DE9303113U1

DE9303113U1 - Druckbelastbarer Metallbehälter

Info

Publication number: DE9303113U1
Application number: DE9303113U
Authority: DE
Original assignee: Schaefer Werke GmbH
Current assignee: Schaefer Werke GmbH
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2003-03-06
Also published as: EP0686120B1; WO1994020375A1; JPH08507277A; US6241116B1; ATE146429T1; EP0686120A1; ES2096458T3; DE59401341D1; CA2157505A1

Description

SCHÄFER WERKE GMBH 22.2.1993

Postfach 1120 Pat/Re/Schm

PS 9301

Druckbelastbarer Metallbehälter

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen druckbelastbaren Behälter, dessen das Füllgut aufnehmender Hohlkörper aus einem im wesentlichen zylindrischen Mantel und zwei gewölbten Endböden aus Metall besteht, wobei die Endböden eine zentrale als sogenannte Bodentasse ausgebildete Ausformung aufweisen, die aus der Wölbung der Endböden herausragt und der Behälter mindestens einen Behälteranschluß, der vorzugsweise in der Bodentasse eines Endbodens angeordnet ist, aufweist. Derartige Behälter werden zum Transport und zur Lagerung von Flüssigkeiten, insbesondere von Getränken, z.B. von Bier oder alkoholfreien Getränken, eingesetzt. Sie sind für Betriebsdrücke von 0 bis 7 bar überdruck vorgesehen. Diese Behälter werden mit Stand- oder Griffringen aus Metall, aus Kunststoff oder Gummi oder einer kompletten Ummantelung ausgestattet, die Stand- und Griffring erzeugt und zusätzlich den zylindrischen Mantelteil umhüllt. Getränkebehälter dieser Art werden in zunehmendem Maße mit einer integrierten Überdrucksicherung ausgestattet, für bestimmte Anwendungsfälle ist eine solche Überdrucksicherung behördlich vorgeschrieben. Eine derartige Überdrucksicherung soll verhindern, daß bei unsachgemäßer Behandlung des Behälters, bei Fehlbedienung oder Funktionsausfall von Druckminderorganen der Behälterinnendruck bis zum Bersten bei sehr hohen Drücken steigen kann. Sie soll in einem definierten Druckabstand vom maximalen Berstdruck des Behälters auf gefahrlose Weise den entstandenen überdruck durch öffnen z.B. einer Sollbruchstelle in der Behälterwandung ableiten. Diese Sollbruchstelle wird als definierte Schwächung in Form einer Kerbe an verschiedenen Stellen der Behälterwandung vorgeschlagen.

Dabei muß beachtet werden, daß die verbleibende Restdicke der Behälterwandung so groß gewählt wird, daß sie einerseits noch technisch beherrschbar ist und zum anderen auch die Gebrauchs-Dauerfestigkeit unter Betriebsbedingungen nicht herabgesetzt wird. Aus diesem Grund weisen die bisher bekannten Lösungen einen relativ hohen öffnungsdruck der Berststelle im Verhältnis zum Berstdruck des Behälters ohne Sollbruchstelle auf.

Ein Behälter dieser Art nach DE 35 33 406 weist eine Sollbruchstelle in der Bodentasse auf, deren öffnungsdruck bei ca. 50 bis 70 % des Berstdrucks des Behälters ohne Sollbruchstelle liegt. Die technisch beherrschbare minimale Restdicke ohne Beeinträchtigung der Betriebs-Dauerfestigkeit des Behälters als generelle Voraussetzung liegt bei ca. 25 bis 30 % der umgebenden Wanddicke. Die DE 35 33 406 geht in einer millionenfach angewandten Variante der Ausgestaltung schon von einem Behälter aus, der aus einer Metall-Innenblase und einer fest verbundenen Kunststoff-Ummantelung besteht, bei der die Sollbruchstelle auch in der ummantelten Form ihre Funktion erfüllt. Der den Ansprechdruck der Sollbruchstelle erhöhende Einfluß der Kunststoff-Abdeckung ist in diesem Falle des Ansprechdruckes von 50 bis 70 % des Behälter-Berstdruckes relativ gering, zumal die Dicke der Abdeckung allein aus Materialkostengründen in diesem Bereich der Bodentasse möglichst niedrig gehalten ist. Die Abdeckung hat auch den Vorteil, daß ein Korrosionseinfluß (Spaltkorrosion) auf die als mechanisch eingebrachte Kerbe ausgebildete Sollbruchstelle und mechanische Beschädigungen verhindert werden sowie manuelle Manipulationen an der von außen nicht sichtbaren Sollbruchstelle praktisch ausgeschlossen sind.

