unter Ausschluß des Falzes (8); siehe Fig. 5c;
- das Zerplatzen erfolgt nach dieser vollständigen Deformation; siehe Fig. 5d.
Die Erfindung bringt u.a. die folgenden ausschlaggebenden Vorteile mit sich.
Sie verändert die anderen Charakteristiken der Konstruktion der Kartusche nicht, so wie die Dicke der verwendeten metallischen Bleche.
Der Prüfdruck oder der Druck der ersten sichtbaren Deformation bleibt relativ unverändert.
Lediglich der Zerreißdruck ist bezogen auf den Prüfdruck relativ erhöht, was bedeutet, daß man die Gebrauchssicherheit einer derartigen Kartusche merklich erhöht. Unter diesem Gesichtspunkt und da es sich um Butankartuschen handelt, kann man mit Sicherheit Auffüllungen von Butan-Propan-Gemischen vorsehen, welche relativ stark erhöhte Dampfspannungen aufweisen und "dotiertes Butan" genannt werden.

Claims

1. Behälter für ein unter Druck stehendes Fluid, vom Typ Wegwerf- oder Einwegverpackung, so wie eine einstechbare Kartusche oder eine Kartusche mit Ventil, mit einem metallischen Körper (4) mit einer relativ dünnen zylindrischen Wand (4a), der an einem Ende eine kreisförmige Öffnung (4b) aufweist, mit einem konkaven metallischen Boden (7), der längs des Durchmessers geschnitten die Form einer Wölbung aufweist und die kreisförmige Öffnung verschließt, wobei der Boden dicht schließend mit dem Körper verbunden ist durch einen ringförmigen Verbindungsfalz zwischen einerseits dem die kreisförmige Öffnung begrenzenden Rand des Körpers und andererseits der die gerade Randung (4g) des Körpers (4) überlappenden Seitenwand (7b) des konkaven Bodens, wobei der Falz die Form einer außenliegenden Wulst aufweist, deren Schnitt längs des Durchmessers die folgende Struktur aufweist:

- der Rand des Körpers ist nach der Art eines nach außen gedrehten Verankerungshakens (4f) gestaltet

- der konkave Boden (7) weist bezogen auf den Behälter von innen nach außen nacheinander einen zu der Achse (9) des Körpers symmetrischen inneren Bogen (7), die innere Seitenwand (7b) und einen den Verankerungshaken (4f) des kreisförmigen Randes umkantenden und einbindenden äußeren Haken (7c) auf

- wobei sich die Überlappungszone zwischen der Seitenwand (7b) des konkaven Bodens (7) und der geraden Randung (4g) des zylindrischen Körpers (4) in einer Höhe ausgehend von einem an der Basis des Falzes gelegenen unteren Niveau erstreckt

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Überlappungszone zwischen der Seitenwand (7b) des konkaven Bodens und der geraden Randung (4g) des zylindrischen Körpers (4) in einer Höhe bis zu einem oberhalb des Falzes gelegenen oberen Niveau erstreckt.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Überlappung zwischen der Seitenwand (7b) des konkaven Bodens (7) und der geraden Randung (4g) des zylindrischen Körpers (4) ausgedrückt als Verhältnis der inneren Höhe (c) der Seitenwand zu der äußeren Höhe (s) des ringförmigen Falzes wenigstens gleich 1,7 ist.

3. Behälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, vom Typ einer einstechbaren Kartusche, dadurch gekennzeichnet, daß der der ringförmigen Öffnungen gegenüberliegende Teil des Körpers in stetiger Verbindung mit der zylindrischen Wand geschlossen ist und die Form einer konvexen Kuppe hat, die in ihrem Zentrum eine Einstechzone begrenzt.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, vom Typ einer Kartusche mit Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß der der ringförmigen Öffnung (4b) gegenüberliegende Teil des Körpers (4) in stetiger Verbindung mit der zylindrischen Wand (4a) geschlossen ist (4c) und in seiner Mitte eine weitere Öffnung (4d) aufweist, die geschlossen ist oder dazu bestimmt ist, von einem Entnahmeventil (5) für unter Druck stehendes Fluid, insbesondere vom Typ Aerosolventil, verschlossen zu werden.

5. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er ein unter Druck stehendes Fluid (1) zum Beispiel ein unter Druck stehendes Flüssiggas enthält.

6. Behälter nach Anspruch 4, geschlossen durch ein Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß er ein unter Druck stehendes Fluid, zum Beispiel ein unter Druck stehendes Flüssiggas enthält.