Es ist weiter nach DE 37 37 977 ein Behälter offenbart, bei dem eine Sollbruchstelle den unzulässigen überdruck ableiten soll, die im Übergangsbereich der Wölbung eines Endbodens zur zylindrischen Behälterwandung, also im Bereich der sogenannten Bodenkrempe, angeordnet ist. Dabei liegt der Ansprechdruck der Sollbruchstelle noch bei ca. 60 bis 70 % des Berstdruck des Behälters ohne Sollbruchstelle, wenn die minimale Restdicke der Sollbruchstellen-Kerbung noch eine technisch beherrschbare Größe von mindestens 20 bis 25 % der Wanddicke beträgt und die Sollbruchstelle außerdem eine Wechseldruck-Festigkeit für die normalen Betriebsdrücke des Behälters aufweisen soll. Dabei geht die DE 37 37 977 aber grundsätzlich von einem nicht ummantelten Behälter, d.h. von einer in keiner Weise überdeckten Sollbruchstelle aus. Wird die Sollbruchstelle nach dieser Bauform aber durch eine Ummantelung in Form eines Kunststoff-Mantels oder eines angeformten oder aufvulkanisierten Stand- oder Griffrings abgedeckt, so steigt ihr Ansprechdruck um mindestens ca. 5 bis 10 bar, je nach Art und Form der Überdeckung. Naturgemäß ist dieser Druckanstieg direkt abhängig von der Stabilität bzw. damit von der Dicke der Abdeckung.

Bei Behältern mit integrierter Überdrucksicherung in Form einer Sollbruchstelle besteht noch ein Restrisiko, daß sie aufgrund eines Material- oder Produktionsfehlers zu Bruch gehen können, bevor die Sollbruchstelle ihre Sicherheitsfunktion übernommen hat. Dieses Restrisiko steigt in direkter Abhängigkeit des Verhältnisses vom Ansprechdruck der Sollbruchstelle zum nominellen Berstdruck des Behälters. Das heißt, je höher der'Ansprechdruck der Sollbruchstelle, umso höher ist das Restrisiko.

Die bisher bekannt gewordenen Bauformen von Sollbruchstellen weisen bereits eine derart niedrige minimale Restdicke der Wandung im Bereich der Kerbe auf, daß diese aus Gründen der fertigungstechnischen Beherrschbarkeit und Dauerfestigkeit des Behälters unter Betriebsbedingungen nicht weiter reduziert werden kann und auch die Gefahr des Ausfalls durch mechanische Beschädigungen von außen eine Reduzierung nicht zuläßt.

Zur weiteren Herabsetzung des vorstehend beschriebenen Risikos und für bestimmte Anwendungen der in Rede stehenden Behälter wird nun die Aufgabe gestellt, einen Behälter mit einer in einem Endboden integrierten als Kerbe ausgebildeten Sollbruchstelle zu schaffen, deren Ansprechdruck bei etwa 25 % des nominellen Berstdruckes des Behälters ohne Sollbruchstelle liegt, die noch eine technisch beherrschbare Metall-Restdicke von etwa 25 % der Dicke der umgebenden Metall-Wandfläche aufweist und der maximale Berstdruck auch eingehalten werden muß, wenn die Sollbruchstelle durch eine Ummantelung oder durch Stand- bzw. Griffringe aus Kunststoff oder Gummi abgedeckt ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die maximale Tiefe der Kerbe im Bereich der maximalen Dehnung des Endbodens und die Lage der Kerbe quer zur Richtung der maximalen Dehnung des Endbodens angeordnet ist.

Hierdurch wird erreicht, daß der öffnungsdruck der Sollbruchstelle bei vorgegebener Restdicke ein Minimum beträgt. Durch entsprechende Untersuchungen wurde festgestellt, daß die maximale Dehnung des Endbodens in dessen Kugelfläche in unmittelbarer Nähe zur Ausformung der Bodentasse liegt und sich die maximale Dehnung des Endbodens an dieser Stelle in tangentialer Richtung zur Kugelfläche des Endbodens befindet.

• &diams; &phgr; · ·

Verständlicherweise kann die Sollbruchstelle sowohl im oberen wie im unteren Endboden angeordnet werden. Der Ansprechdruck ist davon unabhängig. Es kann ein Vorteil sein, die Sollbruchstelle im oberen Boden anzuordnen, weil für den Fall der stehenden Position des Behälters beim Ansprechen der Sollbruchstelle der Druckabbau über das in der Regel oben befindliche Druckgas schneller erfolgen kann als über das Ausschieben der im Behälter befindlichen Flüssigkeit über eine Sollbruchstelle im unteren Endboden. Versuche mit Sollbruchstellen der erfindungsgemäßen Art haben ergeben, daß in beiden Fällen keinerlei Gefährdungen von Personen durch austretendes Medium oder stoßartige Bewegungen des Behälters entstehen können.

Bei einer beispielhaften Anwendung der Erfindung an einem Getränkebehälter mit Metall-Wanddicken im Bereich der Sollbruchstelle von 0,8 bis 0,9 mm öffnet die Sollbruchstelle mit einer Ausgangs-Metall-Restdicke von 0,2 mm und Kunststoff ummantelung bei max. 25 bar Überdruck, wobei der Behälter ohne Sollbruchstelle einen Berstdruck von 95 bis bar aufweist. Es hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Sollbruchstelle auch die Ummantelung eine maximale Dehnung an dieser Stelle erfährt und damit dort den geringsten Einfluß auf die Erhöhung des Öffnungsdrucks der Sollbruchstelle aufweist. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, daß sich gerade in diesem Bereich die geringste Wanddicke der Ummantelung des Endbodens befindet.

Die Herstellung der Sollbruchstelle in Form einer Kerbe erfolgt vorzugsweise durch ein spangebendes drehendes Werkzeug oder durch Abtrag mittels einer Laser-Einrichtung. Vorzugsweise weist die ringförmig geschlossene Kerbe gegenüberliegende Bereiche unterschiedlicher Tiefen auf.

Der ganz oder teilweise umschlossene Flächenbereich innerhalb der Kerbe hat einen Durchmesser von ca. 15 bis 25 mm, je nach Ausgangsdicke der Metallwandung des Endbodens. Die durch Laser- oder andere Bearbeitungen hergestellte Kerben können auch andere geometrische Formen haben, z.B. einen Teil-Kreis von 240 bis 300° Umfang aus einer Kerbe gleicher Tiefe. In jedem Fall soll die Kerbe eine Form aufweisen, die nach öffnen der Sollbruchstelle nicht dazu neigt, den Riß im Kerbengrund über den Kerbenrand in die Endboden-Wandfläche zu leiten, was eine Gefahr des Aufreißens des Endbodens bedeuten könnte.

Eine Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen weiter erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in Teilschnitt-Darstellung einen als Getränkebehälter ausgebildeten druckbelastbaren vollständig ummantelten Metallbehälter,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt nach II in Fig. 1 ,

Fig. 3 in nochmals vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.

In Figur 1 ist ein als Getränkebehälter 1 ausgebildeter druckbelastbarer Metallbehälter dargestellt, der aus einem dünnwandigen Innenbehälter 2 aus Metall besteht, der komplett mit einer Ummantelung 3 aus einem teilweise aufgeschäumten Kunststoff umhüllt ist.

Der Innenbehälter 2 besteht aus 2 tiefgezogenen Halbschalen 2a und 2b, die durch eine mittlere Schweißnaht 4 miteinander verbunden sind, sowie einer Anschlußmuffe 5. Die beiden Halbschalen 2a und 2b weisen einen oberen Endboden 6a und einen unteren Endboden 6b auf, die jeweils aus einer Teil-Kugelfläche 7a und 7b sowie in diesen zentrisch angeordneten als sogenannte Bodentassen 8a und 8b ausgebildete Ausformungen bestehen. Diese Ausformungen 8a und 8b ragen aus der Hüllkurve der Kugelflächen 7a und 7a und 7b nach außen heraus und weisen üblicherweise eine zentrische ebene Fläche 9a und 9b auf. Die Anschlußmuffe 5 ist in die Ausformung 9b im oberen Boden eingesetzt.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß die als ringförmige Kerbe ausgebildete Sollbruchstelle in der Kugelfläche 7a des oberen Endbodens 6a nahe am übergang 11 zur oberen Bodentasse 8a angeordnet ist. An dieser Stelle befindet sich der Bereich der größten Dehnung des Endbodens unter Druckbeanspruchung. Wird der Behälter 1 einem Druck deutlich über dem zulässigen Betriebsdruck ausgesetzt, beginnt eine Deformation der Bodentassen 8a und 8b ohne wesentliche Zunahme der Materialspannung in den Flächenbereichen 9a und 9b der Bodentassen 8a und 8b, weil zunächst einmal der in den Ausformungen der Bodentassen enthaltene Material vorrat durch Verformung aufgezehrt werden kann bis zu dem Punkt, in dem sich auch die Flächenbereiche 9a und 9b der Bodentassen 8a und 8b spannungsbedingt der Kugelform der umgebenden Kugelflächen 7a und 7b angeglichen haben.

Zu diesem Zeitpunkt hat die Kugelfläche 7a in der Nähe des Übergangsbereichs 11 zur Bodentasse ein Maximum an Dehnung und damit eine Zunahme an Spannung erfahren, was bereits zu einem Öffnen der Sollbruchstelle im Bereich 12 der geringsten Restdicke der Kerbe 10 geführt hat oder bei weiterer Druckzunahme führen wird.

Sobald die Kerbe 10 an ihrer tiefsten Stelle 12 mit einer Restdicke S¹ von ca. 25 % der Ausgangsdicke S der Metall-Wandfläche 13 (Fig. 3) geöffnet hat, bricht nach geringfügigem Druckanstieg auch der relativ, dünnwandige Teil der Ummantelung 3 auf, der die Kerbe 10 abdeckt, die somit geöffnete Sollbruchstelle kann den Überdruck gefahrlos ablassen.

Der tiefsten Stelle 12 der Kerbe 10 liegt diametral gegenüber die höchste Stelle 14 der Kerbe. Wenn die Kerbe 10 durch ein rotierendes Werkzeug eingebracht wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei einem Kerbendurchmesser D von 15 bis 25 mm die Abweichung«^ der Werkzeugachse von der Senkrechten zur Wandfläche 13 1,0 bis 1,5° beträgt.

Claims

SCHÄFER WERKE GMBH 22.
2.1993

Postfach 1120 Pat/Re/Schm

PS 9301 Neunkirchen

SCHUTZANSPRÖCHE

Druckbelastbarer Behälter aus Metall, bestehend aus einem zylindrischen Mantel und zwei gewölbten Endböden mit zentrischer Tassenausformung und mit mindestens in einem gewölbten Endboden integrierter auf dessen Außenseite als Kerbe ausgebildeter Sollbruchstelle, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Tiefe (12) der Kerbe (10) im Bereich der maximalen Dehnung des Endbodens (6a 6b) und die Lage der Kerbe quer zur Richtung der maximalen Dehnung des Endbodens (6a, 6b) angeordnet ist.

Druckbelastbarer Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die maximale Tiefe (14) der Kerbe (10) in der Kugelfläche (7a, 7b) des Endbodens (6a, 6b) in unmittelbare Nähe des Übergangs (11) zur Ausformung der Bodentasse (8a, 8b) befindet.
3. Druckbelastbarer Behälter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe (10) eine Kreisform hat und eine maximale Tiefe von ca. 75 % und eine minimale Tiefe von ca. 25 % der umgebenden Wandfläche (13) aufweist.
4. Druckbelastbarer Behälter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe (10) als Teil eines Kreises von 240 bis 300° Umfangswinkel ausgebildet ist und die Winkelhalbierende dieses Umfangswinkels eine Tangente auf der Kugelfläche (7a, 7b) des Endbodens (6a, 6b) bildet.
5. Druckbelastbarer Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe (10) durch eine Laser-Bearbeitung hergestellt ist und ein gleichbleibendes Tiefenmaß aufweist.